劉赟君，張志強，謝蒙均，韋培富，滿 銀

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽550008;2.西南交通大學 土木學院，四川 成都610031;3.貴州省交通科學研究院股份有限公司，貴州 貴陽550008)

0 引 言

目前，我國高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，由于高速公路要求、隧道優(yōu)勢和特點，隧道在高速公路中所占的比例劇增，其數(shù)量和里程數(shù)也急速增加［1］。然而隧道所處環(huán)境極為復(fù)雜，特別我國西南地區(qū)地質(zhì)條件千變?nèi)f化，導致高速公路隧道運營情況不容樂觀，大部分隧道出現(xiàn)滲漏水病害，工程界泛稱為“十隧九漏”，亟待解決。

隧道滲漏水會使結(jié)構(gòu)潮濕、路面積水濕滑、地面摩擦力降低，影響行車舒適及安全;長期滲漏水會導致襯砌侵蝕破壞，影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全及耐久性;寒冷地區(qū)，冰柱和冰錐會威脅人車安全，且反復(fù)凍融會造成襯砌開裂破壞等［2］。鑒于此，許多學者進行了一系列研究。如:鄒育麟等［3］統(tǒng)計了重慶現(xiàn)役高速公路隧道滲漏水情況，并分析了病害成因;陳健蕾等［4］調(diào)查貴州省46 座隧道的滲漏水狀況，并分析了分離式和連拱隧道的滲漏水特點;張素磊等［5］對隧道新型排水材料進行了一定的研究，分析了其適用性和有效性;魏連峰［6］分別對隧道點、線、面三種滲漏水形式提出了不同的整治方法;劉學增等［7］對一種運用數(shù)字圖像處理方法進行隧道滲漏水病害檢測技術(shù)進行了研究;萬利等［8］提出了針對施工縫和裂縫處滲漏水的微創(chuàng)傷處治技術(shù);鈄逢光等［9］從杭徽高速公路連拱隧道滲漏水病害情況入手，提出了有效的治理措施;ZHANG X F 和K.Okada 等［10-11］對隧道滲漏水常規(guī)治理技術(shù)進行了研究等。綜上所述，大量的學者對隧道滲漏水進行了研究，成果具有一定的借鑒性。而季節(jié)性隧道滲漏水病害不同時期呈現(xiàn)出的形態(tài)及不同部位、程度和形式的滲漏水病害的危害性和整治措施還有待進一步分析與研究。

為此，本文通過對2014 年7 月貴州省強大暴雨后某高速公路隧道滲漏水病害的監(jiān)控、記錄，對病害進行成因和危害程度分析、分類及狀態(tài)判定，并探明不同時期病害現(xiàn)象及應(yīng)對措施，進一步探討隧道不同部位、形式及程度下滲漏水的整治措施。

1 隧道滲漏水病害現(xiàn)狀

基于實地調(diào)查、病害監(jiān)控及水文地質(zhì)條件考察，發(fā)現(xiàn)隧道存在不同程度滲漏水病害，并且出現(xiàn)高水壓引起的襯砌變形和開裂。通過滲漏水現(xiàn)場分析及依據(jù)《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTG H12-2015)對其病害形態(tài)進行判定，得出隧道滲漏水病害狀況，如表1 所示。

表1 隧道滲漏水病害統(tǒng)計Tab.1 The statistics of tunnel leakage disease

1.1 隧道1

隧道1 滲漏水程度較輕，基本未出現(xiàn)明顯嚴重的病害，主要表現(xiàn)為拱部、邊墻或墻腳浸潤、潮濕。整個滲漏水狀態(tài)判定為B 類，對隧道行車幾乎無影響。

1.2 隧道2

隧道2 滲漏水嚴重，主要表現(xiàn)在拱頂、拱腰、邊墻以及施工縫處，水質(zhì)較為清澈。其中有2 處表現(xiàn)為噴射狀和涌流狀，流量達到30 L/min，基本判定為2A 類，影響行車安全。并且滲漏水嚴重區(qū)段邊墻伴隨縱向細微裂縫出現(xiàn)，具體如圖1 所示。

