隧道防水防渗漏方法及技术研究

隧道防水防渗漏方法及技术研究
隧道工程防排水是隧道工程设计的主要内容。

如果没有可靠的防排水措施，地下水就会侵入，乃至危害运营和影响隧道使用寿命。

目前，隧道工程最大的病害就是渗漏水。

整治渗漏，既困难费用又高。

因此，从设计时就引起重视，精心设计，精心施工。

隧道开挖过程将对围岩造成扰动，导致围岩变形，裂隙发生扩展、导通，引起岩石中地下水下渗进入隧道，改变地下水流场，地下水位下降，而地下水位的下降则可能导致原有地下水排泄点如泉水出现流量减小甚至断流，从而引发新的环境、生态问题，并导致纠纷。

因此，隧道的防渗堵漏不仅是隧道本身的需要，也是、生态保护和水资源保护的要求。

隧道漏水不仅会降低混凝土衬砌的耐久性，而且降低隧道内各种设施的功能，恶化隧道内的环境;在寒冷地区，隧道漏水还将使隧道路面冻结，顶部产生冰柱，从而影响隧道的正常交通。

在隧道防水的理论依据、防水方法的优化、整体防水与细部防水相结合、防水体系的经济性和合理性等方面，都有待于更进一步研究。

我国《地下工程防水技术规范》(GBJ108—87)对地下工程的防水提出了总的治理原则，即“防、排、截、堵相结合，因地制宜、综合治理”。

所谓“防”是指工程结构设计必须要有防水技术内容，要强调必须优先采用防水混凝土做自防水结构，要使工程本身具有阻水和防水渗入的能力。

“排”是要求工程要具有完整的排水系统，以减少渗水压力及渗水量，为进一步防水创造条件。

“截”是指工程位置的地表水、渗漏水、地下裂缝水要用排水沟、导管等排水系统引走。

“堵”是指工程已出现结构渗漏时，采用压浆、抹面、喷涂、嵌堵等方法将渗漏水堵住，为防水施工创造条件。

隧道渗漏水的防治与很多因素有关，是一项系统工程。

在设计、施工、材料、验收等各个环节必须严格按规范要求去做，才可能达到设计要求的防水质量。

铁路系统直到1986年才颁布了相应标准，在铁路隧道方面，我国的《铁路隧道设计规范》(TBJ3—85)、《铁路隧道施工规范) (TBJ204—86)以及《铁路隧道新奥法指南》都要求根据总的防水治理原则，对铁路隧道的阻水、防水渗漏能力规定了具体技术要求，要形成完整的防排水系统，以达到防水可靠，经济合理的目的。

隧道工程在施工或运营阶段出现的各类病害严重影响了隧道功能，造成隐患，危及交通安全。

这些病害主要表现为：(1)衬砌过度变形、裂损、剥落掉块;
(2)地下水的渗漏和涌出。

因此，对隧道进行防水防渗就变得非常必要。

1隧道渗漏水的主要原因
隧道渗漏水的原因大致可分成自然因素和人为因素2种。

1.1自然因素
开挖隧道对地下水的影响，是隧道发生渗漏水的客观因素。

根据水力学和水文地质学原理，地下水从高压水位向低压水位流动，有其固定的流线，由于隧道的开挖，形成临空面的低水压区，改变了围岩的力学特性和地下水泾流路
线，使周围地下水向隧道内汇集和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。

隧道
开挖影响范围的大小与地层的渗透系数、水位高低、过水断面大小有关，此外
还受大气降水、隧道进深及隧道周围溶洞、泉眼、水库或江、河、湖泊的影响。

1.2人为因素
(1)隧道防排水系统不完善：1)排水管道设置不合理、排水沟深度及宽度不够或被泥、砂、灰浆、浆液堵死无法正常排水;2)混凝土施工接缝、结构连接、混凝土缺陷部位的防水设计、材料、施工工艺及质量检验不严格。

