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        甘肅某公路隧道二襯滲漏水處置措施研究

        2013-10-22 07:24:18張昌軍
        三峽大學學報(自然科學版) 2013年4期
        關鍵詞:滲水量線狀點狀

        梅 華 曲 直 張昌軍

        (長安大學 特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室,西安 710064)

        隧道建成后,經(jīng)常由于各種原因,二次襯砌會產(chǎn)生滲漏水病害現(xiàn)象.隨著我國建成隧道里程的急劇增長,滲漏水病害正變得越來越廣泛.盡管現(xiàn)有的新防排水施工工藝和新型防排水材料的推廣應用,使得隧道的防排水技術有了很大的提高,也取得了較好的防水效果,但仍有不少隧道出現(xiàn)滲漏水病害現(xiàn)象.隧道滲漏水病害對隧道的正常運營易造成嚴重的危害,不僅會損壞隧道的頂棚、內裝、通風、照明、安全等各種附屬設施,而且會導致隧道路面的積水而引起眩光、車輛打滑等,嚴重影響車輛的正常安全行駛.特別是在嚴寒地區(qū),冬季滲漏水在隧道上部形成吊掛冰柱,或在路面上形成易滑的冰面,極易造成交通事故.如果隧道內有大量的滲漏水,還會改變隧道內的結構受力狀況,進而影響隧道的結構安全性.

        為了便于有效治理病害和減少不良影響,不少專家和技術人員對于隧道滲漏水進行了大量的研究[1-11],其中,主要集中在對于隧道滲漏水產(chǎn)生原因[2-4]和病害的治理方面[5-8].隧址區(qū)的自然環(huán)境是產(chǎn)生滲漏水的客觀原因,而人為因素是最主要的因素.隧道滲漏水病害的人為原因主要有,隧道開挖改變了原有的地下滲流場,防排水的設計[9-10]存在漏洞,在隧道施工中的質量控制不到位以及防水材料的不合格等.對于滲漏水的治理方法也較多,普遍采用的方法有鑿槽引排法、注漿法、嵌縫堵漏等,根據(jù)點狀滲漏水、線狀滲漏水和施工縫[11]的不同特點,應采取不同的治理措施.

        綜上所述,隧道滲漏水病害發(fā)生的原因是多方面的,其治理方法也很多,且每種治理方法有其特定的適用范圍.本文在詳細闡述了甘南某隧道的二襯滲漏水情況后,分析了產(chǎn)生隧道滲漏水的原因,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,對點狀、線狀和施工縫的滲漏水分別采取了相應的治理措施,通過治理后的連續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)其治理效果較好,為今后類似隧道滲漏水治理提供參考.

        1 隧道滲漏水概況

        1.1 工程概況

        隧道位于甘肅省甘南州迭部縣,為二級公路改擴建項目.設計為單洞雙線兩車道,隧道長度為1378 m,計劃2013年8月竣工通車.隧址區(qū)處于青藏高原東部邊緣,岷山山脈地區(qū),平均海拔在2000m左右,地形起伏大,山高溝深,屬典型的侵蝕中高山區(qū).隧道穿越兩道較大的斷層,圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育,局部可見揉褶現(xiàn)象,圍巖等級為Ⅳ級和Ⅴ級.隧道進出口淺埋段均處于風化堆積體中,為第四系沖洪積砂礫石和含砂及小礫低液限粉質粘土,以及破崩積碎塊石土.隧道洞身段主要地層為二疊系上統(tǒng)迭山組(Pd3)和中、晚泥盆紀(D2-3)下吾那組,主要巖性為黑色炭質頁巖和碳質板巖,含碳鈣質頁巖和板巖,灰褐色泥鈣質千枚化板巖和深灰色碳巖,間夾白色石英脈.建設區(qū)氣候屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū),多年平均氣溫6.9℃,平均降雨量約700mm,地下水豐富,局部段落有涌水,隧道進口段洞頂山體沖溝內可見地表水流.