圖1 隧道2 滲漏水病害Fig.1 The leakage disease of tunnel 2

1.3 隧道3

隧道3 滲漏水程度較輕，主要為拱部和邊墻浸潤、潮濕。滲漏水狀態(tài)判定為B 類，對隧道行車幾乎無影響。

1.4 隧道4

隧道4 滲漏水極為嚴重，主要表現(xiàn)在拱頂、拱腰、邊墻以及施工縫處，水質(zhì)渾濁。由于高水壓使隧道邊墻至仰拱嚴重變形開裂，并在墻腳和仰拱處涌出大量的水和泥沙(暴雨后增大)，基本判定為3A 類，嚴重影響行車安全，急需處理。在滲漏水嚴重區(qū)段(尤其緊急停車帶)隧道邊墻伴隨縱向細微裂縫的出現(xiàn)，如圖2。

圖2 隧道4 滲漏水病害Fig.2 The leakage disease of tunnel 4

1.5 隧道5

隧道5 滲漏水較嚴重，出現(xiàn)在隧道的拱腰、邊墻以及施工縫等處，水質(zhì)相對較清澈。其中隧道拱腰有一處呈涌流狀，暴雨過后流量較大，基本判定為A 類，不久可能會影響行車安全。在隧道滲漏水相對較為嚴重區(qū)段邊墻伴隨有縱向細微裂縫出現(xiàn)。具體如圖3 所示。

圖3 隧道5 滲漏水病害Fig.3 The leakage disease of tunnel 5

2.6 隧道6

隧道6 滲漏水嚴重，主要表現(xiàn)在隧道拱腰、邊墻(邊溝旁)及施工縫等處，其中施工縫處滲漏水較多，水質(zhì)較為渾濁，水源很大部分為地表水，暴雨后水量明顯增大，并有泥沙帶出。尤其在某區(qū)段施工縫的拱頂至邊墻，水呈噴射狀，最大流量達到300 L/min，嚴重影響行車安全，基本判定為3A 類。并且在部分隧道滲漏水較為嚴重區(qū)段邊墻有縱向細微裂縫出現(xiàn)。具體如圖4 所示。

圖4 隧道6 滲漏水病害Fig.4 The leakage of tunnel 6

3 隧道滲漏水病害的成因

隧道出現(xiàn)滲漏水病害，以下三個條件缺一不可:一是充足的水源補給，二是足夠大的滲水壓力，三是滲漏水通道。然而引起隧道出現(xiàn)滲漏水的成因多種多樣，而本高速隧道通車運營時間較短，滲漏水病害分為水文地質(zhì)原因和設(shè)計施工原因，其中水文地質(zhì)原因為病害主因。

3.1 水文地質(zhì)原因

隧道開挖后會在原地下水平衡地層形成“臨空面”，“臨空面”水壓很低(接近0)，從而會在隧道結(jié)構(gòu)上形成較大的水壓力［12-13］。并且隧道開挖會在隧道周圍形成一定的圍巖松動區(qū)，存在孔洞和裂縫，為地下水的滲入提供了通道［14］。具體客觀原因有:

①長時間特大暴雨提供了巨大的地表水來源，滲入隧道的水超過了設(shè)計排水能力，特別是地表水占主要成分的隧道(如:隧道4、隧道6)，高水壓作用下，水會沿著襯砌薄弱部位滲入隧道，出現(xiàn)破壞。

②隧道較長，埋深較大，匯水區(qū)域面積較大，長時間強大暴雨后隧道排水系統(tǒng)壓力過大。

③以地表水為主要水源的隧道(如隧道4)，水中泥沙含量嚴重，暴雨后超大量的泥沙導致隧道排水系統(tǒng)堵塞、癱瘓，從而出現(xiàn)極為嚴重的滲漏水病害，甚至變形開裂，病害影響最為劇烈。

④隧址區(qū)圍巖裂隙發(fā)育，巖層夾泥嚴重，且隧道穿越溶洞，長時間強大暴雨后使隧道結(jié)構(gòu)上水壓大。

3.2 設(shè)計施工原因

①勘察設(shè)計方面:勘察設(shè)計過程中主要傾向于隧道結(jié)構(gòu)部分，對隧道防排水有所忽視。雖然防水板采用全包形式，并且設(shè)計了相應(yīng)的排水系統(tǒng)，但是對于復(fù)雜地質(zhì)區(qū)段，特別是穿越破碎帶、溶洞以及軟—硬圍巖交接段等，未進行全面防排水處理，即沒有采用初支背后圍巖注漿堵水或未設(shè)置泄水孔等措施，從而使隧道出現(xiàn)滲漏水病害。

②施工方面:不正當施工極易使隧道產(chǎn)生滲漏水病害，比如:止水帶固定不牢，二襯澆筑時出現(xiàn)卷起;止水條安裝不規(guī)范;施工縫和變形縫處混凝土澆筑不夠密實，或與止水條不夠密貼;隧道光面爆破效果不太好，而襯砌與圍巖不密貼，從而出現(xiàn)存水構(gòu)造等。