(2)对特殊地段(侵蚀性地下水、寒冷及严寒地区等)没有采取特殊处理措施：1)混凝土衬砌在侵蚀性介质经常作用下，出现起毛、酥松、蜂窝麻面等导致材
料强度降低，衬砌厚度变薄，导致渗漏水并日趋’严重;2)寒冷及严寒使衬砌背后积水冻结，造成衬砌混凝土冻胀开裂渗漏水;衬砌混凝土本身多次冻融循环
而开裂渗漏水;3)排水沟结冰无法满足排水要求，基底积水、结冰，线路不均匀隆起。

(3)铁路隧道施工规范不完善：现行《铁路隧道施工规范》对隧道结构及施工防排水，只作了总体要求，定性说明多，定量指标少，而且内容也不够全面，有些概念还比较模糊，既造成对防水质量要求的不同理解，也不能有效地约束
设计及施工单位。

隧道出现渗漏水还有很多因素，如：在隧道工程质量的控制上存在管理问题，也有技术问题;引起隧道渗漏水的原因主要是防水材质不良或违反操作规程造成的，具体可分为以下几类：(1)管片在制作时养护不合理，表面出现气孔和龟缩裂缝;管片在运输、拼装中受挤压、碰撞，缺边掉角;(2)水膨胀橡胶粘贴不牢，或下坡时过早浸水使膨胀止水效果降低;(3)管片拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大;(4)手孔、螺栓孔、注浆孔等薄弱部位未加防水垫片，封孔施工
质量差。

2隧道渗漏水的表现形式
隧道渗漏水主要表现为点渗漏、缝渗漏和面渗漏三种形式，根据其渗漏水
量的不同，又分为慢渗漏水和快渗漏水。

当工程发现渗漏水的现象时，需要根
据具体情况和工程特点，采用不同材料、工艺和机具设备进行封堵。

首先应做
好下面几项准备工作：
2.1查找渗漏水来源
首先对工程周围的水质、水源、土质等情况进行调查，掌握水位随季节变
化的规律和地表水的情况，以确定工程所承受的最大水压。

此外还应了解生产
用水、生活用水的上下管道是否完好，以便查明引起渗漏的原因，为制定防水
堵漏方案与切断水源提供依据。

2.2从结构上分析渗漏水原因
首先要了解结构的强度、刚度是否满足要求，以及地基是否存在不均匀沉降等问题，因为上述因素都可能导致结构开裂而造成渗漏。

堵漏修补工作应在结构稳定、裂缝不再继续扩展的情况下进行。

2.3检查材料质量
对工程所用防水材料进行检验，以判断工程渗漏水是否由材料质量不良或选材不当而引起的。

在对以上几点进行分析的基础上，按照处理止水与防水相结合的原则，到现场进行实地调查，将漏水部位、数量根据渗漏形式进行分类编号统计，绘制堵漏平面展示图，即可制定堵水堵漏方案。

3隧道防水放渗的不足
设计与施工规范中，虽然对各种隧道的防水均做了相应规定，但仍有较多的不足之处，主要表现在：
(1)部分规范缺少明确的防水等级划分，即隧道防水的等级不明确。

对铁路隧道只要求按照一般地下工程的防水原则实施，没有明确的防水等级和具体要求;对隧道的具体情况如隧道所在线路等级、牵引类型、隧道所在地区或地段、隧道不同部位及隧道的长度等因素也缺乏定量的防水指标。

(2)大部分隧道规范对防水等级的划分比较模糊。

不同的隧道工程，采用不同的等级划分标准。

(3)防水设计缺乏充分可靠的理论依据。

由于地质情况复杂，勘探费用昂贵，通过勘探往往还不能掌握隧道的地质情况，多数还要用试验和估算的方法推测，无法为隧道防水设计及规定提供足够的理论依据。

(4)隧道防水施工、监理及验收不规范。

尽管隧道设计与施工规范都有防水规定，但由于各种防水措施大都缺乏经济、效率上的系统研究;对防水施工、监理及验收也都缺乏相应的规范，防水要求随意性强，没有统一的评价标准;施工监理也缺乏防水施工工艺等方面的监理规程。

