公路隧道衬砌渗漏水病害处治技术探讨

孙晓飞

(新疆交通科学研究院 乌鲁木齐市 830000)

近年来，我国公路隧道规模不断增加，并且在公路建设当中角色越来越凸显。同时公路隧道受工程地质、水文地质及自然因素等条件的影响，导致隧道在运营过程中各种病害开始不断暴露。根据调查统计，隧道病害中衬砌渗漏水病害较为常见[1]，而且造成的危害非常大，已经引起越来越多相关学者的关注。以伊犁G217线K730+577玉希莫勒盖隧道提质升级改造项目为例，通过现场调查，结合现场检测结果，探讨公路隧道衬砌渗漏水病害的成因；并且探讨隧道衬砌注浆技术在实际工程中的应用，为今后的公路隧道衬砌渗漏水病害处治提供参考。

1 工程概述

玉希莫勒盖隧道于2013年建成通车，隧道位于中天山玉希莫勒盖达坂，沿既有公路隧道进口里程为K729+610，出口里程为K731+553，为单洞双向行车隧道，进口方向通往那拉提方向，出口方向通往乔尔玛方向，隧道全长1943m，隧道道路等级为二级公路，设计时速40km/h，隧道内行车道宽度为3.25m×2。其中，乔尔玛—那拉提方向右幅施工缝及沉降缝拱顶至拱腰处渗漏水病害较为严重，需及时对衬砌渗漏水病害进行处治修复。

表1 隧道建设标准表

隧道内路面结构为24cm C30水泥混凝土路面+C15片石混凝土隧底填充+二次衬砌模筑混凝土+初期支撑喷混凝土。

2 隧道衬砌渗漏水病害特征

经对玉希莫勒盖隧道全面调查发现，隧道衬砌内渗漏水情况较为严重，渗漏水位置多位于施工缝处，K730+830处右侧拱腰出现严重面渗结冰现象，其检修道及边沟内均积满水，流至路面上形成大面积路面结冰。经调查共发现渗漏情况有42处。根据《公路隧道养护技术规范》(JTG H12-2015)的相关规定，公路隧道衬砌渗漏水按严重程度可划分为以下四类：浸渗、滴漏、涌流、喷射。

本项目在现场调查时，由于气温较低，多数渗漏水处呈结冰状态。由结冰的情况分析来看，多数渗漏水处在结冰前为滴漏或涌流状态，整体渗漏水病害较严重。

表2 隧道衬砌渗漏水病害特征一览表

调查结果显示：本隧道渗漏水病害大部分为滴漏形式，占比达69%；并且个别位置存在大面积挂冰(涌流)，需及时进行渗漏水病害处治。

3 隧道衬砌渗漏水病害成因分析

3.1 衬砌背后水压力

通过现场调研发现该隧道为富水区，水的补给多为冬季雪水融化及雨季降雨，水从岩层间空隙流至隧道上方，水压力较大通过隧道施工缝及沉降缝处薄弱点流入隧道内，隧道内出现渗漏情况，该隧道渗漏情况多发现于施工缝及沉降缝处，水流流入二衬后。在隧道内布设三条测线，分别对拱顶及两侧拱腰采用探地雷达进行检测，检测结果发现雷达解译图像显示电磁波衰减严重，说明此段衬砌背后受水浸渗，位置多位于初衬背后，二衬颜色存在变深现象，结合雷达解译图像(图1、图2)分析其原因为衬砌背后水压较高。

图1 拱腰处雷达解译图像

图2 拱顶处雷达解译图像

3.2 物化反应

通过现场的调研情况分析，渗漏水现象越发严重的原因和地下水的物理化学反应也有关。由于衬砌混凝土自身材料特性，其本身就含有多种化学物质，涉及到的化学反应有硅酸二钙(2CaO·SiO2)的水化、硅酸三钙(3CaO·SiO2)的水化、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)的水化等，这些水化反应形成氢氧化钙Ca(OH)2等物质。同时地下水中的化学物质及空气等发生了物化反应，慢慢地侵蚀了二衬混凝土，使得渗漏越来越严重[2]。