4 隧道滲漏水病害分類

隧道滲漏水病害分類的方法有很多，我國鐵路隧道滲漏水一般定性的分為六級:潤濕、滲水、滴水、漏水、射水及涌水。而高速公路隧道，依據(jù)《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTG H12-2003)，根據(jù)滲漏水壓力、流量等因素，可以將其分為噴射、涌流、點滴、浸潤。而根據(jù)隧道滲漏水形式和面積可以分為點、線、面三種形式［15-16］。

點滲漏存在不連續(xù)和無規(guī)律性，其往往是由于高水壓作用下，大量的水在混凝土不夠密實、施工縫止水條斷缺及仰拱處等隧道結(jié)構(gòu)防排水相對較為薄弱的部位有壓排出，主要表現(xiàn)為孔洞滲漏水，其狀態(tài)往往非常嚴重，一般呈噴射～涌流狀，如圖3(a)、圖4(a)，嚴重時甚至可能會引起襯砌破壞。其中拱部噴射、涌流狀滲漏水會嚴重影響行車的安全，危害性最大;從隧道結(jié)構(gòu)受力來說，泥沙堵塞排水系統(tǒng)導致的高水壓作用下，仰拱往往為薄弱部位，容易破壞，導致路面翻漿冒泥，危害重大。

線滲漏具有一定的連續(xù)性和規(guī)律性，主要變現(xiàn)為縫漏，其主要出現(xiàn)在施工縫、變形縫以及縱向裂縫(主要在拱腳和邊墻處，呈條狀，一般長達數(shù)十米)處，而由于襯砌受力產(chǎn)生的斜向裂縫滲漏水較少。水壓較大時，線滲漏水較為嚴重(一般為涌流～點滴狀)，如圖1(a)、圖3(b)、圖4(c)等。而從結(jié)構(gòu)受力方面來說，一般環(huán)向(施工縫、變形縫)滲漏水對結(jié)構(gòu)影響相對較小;斜向裂縫滲漏影響最大;縱向裂縫滲漏水次之。

面滲漏主要表現(xiàn)為隧道襯砌內(nèi)表面大面積滲漏水或水壓較小時裂縫滲漏水，無規(guī)律性，分布區(qū)域較大。其往往由于水壓過大、二襯混凝土澆筑不夠密實、混凝土抗?jié)B等級和防水能力不夠或者施工縫和變形縫防水措施不良引起，程度一般較輕，主要呈點滴或浸潤狀。

對于以上6 座隧道，隧道1 和隧道3 滲漏水較輕，主要呈點滴或浸潤狀;隧道2、隧道4 和隧道6 有相關(guān)區(qū)段滲漏水極為嚴重呈噴射狀;隧道5 個別嚴重區(qū)段呈涌流狀，大部分呈點滴或浸潤狀。

5 不同時期隧道滲漏水病害狀況及處理

通過對以上隧道監(jiān)控及資料整理分析，掌握了隧道各種滲漏水病害不同時期的狀況及應(yīng)對措施，具體如下。

5.1 滲漏水病害初期

長時間特大暴雨后，隧道滲漏水病害初期也可以說是“滲漏水洪峰期”。隧道滲漏水和河流洪水一樣也存在洪峰期，與降雨持續(xù)時間、隧道埋深、隧道地質(zhì)條件等有關(guān)，一般為降雨過后2 ～4 d，而本次監(jiān)控時由于降雨時間長，雨量大，且隧道埋深較深，時間長達4 d。

這期間隧道滲漏水主要表現(xiàn)為:滲漏嚴重處局部噴射狀出水，各滲漏水處，水量大;排水能力不足處，井蓋甚至可能出現(xiàn)沖起，路面積水嚴重;局部高水壓可能導致隧道開裂破壞等。對于拱部(尤其是拱頂)噴射狀出水，應(yīng)該鋪設(shè)疏導設(shè)施，將水引向兩側(cè)邊墻排導，如圖5 所示;對于滲漏水嚴重、水壓較大的區(qū)段，在隧道邊墻下部打設(shè)泄水孔，降低作用在隧道結(jié)構(gòu)上的水壓力，防止隧道襯砌在高水壓作用下破壞，如圖6 所示，等等。

