摘要：文章基于某公路隧道二次襯砌滲漏水注漿加固實(shí)踐，對超細(xì)水泥、普通硅酸鹽水泥及聚合物水泥3種注漿材料的注漿效果進(jìn)行對比分析。通過開展二次襯砌注漿試驗(yàn)，對0°、30°、45°三種裂隙傾角的襯砌裂縫進(jìn)行注漿加固效果分析，確定聚合物水泥為最佳注漿材料。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道;滲漏水;注漿加固

中圖分類號：U445. 49文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：1 0.13282/j. cnki. wccst. 201 9. 12. 038

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0141 - 04

0 引言

現(xiàn)今，我國已成為世界上隧道建設(shè)規(guī)模最大，發(fā)展速度最快的國家。隧道可有效縮短行車距離，提高公路交通運(yùn)輸效率，有效促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，由于設(shè)計(jì)階段對隧道地質(zhì)條件調(diào)查不夠，對隧道地應(yīng)力的作用和施工監(jiān)管不嚴(yán)，很多隧道在運(yùn)營使用后出現(xiàn)二次襯砌開裂，出現(xiàn)不同程度的滲漏水情況。隧道滲漏水是公路隧道的主要病害之一，嚴(yán)重影響隧道內(nèi)行車安全，降低隧道結(jié)構(gòu)的耐久性。目前，國內(nèi)對隧道滲漏水注漿加固處治尚沒有完善的無損評價(jià)方法，對隧道滲漏水注漿封堵研究不夠深入。文章基于某公路隧道運(yùn)營使用后二次襯砌滲漏水注漿止水處治方法，分別采用超細(xì)水泥、普通硅酸鹽水泥和聚合物水泥對隧道二次襯砌滲漏水部位進(jìn)行注漿加固處理，并通過試驗(yàn)對加固效果進(jìn)行分析，確定最佳注漿材料，提高加固效果。

1 工程概況

某公路隧道全長1 552.4 m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖級別多為Ⅳ、V，裂隙紋理發(fā)育，巖石軟硬相間，易風(fēng)化。該地區(qū)氣候四季分明，夏季濕潤多雨，裂隙水發(fā)育，受地下水影響大，隧道易受滲漏水病害影響。隧道施工中設(shè)置了防排水設(shè)施，在初支與二次襯砌之間加設(shè)了土工布和防水板，排水工程由環(huán)形排水管、縱向排水管、橫向排水管和中央排水溝組成。施工中在施工縫和變形縫位置設(shè)置了止水帶，做了防滲設(shè)計(jì)。

隧道運(yùn)營使用一段時(shí)間后，出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲漏水情況，造成襯砌混凝土侵蝕破壞。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，滲漏水位置主要分布在隧道邊墻和拱腰位置，主要形式為線性滲漏、變形縫和接縫處滲水量大，流向路面，造成大面積積水，導(dǎo)致道路濕滑，影響行車安全。通過對K32+350～K33+ 130段進(jìn)行調(diào)查，得到隧道滲漏水現(xiàn)場調(diào)查情況部分統(tǒng)計(jì)如下頁表1所示。

2 隧道滲漏水成因分析

2.1 圍巖地質(zhì)原因

公路隧道運(yùn)營使用階段，襯砌結(jié)構(gòu)受到地應(yīng)力、地下水壓力等因素的影響。隧道圍巖出現(xiàn)地應(yīng)力，造成隧道襯砌受力情況變化，尤其是隧道處于斷層破碎帶區(qū)域，地應(yīng)力變化顯著，對隧道襯砌影響大。地下水量增加，造成水壓力增加，水分從襯砌缺陷處滲漏。地質(zhì)情況變化，造成襯砌變形破壞。環(huán)境溫度變化，造成隧道襯砌混凝土出現(xiàn)干濕交替或凍害。在多種因素的綜合作用下，造成隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞，出現(xiàn)滲漏水。

