隧道防水施工及漏水处理方法浅析隧道的防排水系统是隧道建设、正常使用及安全运营过程中的重要环节。
隧道渗漏水侵蚀破坏混凝土, 使线路变形, 严重影响隧道的使用寿命, 威胁行车安全。
为了预防或消除地表水和地下水对隧道产生的危害, 应采取适当的措施对地表水和地下水进行妥善治理, 在洞内外设置防排水设施, 形成快捷有效的排水网络, 将危害水快速排除。
据铁道部工务部门2002 年秋检数据统计[1], 我国至2002 年底, 共有铁路隧道5711 座, 总延长2833km 出现渗漏, 其中严重渗漏水的隧道有1620 座、23400 处、150km; 占总座数的28.4%, 总长度的5.3%。
由此可见, 我国铁路隧道防排水工程的总体质量并不能令人满意。
随着我国铁路隧道建设的加速增长, 提高铁路隧道防排水技术和改善铁路隧道渗漏现状, 是目前紧迫的任务。
对于公路隧道，存在同样的问题，虽然随着新材料、新工艺的不断出现,近年来我国公路隧道的防排水技术取得了长足的进步, 许多新建隧道的防排水工程都能达到《公路隧道设计规范》提出的要求。
但是,由于设计或施工等方面的原因, 仍有不少隧道的防排水工程不尽人意[2]。
且由于铁路隧道与公路隧道在放排水的本质上并无不同，故在下面一起考虑，统称为隧道的防排水施工。
1.防排水设计与施工现状目前,隧道防排水设计的主要内容包括涌水地段的注浆堵水设计( 帷幕注浆和裂隙围岩注浆) , 复合式衬砌的防水层设计( 防水材料、缓冲材料的选择, 铺挂和连接) , 衬砌混凝土自身的防水设计, 细部构造防水设计, 排水系统设计等。
由于在地下工程防水的机理问题上还有待深入探讨, 怎样进行可控制、可维护的防排水仍是一大难题, 导致很多盲目性。
表现在防水设计上以多加防水设施、全包防水等进行多道设防防水, 这样使得有些细部构造防水道数过多, 防水工艺复杂,导致施工很难按设计要求施作, 反而使该部位成为防水薄弱部位。
另一方面, 防排水设计是受隧道所处地理位置、水文地质情况直接影响的, 在不同地区、同一地区的不同地段, 甚至同一隧道的不同位置防排水的设计可能会千差万别, 很多设计做的还不够, 最终导致隧道防水的失败。
防排水的施工目前通常利用简易铺挂台架和小型机具手工作业,机械化程度低; 防排水设施的施工质量直接与施工人员的素质密切联系, 同时质量检验大多靠充气检验和肉眼观察的方式进行, 检验的可靠性低。
在防水施工上, 往往只把施作防水层看作防水施工, 不注意施工保护, 导致很多防水设计思想无法在施工上实现。
在多数新建成的隧道中, 仍存在很多渗漏现象。
因此, 防排水设施的施工效果受现场管理影响较大[3]。
2.防排水问题分析与建议隧道的防排水可分为三类, 为全封堵防水型, 防排结合型( 限量排水) 和排水型。
排水型隧道相当于地下集水廊道, 显然是对地下水影响最严重的一种; 限量排水型是目前铁路隧道应用较多的一种类型, 水位下降的多少及影响范围与允许的排水量、地下水补给量有关。
全封堵防水即不允许或仅允许肉眼观察不到的极少量的地下水渗入, 其对地下水的水位不会产生影响, 如在浅埋隧道中可采用全封堵防水。
2.1 根据环境要求选择防水类型与地下水处理措施目前很多隧道忽视外部环境对隧道防排水的要求, 在全长范围内采用同一防水类型, 这在某些情况下不合理, 建议设计时多考虑外部生态环境和地质环境要求分区段确定防水类型。
( 1) 在临近良田和城镇村落的洞口浅埋段, 浅埋且上部有重要水源或河湖段。