圖5 隧道滲漏水疏導Fig.5 The deverting of tunnel leakage disease

圖6 隧道泄水孔打設(shè)Fig.6 The drilling of tunnel outlet entrance

5.2 滲漏水病害整治期

滲漏水病害整治期間包含了隧道滲漏水流量逐漸減小至穩(wěn)定以及滲漏水病害穩(wěn)定期。本期間隧道滲漏水逐漸減小，二襯出現(xiàn)線滲漏區(qū)域，會流出白色結(jié)晶物，并且細微裂縫因白色結(jié)晶物而越變明顯，最后呈泛堿現(xiàn)象，如圖3(b)所示;而對于隧道水源以地表水為主的隧道，滲入隧道的地下水會含有大量的泥沙，隨著水量的減小泥沙會滯留在隧道襯砌表面，出現(xiàn)泛黃現(xiàn)象，如圖7;隧道嚴重滲漏水段，基底和襯砌背后圍巖中大量泥沙被帶出而掏空，隧道運營過程反復(fù)車輛荷載作用下，隧道路面會出現(xiàn)不均勻沉降，部分嚴重區(qū)段掏空引起的隧道不均勻受力會使隧道變形開裂(尤其路面)，等等。

圖7 隧道襯砌泛黃Fig.7 The yellowing of tunnel lining

應(yīng)對措施:每天實時監(jiān)控原有滲漏水病害的發(fā)展情況，并檢查是否有新病害出現(xiàn)，尤其是滲漏水嚴重段路面;安排對嚴重的病害進行專項檢查，檢查襯砌破壞程度、襯砌掏空情況以及繼續(xù)運營安全性，得出相對應(yīng)整治措施，對所有影響到隧道結(jié)構(gòu)以及運營的隧道滲漏水病害按相關(guān)要求進行處理。

5.3 病害整治后運營期

隧道滲漏水病害整治以后，隧道處于正常運營期，運營期間要根據(jù)相關(guān)規(guī)范中相關(guān)規(guī)定對隧道進行合理的養(yǎng)護、日常檢查和定期檢查等，特別是出現(xiàn)過隧道滲漏水病害及維修加固的區(qū)域。

6 整治措施

隧道滲漏水病害整治措施多種多樣，應(yīng)根據(jù)滲漏水部位、程度、結(jié)構(gòu)特點及環(huán)境條件等確定合適的整治措施，以求盡量采用先進的技術(shù)及抗?jié)B、耐腐蝕、抗裂、無毒無味、便于施工的防水材料［17-18］;盡量采用多道設(shè)防，著重細部構(gòu)造?；趯δ掣咚? 座隧道滲漏水病害整治的觀察和分析，得出以下滲漏水整治措施:

①滲漏水病害整治具有階段性，滲漏水洪峰期主要以降低水壓、減小隧道結(jié)構(gòu)上作用力以及保證交通的安全型為主。因此，對于水壓較高區(qū)段通過在隧道兩側(cè)邊墻下部1 m 高度內(nèi)，根據(jù)水壓情況鉆設(shè)適量的泄水孔進行泄水降壓，如圖8 所示;對于拱部，尤其在拱肩至拱頂，出現(xiàn)涌流狀～噴射狀滲漏水時，應(yīng)先沿隧道環(huán)向布設(shè)PVC(聚氯乙烯)管或鋁合金疏導管，疏導管緊貼隧道襯砌表面，將大量滲入水引到兩側(cè)邊溝進行排導，如圖9 所示，接著在縱向10 ～20 m 范圍兩側(cè)邊墻下部1 m 高度內(nèi)打設(shè)泄水孔降壓等措施，保證行車的安全;對于路面出現(xiàn)冒水段，應(yīng)在上游5 ～10 m 處路面鉆設(shè)橫向?qū)Э?，將水引向邊溝，并檢查泥沙情況，視情況及時疏導中央排水溝等。

圖8 隧道泄水孔打設(shè)Fig.8 The remediation of linear leakage

圖9 疏導管安設(shè)Fig.9 The setting of bypass

②水質(zhì)渾濁的隧道，應(yīng)檢查排水系統(tǒng)的泥沙情況，及時對淤泥進行清理，防止排水系統(tǒng)堵塞，使隧道承受巨大的水壓，甚至嚴重變形破壞;對于排水系統(tǒng)受堵的區(qū)段，在兩側(cè)墻腳每隔一定距離鉆設(shè)泄水孔，如圖8 所示。