2.2 設(shè)計(jì)原因

隧道襯砌結(jié)構(gòu)厚度不足，強(qiáng)度不足，沒有充分考慮極端地質(zhì)條件對襯砌結(jié)構(gòu)的影響，尤其是侵蝕性地下水，很容易造成襯砌開裂破損。如設(shè)計(jì)襯砌厚度不足，會造成隧道圍巖出現(xiàn)凍害，在反復(fù)的凍融破壞作用下風(fēng)化破碎，最終造成襯砌開裂。由于設(shè)計(jì)原因，造成隧道排水能力不足，導(dǎo)致隧道運(yùn)營后大量地下水不能及時(shí)排除。本隧道受到季節(jié)性影響明顯，排水能力不足是造成隧道出現(xiàn)滲漏的一個(gè)主要原因。另外，該地區(qū)屬于季節(jié)性冰凍地區(qū)，隧道結(jié)構(gòu)處于凍結(jié)圈內(nèi)，隧道排水結(jié)構(gòu)在冬季結(jié)冰后產(chǎn)生冰塞，地下水無法及時(shí)排除，使排水系統(tǒng)凍脹破壞造成襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水。

2.3 施工原因

隧道圍巖開挖時(shí)機(jī)不對，施工工序不規(guī)范，都是造成隧道滲漏水的重要影響因素。隧道開挖時(shí)機(jī)不對主要是開挖時(shí)機(jī)選擇不當(dāng)，隧道圍巖還處于開挖后的重分布調(diào)整狀態(tài)，沒有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，容易產(chǎn)生地應(yīng)力，造成襯砌開挖變形。在施工過程中，個(gè)別施工企業(yè)為了提高收益，不按設(shè)計(jì)與規(guī)范施工，使用不符合要求的混凝土，襯砌厚度不夠、防水能力差，防排水結(jié)構(gòu)施工不合格，混凝土振搗不當(dāng)，養(yǎng)護(hù)不到位等都是降低襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量，造成滲漏水的原因。

3 隧道襯砌滲漏水注漿加固效果分析

3.1 試驗(yàn)方案

施工前選取試驗(yàn)段進(jìn)行注漿試驗(yàn)，分別選取超細(xì)水泥、普通硅酸鹽水泥及聚合物水泥3種注漿材料，注漿襯砌結(jié)構(gòu)采用裂隙傾角為0°、30°、45°三種工況。注漿前先進(jìn)行襯砌預(yù)制，制作不同裂隙傾角的襯砌結(jié)構(gòu)，然后對襯砌裂縫進(jìn)行封堵處理，對不同傾角的裂縫進(jìn)行注漿，注漿后進(jìn)行鉆芯取樣，對比分析注漿前后襯砌強(qiáng)度的變化情況。

3.2 襯砌與裂隙預(yù)制

選擇同原隧道二次襯砌混凝土相同的強(qiáng)度和配合比，嚴(yán)格按要求進(jìn)行混凝土拌和，在成形模板內(nèi)澆筑成型。為了模擬隧道襯砌裂隙工況，采用3 mm厚的鋼板插入到二次襯砌內(nèi)部制作裂隙，分別得到0°、30°、45°三種裂隙傾角，二次襯砌混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)10 h后，抽出鋼板，完成裂隙制作。

裂隙制作完成后.由于襯砌內(nèi)部的裂隙不均勻，注漿過程中容易出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，需要進(jìn)行開槽處理。開槽后裂隙完全張開，按要求制作止?jié){槽，以保證注漿飽滿。同時(shí)，為了防止注入裂隙內(nèi)部的漿液流失，降低注漿效果，在裂隙內(nèi)部設(shè)置隔水膠條密封，并使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封，以提高密封和隔水效果。預(yù)制二次襯砌完工28 d后，處理裂隙，使用切割機(jī)對裂隙處進(jìn)行開槽處理，并制作寬1 cm、深2 cm的止?jié){槽，使用聚合物水泥漿封閉裂隙。