隧道竣工后，质量管理部门也缺乏有效检验手段和相应的验收规范，仅从衬砌表面上看不出什么问题，就按合格验收，无法保证运营后不出现渗漏水现象
4隧道施工的主要方法及常用的材料
隧道防水不能停留在局部的防水对策上，而要考虑隧道设施用途的所有问题作为运营这些设施的必要条件。

目前国内外对隧道的施工主要有沉埋法、新奥法和盾构法3种，沉埋法常用于水下隧道的施工;
新奥法主要用于山岭隧道;而盾构法常用于城市地下工程，如地下铁道等。

尽管不同专业从材料和构造方面实施防水的做法还不统一，但隧道防水技术主要有3种类型，一是从围岩、结构和附加防水层着手以防为主的水密型防水，二是从疏水、泄水着手以排为主的泄水型或引流自排型防水，三是防排结合的混合型防水。

隧道衬砌渗漏水的种类：隧道渗漏水大致可分为以下几种：(1)结构接缝渗漏;(2)裂缝引起渗漏;(3)混凝土受腐蚀引起渗漏。

渗漏形式可分为点、线、面
3种。

按出水量不同可分慢渗、快渗、漏水和涌水。

隧道复合式衬砌是新奥法施工隧道的基本形式。

它被应用于国内外大量的
隧道工程，具有先进合理，防水可靠的优点。

这种复合衬砌由一次支护、二次
模注混凝土以及防水层组成。

通常先安装钢筋网、锚杆、钢支架，喷射混凝土，形成初期支护系统;接着在喷层上铺土工合成材料(起保护防水薄膜和将水引导
到隧道排水系统作用)，用钉子将塑料圆盘钉入喷层固定;然后用热焊法将聚氯
乙烯薄膜固定在塑料圆盘上;最后用双焊缝将相邻薄膜连接起来。

这种做法易于干法或湿法安装;价格较便宜;安装质量可以检验;合理安装可保证不透水。

如果在拼装衬砌中使用密封垫，则密封垫的接触压力要足以承受静水压力，且不能
妨碍衬砌的安装。

但通常密封垫与衬砌间的容差对接触压力的影响很大。

复合
衬砌的防水层设于一次支护与二次模注之间，表面光滑，除了防水，它还能减
少喷射混凝土与二次衬砌模注混凝土之间约束应力，防止二次模注混凝土产生
裂缝。

隧道复合式衬砌防水层常采用PVC、ECB(乙烯—醋酸乙烯与沥青共聚物)、EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)、LDPE(低密度聚乙烯膜)及HDPE等材质。

但不同
国家采用防水层的厚度不同，如西欧及美国多用1.5～3.0mm，日本常用
0.4～0.8mm。

通常防水层的做法有两种。

为防止防水膜不受损伤，保证防水的可靠性，对于LDPE膜或EVA膜，均应在膜下加设4～5mm泡沫塑料衬砌或2.6~ 3.2mm无纺布做缓冲层，而防水膜连接则常采用塑料胀管、热融塑料垫圈、钢
垫圈、木螺丝钉等锚固材料。

复合衬砌也存在许多问题，主要是：(1)初期支护难以保护;(2)施工期长，施工工艺复杂;(3)防水板间的连接方式不易得到保证，焊接工艺要求高;(4)防水板在隧道壁上的固定方式难以保障;(5)二次衬砌施工
时易将防水板撞破。