        1.2 防排水設計

        隧道的防排水設計采用全斷面鋪掛350g/m2無紡布和1.2mm厚EVA防水板,防水板的搭接長度應大于0.1m,接頭處采用爬焊機焊接;橫向排水管采用Φ116HDPE橫向雙壁波紋管,間距為10m;縱向排水管采用Φ116HDPE雙壁半圓打孔波紋管,內徑100mm,外徑116mm;環(huán)向布設TMF12×3.5cm排水盲管,均按10m設置一環(huán);中央排水溝采用Φ300半邊打孔HDPE雙壁波紋管;環(huán)向施工縫設置帶注漿管的遇水膨脹止水條,間距9m,變形縫和沉降縫處均設置背貼式橡膠止水帶,規(guī)格為10mm×300mm.

        圖1 隧道防排水設計布置圖

        1.3 滲漏水概況

        二次襯砌滲漏水處均位于該隧道進口淺埋段,里程樁號為K56+921~K56+933,經(jīng)統(tǒng)計共有13處出現(xiàn)滲漏水,具體見表1.左右兩側滲水處沿隧道里程方向向前分別編號為Z1~Z4和Y1~Y9,其滲水量見表2.

        表1 隧道進口段滲水統(tǒng)計結果

        表2 隧道各滲水處滲水量測試統(tǒng)計結果

        隧道進口段左側邊墻有4處二襯滲水處,其中2處為點狀滲水,1處線狀滲水和1處施工縫滲水.點狀滲水量較小,分別為3.1m3/d和0.7m3/d.線狀滲水位于K56+926里程邊墻檢修道路面向上0.5~1.6m高的位置,滲水縫長度約1.1m,滲水量為12.3 m3/d,自2012年9月7日開始滲水,至2012年10月3日治理的時間段內滲水量增加較小,水流沿隧道壁面流下.施工縫滲水處位于K56+933里程的拱腰至邊墻左下角處,滲水量為25.9m3/d,滲水縫長度為4.5m,自2012年9月17日滲水,滲水水流沿隧道壁面流下,至2012年9月27日滲水量開始增大,距隧道地面高度約3.7m處水流噴射而出(如圖2所示),施工縫處有明顯水流沖洗的孔洞.

        圖2 左側施工縫拱腰處滲水

        隧道進口段右側邊墻有9處大小不同的二襯滲水處,均集中在K56+921~K56+933里程范圍內的邊墻處.其中Y3、Y4、Y5和Y7共4處為點狀滲水處,滲水量很小,均小于2.5m3/d.Y1、Y2和 Y6為線狀滲水處,滲水量較大,為6.2~13.5m3/d范圍內,長度為0.3~0.9m,其中K56+921處滲水量較大,有較大的水流沿隧道壁面流下.Y9為K56+933里程施工縫滲水處,滲水量為21.2m3/d,縫隙沿施工縫邊墻至拱肩處均滲水,滲水縫長度約4.0m,水流沿隧道壁面流下.

        圖3 右側邊墻一處滲水

        2 滲漏水原因分析

        隧道滲漏水區(qū)段為2012年5月份施工,在修建完成4個月后,出現(xiàn)了嚴重的滲漏水現(xiàn)象.針對這一問題,進行了實地勘察和分析后,得出了產(chǎn)生滲漏水的主要原因有以下3方面.

        2.1 水文地質原因

        1)豐富的地表水源和地下水.隧址區(qū)屬于半濕潤氣候區(qū),降雨量較大.周邊的數(shù)條溝谷深度均超過20 m,總匯水面積較大,約105萬m2.其中2條較大的常年有水的溪流,秋季水流量約200m3/d,在靠近洞門附近時經(jīng)地下暗河和土體空隙,滲流至隧道結構外側匯集.如圖4所示.