3.3 裂隙注漿與鉆芯取樣

止?jié){槽施工3d后，對二次襯砌裂隙進(jìn)行注漿。注漿使用止水針頭進(jìn)行施工，并設(shè)置至少一個(gè)注漿孔和一個(gè)排氣孔。實(shí)驗(yàn)過程中分別使用超細(xì)水泥、普通硅酸鹽水泥及聚合物水泥3種注漿材料進(jìn)行注漿，并對施工過程進(jìn)行觀察，比較注漿效果。當(dāng)采用速凝類漿液進(jìn)行注漿時(shí)，注漿孔沿裂隙上下呈梅花形布置，距離為400 mm。裂隙注漿采用自上而下的施工順序，排氣孔位于裂隙的最頂部，注漿終壓為1 MPa。當(dāng)采用非速凝類漿液進(jìn)行注漿時(shí)，分別在裂隙上端和下端設(shè)置一個(gè)注漿孔，其中上端孔為排氣孔，下端孔為注漿孔，注漿終壓為1 MPa。注漿過程中如出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，應(yīng)封閉排氣孔，直到壓力恢復(fù)。裂隙注漿3d后，鉆芯取樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢測注漿加固效果。

3.4 襯砌裂隙注漿加固效果分析

對注漿加固體進(jìn)行鉆芯取樣，分別對注漿加固前試樣和加固后試樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試樣分別選取注漿加固前后裂隙傾角為0°、30°、45°的試樣各一組，同時(shí)對沒有裂隙的襯砌取樣進(jìn)行對比試樣。通過對沒有裂隙的區(qū)域襯砌混凝土試樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定試樣的抗壓強(qiáng)度為27 MPa。不同類型注漿材料注漿加固后襯砌試樣單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

分析表2數(shù)據(jù)可知，對不同裂隙傾角的襯砌裂縫進(jìn)行注漿加固，加固前后二次襯砌強(qiáng)度明顯提高。注漿加固前后，二次襯砌混凝土強(qiáng)度采用超細(xì)水泥注漿加固后提高2～6 MPa，采用普通硅酸鹽水泥加固后強(qiáng)度提高幅度為1. 5～5.5 MPa，采用聚合物水泥加固后強(qiáng)度提高幅度為4. 5～7.3 MPa。由此可見，采用聚合物水泥注漿加固效果最佳，超細(xì)水泥次之，普通硅酸鹽水泥最差。不同裂隙傾角注漿前后二次襯砌強(qiáng)度關(guān)系曲線如圖1～3所示。

分析圖1～3所示曲線，裂隙傾角對襯砌加固后抗壓強(qiáng)度的影響差異較大。其中0°和30°傾角對二次襯砌注漿加固效果影響不顯著，這主要是由于裂隙傾角較小，注漿前后襯砌強(qiáng)度增長不明顯。45°裂隙傾角對二次襯砌加固效果影響明顯，這主要是由于45°裂隙傾角的襯砌結(jié)構(gòu)的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)破壞形式主要為剪切破壞，使襯砌試樣本身的物理力學(xué)參數(shù)通過裂隙的物理力學(xué)參數(shù)體現(xiàn)出來，進(jìn)而增加了對試樣抗壓強(qiáng)度的影響。

3.5 隧道注漿材料比選

在對二次襯砌試樣進(jìn)行注漿試驗(yàn)過程中，采用不同注漿材料開展現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，對注漿壓力、注漿速率、注漿時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行研究。同時(shí)，為了有效控制注漿漿液的擴(kuò)散時(shí)間與擴(kuò)散范圍，注漿過程中加入了一定比例的胺鹽（0.05%）和鈉鹽（0.5%）。注漿試驗(yàn)過程中控制注漿終壓為2.0 MPa，注漿時(shí)間為60 min。根據(jù)施工現(xiàn)場施工情況，繪制三種不同注漿材料的P-Q—t曲線如圖4～6所示。