要求隧道防水在满足内部运营及耐久性需要的前提下,主要为消除对外部生态环境影响而考虑, 可选择全封堵防水型。
( 2) 在隧道深埋段, 由于存在高水压问题需要适当在衬砌背后设置排水系统, 同时要减少排水对原有地下水环境和围岩的影响, 这就要求选择防排结合类型, 限量排水。
( 3) 在特殊地质地段, 需结合地下水文地质特点, 选择合理的地下水处理措施。
比如隧道在岩溶暗河段, 通常不能堵塞其河道, 而采用引流措施, 绕避隧道。
2.2 重视衬砌外围结构防水支护结构应被视为隧道防水的第一道防线, 通常支护包括围岩注浆、喷射混凝土支护。
2.2.1 围岩注浆防水围岩注浆对防水的作用主要表现为以下两个方面:( 1) 围岩注浆可减少地下水渗透量。
根据日本青函隧道围岩注浆试验结果, 压注后围岩空隙填充率一般在0.8～0.9 左右, 注浆前后渗透系数比值可达到100～1000 倍左右[2]。
可见通过围岩注浆, 可有效减少地下水渗透量。
( 2) 围岩注浆可减少衬砌水压力。
考虑衬砌的排水性能( 也只有在考虑衬砌的排水性能的情况下) , 采用围岩注浆是可以降低或消除衬砌外水压力的[3]。
2.2.2 初期支护防水喷射混凝土支护层作为复合式衬砌的最外层支护, 其施作质量受围岩开挖、施作工艺及结构形式影响很大, 不作任何处理的支护防水能力是非常有限的。
施工时应做到以下几点: (1)对喷射混凝土的围岩面进行处理。
(2)对喷射混凝土背后或内部空隙进行注浆。
(3)对突出的钢筋、锚杆端头进行处理。
(4)对喷射混凝土裂纹进行处理。
(5)调整混凝土配合比或掺加外加剂等, 提高混凝土的抗渗能力。
2.3 强调新型分区防水, 改善防水效果目前采用的分区防水是仅在防水层与二次衬砌之间进行分区, 其理由是防水层一点的破损, 不致使渗入的地下水流入隧道的其他区段, 而是将其限制在某个较小的区域里面, 也就是说防水层一点的渗漏不致引起多处衬砌薄弱部位的渗漏。
但事实是防水层的损坏不会只有一点, 很多情况下是存在多处损伤。
而初期支护喷射混凝土表面的渗漏存在不均一性, 防水板背后的土工缓冲材料又具有排水的功能, 地下水可在防水层背后自由流窜。
因此, 隧道初期支护喷射混凝土层一点的渗漏, 可能导致所有防水层破损处渗漏, 进而使相应地段衬砌处于水害威胁之下, 当渗漏发生在隧道纵坡坡顶时, 渗漏会影响隧道全长。
由此可见, 目前的分区防水是有局限性的, 是不全面、不彻底的分区, 应在初期支护与防水层之间、防水层与二次衬砌之间进行彻底分区, 从源头上杜绝渗漏源对其他衬砌段的侵害。
新型分区防水在防水工艺设计上完全控制了地下水的流动, 杜绝了水流乱窜现象, 其既控制了防水层与初期支护间土工材料导水层的纵向导水,又隔断了防水层与二次衬砌间施工空隙的纵向窜水, 只要能保证初期支护的相对隔水, 此分区防水就会变得相当有效。
2.4 防排水施工原则采用“防排结合”“迎水面设防”的原则,并采取“多道设防”“复合防水”“节点密封”等措施[4]。
1) 地下工程的防水应以主体结构防水为主、附加设防为辅,组织多道防水体系。
附加防水以迎水面防水为主的目的是将水拒于结构防水层之外,以免结构受地下水侵蚀而降低其强度,同时迎水面防水是最有效的,给设防和施工带来方便。
2) 地下工程防水应防排结合,除加强各层设防能力外,还应尽可能地采取排水和阻水,从另一方面增强防水的能力。
3) 在地下工程中,柔性防水层容易受损害,所以在其表面必须做保护层。
迎水面设防时,可做刚性保护层,如混凝土、砂浆和砖墙;也可做松软的保护层,如塑料泡沫板等。