③點狀滲漏水，一般呈涌流狀～噴射狀，根據(jù)水源、部位的不同措施有所區(qū)別。以長期地下水為主要水源的滲漏水，應(yīng)在邊墻下部打設(shè)泄水孔，并從泄水孔開始沿著環(huán)向朝邊溝進行剔槽，剔槽內(nèi)布設(shè)PVC 管，設(shè)置排水盲溝進行排水;對于以地表水為主的滲漏水，在水壓減小后檢查襯砌背后情況，排出淤泥。再采用直接封堵或者注漿封堵等方法進行處理，在表面噴、刷防水砂漿，如圖10 所示。

圖10 剔槽和刷防水砂漿Fig.10 Carving slot and brushing waterproof mortar

④線狀滲漏水，一般為施工縫、變形縫以及裂縫滲漏水。環(huán)向(施工縫、變形縫)滲漏水對隧道結(jié)構(gòu)影響較小，滲漏水程度嚴重時進行泄排;縱向裂縫滲漏水，應(yīng)根據(jù)裂縫寬度、長度、部位視情況處理，邊墻細微裂縫一般先在裂縫處打設(shè)泄水孔，并沿環(huán)向剔槽，布設(shè)排水管，鉆設(shè)排水盲溝，將水引排至隧道邊溝，然后在外面涂彈性密封材料、噴刷防水砂漿;拱頂縱向細微裂縫、寬度大于1 mm 的裂縫以及斜裂縫，應(yīng)先檢查裂縫是否內(nèi)外貫通，分析襯砌的安全性，再進行處理，如圖11 所示。

⑤“面狀”滲漏水，一般采用刷、噴各種防水材料，一般有雙快水泥、改性瀝青、聚合物水泥砂漿等，在背水面做防水層，等等。

圖11 線狀滲漏水整治Fig.11 The remediation of linear leakage

7 結(jié) 語

基于對以上隧道的監(jiān)控、觀察、分析和研究，結(jié)合對國內(nèi)外相關(guān)學者研究成果的學習和整理，進一步綜合現(xiàn)有高速公路隧道滲漏水病害的特點，本文對滲漏水不同時期病害現(xiàn)象、成因、分類、各階段整治措施進行了分析，整理和凝練以下幾點結(jié)論:

①通過對某高速6 座隧道滲漏水病害進行了全面、詳細的介紹，整體掌握了其滲漏水病害的基本狀況，得出目前隧道由于長時間強大降雨可能出現(xiàn)滲漏水病害的主要形式:噴射、涌流、點滴、浸潤狀，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范對滲漏水狀態(tài)進行判定分級，其中隧道1、3 滲漏水程度輕，為B 類，對隧道無明顯影響，而隧道4、6 為3A 類，急需處理。

②從6 座隧道實際入手，分析滲漏水病害的主要原因，其主要為季節(jié)性長時間特大暴雨與隧道不良地質(zhì)，并通過對隧道4 出現(xiàn)翻漿冒泥進行分析，得出泥沙堵塞排水系統(tǒng)的嚴重性。

③分別按相關(guān)規(guī)范以及滲漏水形式和面積將滲漏水分為點、線、面滲漏。并分析了“點、線、面”滲漏水與噴射狀、涌流狀、點滴狀及浸潤狀間的對應(yīng)關(guān)系，點滲漏一般呈噴射、涌流狀，線滲漏一般呈涌流、點滴狀，而面滲漏程度輕，呈點滴、浸潤狀;進一步闡述不同滲漏水對結(jié)構(gòu)的影響，點滲漏危害一般最為嚴重，尤其拱部和仰拱，呈噴射或涌流狀，甚至可能導致翻漿冒泥;線滲漏危害次之，一般表現(xiàn)為環(huán)向＜縱向＜斜裂縫。

④隧道滲漏水病害分為初期、整治期和整治后運營期，并進一步提出了各階段的主要應(yīng)對措施。初期一般2 ～4 d，其措施主要以泄水降壓和引排為主;整治期時間較長，隧道可能伴隨有泛堿、泛黃、不均勻沉降等出現(xiàn)，嚴重病害處往往需要進行專項檢查。

⑤闡述了不同滲漏水形式、程度滲漏水的整治措施:點滲漏先邊墻打設(shè)泄水孔泄水，然后表面噴、刷防水砂漿等維修加固，而拱部滲漏水需環(huán)向疏導管引排;環(huán)向線滲漏水嚴重時進行泄排，縱向和斜細微裂縫線滲漏采用鉆設(shè)泄水孔、環(huán)向剔槽引排等;面滲漏主要涂刷防水材料或背水面做防水層。

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