        圖4 隧道進口段上方地表地形及水流情況

        2)埋深淺、圍巖破碎等地質情況.滲漏水處距洞口較近,埋深在30m以內.位于洞口坡積體下部靠近巖層面的位置,由于坡積體為碎石和粘土堆積,松散、空隙大且連通,隧道下部為較密實的巖層,且洞口附近原有一滑坡體,經(jīng)滑動面滲流至隧道結構外側形成地下水匯集區(qū),如圖5所示.

        圖5 滲漏水位置

        2.2 施工原因

        1)防排水系統(tǒng)施工不規(guī)范.由于該段圍巖穩(wěn)定性較差,施工中二襯緊跟,沒有足夠的時間和空間注重隧道的防排水系統(tǒng)施工,施工隊伍的技術水平也相對較低.主要細部問題有:防水板搭接不密實;施工時防水板被刺破;防水板安裝太緊,受變形過大被撕裂移位;遇水膨脹止水條安裝不正確;排水管安裝不合格,存在漏水.

        2)隧道初支和二襯施工不合格.初期支護噴射混凝土一次成型,導致初支與圍巖之間存在大量空隙,為匯水提供通道;由于初期支護變形過大,時有發(fā)生侵界現(xiàn)象,致使二次襯砌澆筑厚度不夠;模筑混凝土澆筑不規(guī)范,形成滲漏水通道的縫隙、孔洞;在混凝土澆筑完成后,沒有按規(guī)范進行養(yǎng)護,以致混凝土水化后形成滲漏水通道.

        2.3 防排水系統(tǒng)原因

        排水系統(tǒng)堵塞.施工中初期支護變形嚴重地段,采用了二襯適時緊跟,二次襯砌承受了較大的圍巖壓力,導致環(huán)向TMF12×3.5cm排水盲管被嚴重擠壓,大大減弱其排水效果,在較大的水壓下,加劇了隧道滲漏水現(xiàn)象.隧道滲漏水量較大,而洞口段中央排水溝由于縱向坡率的限值,排出水量很小,增加了襯砌背后的水壓,進而導致二襯的滲水.

        3 病害治理

        隧道滲漏水病害發(fā)生后,為了減小隧道后期的施工以及通車后正常運營的負面影響,必須采取有效的治理措施.通過資料查閱和實際情況分析后,提出了對于滲水量小處以堵為主的治理原則,滲水量大處應以排為主和以堵助排為原則.

        3.1 點狀滲水治理

        對于滲水量很小的6處點狀滲水處,采用鑿洞或鑿槽堵漏的方法治理.先用切割機切割出以滲水點為圓心半徑為10cm,深為約10cm的圓,然后用電動風鎬將圓內混凝土破碎并清除,將鑿好的洞用水沖洗干凈,填涂堵漏材料,然后用水泥防水砂漿封堵填平,刷漿找平,等防水砂漿達到一定強度后,噴濕修復區(qū)域,刷1∶2普通砂漿找平,并涂一層聚氨酯堵漏防水涂膜.對于其中3處相距較近的滲水點,間距為0.3m和0.5m,采取合并治理的方法,鑿出一條連通3個滲水點的溝槽,寬和深均約10cm.在治理后的3d內進行噴水養(yǎng)護.

        堵漏材料為聚合物水泥基速凝型防水材料,水泥防水砂漿采用聚合物防水砂漿添加劑(改性劑)與水泥砂漿攪拌而成,聚氨酯堵漏防水涂膜為單組份聚氨酯防水涂料,其主要性能分別見表3~5所示.