4) 转角位应力集中,容易产生变形开裂,故需采取增强措施。
5) 施工缝、后浇缝、沉降缝和节点部位都是地下防水工程的薄弱部位,施工中对这些部位要进行加强处理。
3.漏水处理措施隧道的防排水系统是隧道建设、正常使用及安全运营过程中的重要环节。
隧道渗漏水侵蚀破坏混凝土, 使线路变形, 严重影响隧道的使用寿命, 威胁行车安全。
为了预防或消除地表水和地下水对隧道产生的危害, 应采取适当的措施对地表水和地下水进行妥善治理, 在洞内外设置防排水设施, 形成快捷有效的排水网络, 将危害水快速排除。
处理原则遵循“以排为主, 排、堵结合”的原则, 现已有一些施工经验供参考：（1）采用新材料、新工艺, 力争隧道防排水一次性施工成功。
一般情况隧道防水常用聚氯乙稀防水板, 该办法存在抗断裂性能差、粘贴不牢固、不密贴, 悬挂工艺落后等缺点, 使用中难以保证质量, 防水效果差。
而复合排水板是具有高柔性和延展性的新型优质防水材料, 材质轻软, 变形模量小, 抗渗透性强, 施工操作简单, 防水效果良好。
板接缝的焊接是保证防水效果的关键, 接缝以热融焊接方法为主, 勃结法为辅助, 施工中采用了热楔法、热风焊接法、冷勃法等一系列焊接新工法,确保接缝质量, 达到理想防水效果。
在工作缝、伸缩缝、沉降缝处设置遇水膨胀止水条, 可以增加隧道衬砌整体防水效果。
（2）提高混凝土施工质量, 避免混凝土细小裂缝引起的渗水现象。
采用防水混凝土提高抗渗能力, 抗渗标号控制在一, 在施工现场对震捣、拌和采取了特别的措施, 把住混凝土材料质量关,通过混凝土自身密实来达到防排水效果。
由于爆破振动对连拱隧道影响产生的细小裂纹和大面积混凝土浇筑产生的收缩裂缝都是施工中容易出现的问题, 在隧道主体结构完成, 裂缝稳定后进行防水堵漏处理, 一般采用化学灌浆法, 化学灌浆材料应选择固结体收缩小, 抗拉抗压强度高, 耐久性和稳定性好的材料。
（3）隧道防排水总的治理原则仍然是“以排为主, 防、排、截、堵相结合” , 始终把快捷排除地下水放在首位, 从隧道结构设计方面不断优化排水通道的设计, 才能更好地完善隧道排水工程。
正如在衬砌背后拱墙、防水层、喷射混凝土之间采用环向盲沟, 盲沟可采用软式透水管, 实现全方位透水效果在拱脚和仰拱中央底部纵向设置若干条软式透水管加强隧道底部防排水设计, 增设底部横向排水管加强排水板与中间排水管、两侧排水沟的有机联系, 形成快捷流畅的排水通道。
4.结束语随着隧道修建水平的不断提高, 防排水技术也有了较大的发展, 但必须清醒的认识到要满足目前对隧道渗漏的要求和工务管理的需要, 还有很多问题有待去解决。
首先, 防排水理念的认识有待改进,隧道防排水类型、标准和技术措施必须根据行车运营、生态环境和工务维护来确定, 努力提高后期防排水设施的可维护性。
其次, 隧道防排水应进行整体协作, 充分发挥和调动围岩注浆和初期支护的防水作用, 为防水层和二次衬砌防水提供良好的外部环境。
第三, 应高度重视防排水施工技术、工艺、机具、环境及现场质量管理的研究, 使防排水设计不折不扣地反映到施工上。
(1) 隧道施工中不应轻易放弃注浆堵水的机会。
注浆不仅对隧道的长期防水有利, 而且对围岩的永久稳定也有利。
(2) 防水板下端的卵石滤水层毫无必要,宜用无纺土工布包裹纵向排水管取而代之, 防水板再半裹排水管并用钢筋杆固定。
(3) 止水带接茬胶合前应整形并打毛, 胶合应密实牢靠。
接茬处宜位于排水坡度较大的边墙或拱脚附近,压茬注意“上外下内”。
(4) 采用中心排水管排水对防止路面溢水有利,对保持衬砌基础稳定亦有利。