從施工現(xiàn)場三種不同注漿材料的P- Q-t曲線可以看出：在注漿初期，注漿壓力均不斷提高，注漿速率不斷下降;注漿中期速率下降，注漿壓力在一定范圍內(nèi)波動，漿液注漿進(jìn)入穩(wěn)定階段;注漿后期注漿壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，注漿速率不斷下降。通過對曲線進(jìn)行分析可知，超細(xì)水泥漿液在注漿時(shí)間達(dá)到60 min后注漿壓力仍然很低，注漿速率穩(wěn)定，可注性良好。普通硅酸鹽水泥漿液注漿壓力在注漿后55 min達(dá)到1.8 MPa。聚合物水泥漿液在注漿44 min后注漿壓力上升迅速，60 min未達(dá)到注漿壓力，可注性較超細(xì)水泥漿液略差。

通過對注漿施工過程進(jìn)行分析得出，普通硅酸鹽水泥漿液粒徑大，可注性較差，在注漿過程中漏漿現(xiàn)象嚴(yán)重。超細(xì)水泥粒度較細(xì)，注漿壓力上升慢，漿液擴(kuò)散半徑大，可有效填充裂隙，注漿效果好。聚合物水泥注漿性質(zhì)與超細(xì)水泥漿液相似，且水化后可形成聚合物一膠凝礦物結(jié)合體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可塑性好。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)比選，聚合物水泥漿液對隧道滲漏水注漿加固最好，應(yīng)優(yōu)先選用。

4 結(jié)語

本文采用三種不同注漿材料對隧道滲漏水進(jìn)行注漿加固，分析了注漿前后試樣單軸抗壓強(qiáng)度變化，并對三種漿液的現(xiàn)場注漿施工過程進(jìn)行對比分析，得出了以下結(jié)論：

（l）對不同裂隙傾角的襯砌結(jié)構(gòu)加固前后二次襯砌強(qiáng)度變化情況進(jìn)行對比分析，得出采用聚合物水泥注漿加固效果最佳，超細(xì)水泥次之，普通硅酸鹽水泥最差。

（2）0°和30°傾角由于角度較小，對二次襯砌注漿加固效果影響不顯著，45°裂隙傾角的襯砌結(jié)構(gòu)的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)破壞形式主要為剪切破壞，使襯砌試樣本身的物理力學(xué)參數(shù)通過裂隙的物理力學(xué)參數(shù)體現(xiàn)出來，對試樣抗壓強(qiáng)度的影響顯著。

（3）通過對三種漿液注漿施工過程分析，得出聚合物水泥可注性好，可有效填充裂隙，注漿效果好，可塑性好，對隧道滲漏水注漿加固效果最好，應(yīng)優(yōu)先選用。

參考文獻(xiàn)

[1]張素磊，豐權(quán)章，應(yīng)國剛，等.公路隧道滲漏水成因及新型排水材料現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].公路交通科技，201 3，30（10）：86 -91 ，140.

[2]戚樹華.巖溶地區(qū)公路隧道滲漏水處治技術(shù)探析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），201 8，14（5）：273 - 275.

[3]劉赟君，張志強(qiáng)，謝蒙均，等.既有高速公路隧道滲漏水病害及整治措施[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），201 5，40（4）：989 - 997.

[4]姚正中，楊春平.高速公路現(xiàn)役營運(yùn)隧道滲漏水病害整治措施[J].交通科技，201 4，40（2）：112 -115.

[5]鄒育麟，何川，周藝，等.重慶高速公路現(xiàn)役營運(yùn)隧道滲漏水病害統(tǒng)計(jì)及成因分析[J].公路交通科技，2013，30（1）：86 - 93，101.

作者簡介：陳藝（1983-），講師，碩士，研究方向：橋梁與隧道工程。