3.3 冻胀作用

隧道内温度较低，水长期结冰冻胀导致施工缝及伸缩缝处封水材料张开或脱落，水流入后沿二衬外保温层漫流至整个二衬及保温层之间，导致保温板及二衬之间在温度较低的情况下结冰，造成保温层脱落，局部严重部位由于保温层的导流造成了导流积水，从而形成较大的冰柱体，顺墙面流下的水均流入检修道内，检修道内排水不畅导致积水结冰，从而导致渗漏水现象越来越严重。隧道所处区域最大降水量650mm，最大积雪厚度250cm，最大季节冻土深度250cm，年平均气温1.2℃，极端最低气温达-42.6℃。二衬混凝土无法承受季节性冻胀产生的胀力，发生开裂，为渗漏水“开路”，尤其是在施工缝及衬砌裂缝处，渗漏水病害不断发生，造成钢筋锈蚀、混凝土开裂、衬砌保护层厚度不足等现象。由此说明，冻胀产生的胀力一旦使防排水体系失效，地下水便从隧道结构薄弱区、“三缝”以及由冻胀力产生的裂缝中流出，渗漏水病害也随之产生。

4 高聚物注浆技术应用探讨

针对渗漏水病害，目前国内兴起的方法是高聚物注浆技术，通过对病害处进行注浆处治，减少隧道衬砌背后水压力、弱化物化反应程度、大幅度减轻冻胀作用，达到较好的阻水效果，以实现隧道衬砌渗漏水病害处治目的。本项目注浆材料采用水溶性聚氨酯浆液，该材料不会产生干缩现象，能够密实填充脱空，具有很好的柔韧性，并具有较好的抗渗性。通过缺陷位置和裂缝分布状况确定注浆位置，注浆压力控制在0.3～0.4MPa。注浆原则：由下部孔眼向上部孔眼压注，以确保地下水被封堵在衬砌背后；由无水地段向有水地段压注，由水少地段向水多地段压注，以使水流汇集，便于引排。

图3 注浆充填示意图

4.1 隧道衬砌注浆流程

(1)表面清洗：沿裂缝走向左右约30～50cm的衬砌表面清洗干净，确定缝隙位置及水源。

(2)布孔：在渗漏水缝隙左右各30～50cm范围内按梅花型布置钻孔，注浆孔沿裂缝走向间距50cm。

(3)钻孔：用电钻根据布孔点钻孔，以30°～45°角斜入结构并进入混凝土内，在钻孔部位安装注浆嘴，安装时要尽量深设，露出1～1.5cm在衬砌外并拧紧。

(4)注浆：注浆采用电动注浆机进行，注浆后需要在较长的一段时间内观察止水效果，如有渗漏现象，则逐步扩大打孔注浆范围，直至裂缝处停止渗漏。

(5)封孔：待注浆堵漏全部完成并观察1h无变化时，方可将注浆钉子砸出。当注浆压力达到0.4MPa或浆液从周围孔眼流出时，停止该孔注浆，转移至下一孔。重复以上流程，直到所有的注浆口都已经完成注浆并充满注浆材料。

4.2 高聚物注浆技术优点

(1)对交通影响小、开放交通快。

(2)施工工艺简单、对路面结构扰动小。

(3)不产生废弃旧料、低碳环保。

(4)处治效果“对症下药”，能够补强衬砌整体强度，达到较好的处治效果。

5 结语

依托伊犁G217线K730+577玉希莫勒盖隧道提质升级改造项目，对该隧道渗漏水病害成因和特点进行了分析，其主要原因有衬砌背后水压力、物化反应、冻胀作用三个方面。然后依托伊犁G217线K730+577玉希莫勒盖隧道渗漏水防治介绍了高聚物注浆技术处治措施的步骤以及优点，通过隧道衬砌注浆技术在实际工程的应用，对今后的公路隧道衬砌渗漏水病害处治提供参考。另外在隧道运营过程中，也需要根据实际情况进行必要的隧道衬砌检测，针对病害问题进行治理和预防，以此来提升公路隧道的运行水平。