        表3 堵漏材料主要性能指標

        表4 聚合物水泥防水砂漿主要性能指標

        續(xù)表4 聚合物水泥防水砂漿主要性能指標

        表5 單組份聚氨酯防水涂料主要性能指標

        3.2 線狀滲水治理

        對于滲水量較大的3處線狀滲水縫,采用鑿槽引排法治理.先在滲水縫下方鉆3個直徑約4cm的孔,將隧道結構外側匯集水排出,然后沿滲水縫兩側各切割出一條縫,將切縫間的混凝土破碎并清除,形成寬約10cm,深約10cm的槽狀.用水沖洗干凈溝槽,將Ω型彈簧半圓排水管緊貼溝槽底,然后用水泥釘固定排水管,用堵漏材料將排水管壓緊固定,最后用防水水泥砂漿封堵填平,刷漿找平,等防水砂漿達到一定強度后,噴濕修復區(qū)域,刷1∶2普通砂漿找平.涂一層聚氨酯堵漏防水涂膜,并噴水養(yǎng)護3d.鑿槽引排法處理如圖6所示.對于滲水量較小且長度較短的2處滲水縫,采用鑿槽堵漏的方法治理,具體方法與點狀滲水治理的鑿槽堵漏相同.

        圖6 線狀滲水處理平面圖

        3.3 施工縫滲水治理

        隧道K56+933施工縫左右兩側邊墻處由于滲水量較大,采用了環(huán)向圍巖和襯砌注漿與鑿槽引排相結合的方法進行重點治理.

        對圍巖采用環(huán)向水泥-水玻璃雙液漿(CS漿液)注漿.沿整個施工縫每隔0.5m鉆孔,孔深按2m和3 m間隔布設,并埋設Ф42注漿管,沿施工縫用快干型封縫膠刮涂臨時封堵滲水縫,先用水試注,水壓大于0.1MPa,以檢查封堵是否嚴實并確定注漿量和壓力參考.然后按自下而上的順序依次注漿,壓力控制在0.3~0.5MPa內.

        隧道襯砌注漿采用水灰比為1∶1的超細水泥漿,埋設Ф42注漿管,間距為0.3m,注漿管長0.3m,壓力控制在1.0~1.5MPa,以充填襯砌中細小裂縫.

        圖7 施工縫滲水處理平面圖

        在注漿完成2d后,沿施工縫鑿槽,并埋設Ω型彈簧半圓排水管,用堵漏材料和水泥砂漿封堵填平,涂抹防水涂料.由于該施工縫距最近橫向排水管較遠,需要在隧道路面以下開鑿槽埋設波紋管,將排水管與波紋管連接,將滲水引入中央排水管.

        圖8 邊墻滲水引入中央排水管

        3.4 地表水源引排

        為了減少地表水流滲入地下對隧道的影響,采取在隧道上方對已有的排水溝和截水溝進行加強.將原有排水溝向山坡上延長至地表水流地段,并對2條較大水流的溪谷底部用水泥填平堵塞滲水通道.

        4 結 論

        1)通過對隧道滲漏水實際情況分析,認為當?shù)靥厥獾牡刭|條件、隧道施工工序和防排水措施是導致其滲漏水的主要原因.

        2)根據(jù)滲漏水特點分類,對滲水量較小的點狀滲水處和部分線狀滲水處,采取堵漏的原則,運用鑿槽或鑿洞堵漏的方法進行治理,對病害處設置了以堵漏材料、防水水泥砂漿和防水涂料的多道防水層;對于滲漏水量較大的線狀滲水處,采取了以排為主的原則,用邊墻埋設排水管和路面下埋設橫向排水波紋管,將滲水引入中央排水管;由于施工縫處滲水嚴重,滲水量大,為了保證后期施工和今后運營正常,采取堵排結合的方法,在圍巖和襯砌中注漿的堵漏方法和鑿槽引排的排水方法;由于地表水匯水量較大,采取了延長原有排水溝和截水溝并堵塞地下水通道的方法,以減少地表水滲入地下.

        3)在對隧道的滲水治理后5個月內,通過連續(xù)觀察沒有再出現(xiàn)滲水病害現(xiàn)象,表明所使用的治理方法有一定的實際效果,可以為類似隧道滲漏水的治理提供參考.

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