尽管各国对隧道防水的标准和做法不一样，各种防水方法的效益相差也很大。

但实践表明，要想做到隧道不漏水，单一防水方法已很难胜任。

当前人们
已趋向于采用混合防水法，通过多道防线，层层设防，以达到隧道不漏水。

不
漏水的隧道首先应遵循以下几点。

(1)地质勘探要尽可能地合理，多渠道了解地质资料。

(2)结合地质情况，采取防、排、堵、截综合治理方法，刚性防水和柔性防水相辅相成，不同专业系统再结合自己的特点和要求有所侧重。

(3)尽量采取复合衬砌防水或二次衬砌防水，充分利用结构的自防水，并合理地布置排水
管和排水沟。

(4)合理选择高性能防水层和结构自防水材料，加强接缝和变形缝细部防水的处理。

我国现有的隧道防水措施都是依据现行技术规范，并借鉴国外的成熟技术
来实施的。

隧道衬砌渗漏水的封堵原则：(1)应根据漏水部位、漏水种类、水源及漏水量确定其整治方案及选材。

(2)查找并切断水源，尽量使修堵工作在无水状态下进行。

在渗漏水状态下进行修堵时，要尽量通过做好引水，变大漏为小漏，变线漏为点漏，变片漏为
孔漏的办法，减少漏水面积，方便施工操作，防止水压冲坏施工材料。

(3)对隧
道内衬砌的渗漏水区域，应采用注浆、嵌堵、排水综合治理措施。

具体操作要遵守“拱堵墙排，堵排结合”的原则及“先拱后墙”的顺序，先将拱部水堵住，再在边墙上做排水处理。

5常用堵漏防水技术
5.1表面封闭法
在需防水的表面铺一层防水层进行隔离和封闭。

较常用的做法为先用聚氨酯防水橡胶进行表面处理，沿裂缝铺一定厚度的橡胶膜即可。

5.2凿缝填充法
一般沿裂缝凿成“V”型槽，再填充一些防水和补强材料。

此法只适用于自身强度低，且有高延伸率、弹性及高粘结力的填灌材料，否则，材料与衬砌的粘结界面就会破坏，失去防水效果。

5.3灌浆法
对具有较完整骨架的防渗漏对象，堵漏防水是一种快速而效果明显的首选手段，是目前最常用的堵漏方法。

将一定的材料配制成浆液，用压送设备将其灌入缝隙或空洞之中，使其扩散、胶凝或固化，以达到防渗堵漏的目的，确保防水工程的防水性能。

灌浆能使裂缝缺陷愈合而恢复整体性。

与表面封闭法相比，它能有效防止水进入裂缝内腐蚀钢筋。

该法已被广泛应用于整治隧道渗漏水，构筑第一道防水线。

注浆材料应具备以下条件：(1)可注性好;(2)胶凝时间易于调节，最好是突变式固化;(3)固结体强度高，抗渗性好，附着力强;(4)材料价格适中，采购方便;(5)操作工艺简单;(6)无毒。

可根据灌浆材料的不同，分别对裂缝和混凝土缺陷进行补强和单纯堵漏，特别是对有压水的堵漏、修补，此法常可取得快速满意的效果。

灌浆法相对于表面封闭法来说，显得工艺复杂，配方难掌握，技术要求高，造价也较高。

5.4其它方法
防渗漏的方法还有粘结钢板法、增加截面法、预应力张拉补强法等。

这些方法都是在因设计计算失误等原因造成裂缝的情况下使用，而且必须要在协调一致的变形条件下才可使用。

堵漏材料的技术特性及配制方法：堵漏材料分有机材料和无机材料两大类，常用的堵漏材料主要有堵漏灵、丙凝、非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、改性环氧树脂、水泥水玻璃浆液等。

在选择注浆堵漏材料时，要从材料的技术特性、材料来源、成本、渗漏水特征等方面综合考虑。

注浆机具与堵漏材料的选择：注浆机具要根据注浆液种类和结构渗漏位置的大小合理选择，目前用于注浆堵漏的机具有：电动往复泵、电动风压注浆设备、手压泵及注射器等。

堵漏材料要根据工程特点和渗漏水量的不同加以选择。

5.5施工操作方法
(1)孔洞漏水的处理：对于孔洞漏水可采用预埋注浆管或用风枪钻孔后将缠绕麻丝的Ф20～40mm的钢管打人孔内，而后采用水泥—水玻璃双液注浆法实
施堵水，浆液固化时间可根据涌水量的大小和用浆量的多少进行调整。

如注浆
后涌水仍较大，再实施二次注浆。

(2)变形缝和施工缝漏水的处理：对于变形缝和施工缝的渗漏水，首先要根据漏水量大小制定堵水方案，其主要操作步骤为：根据渗漏水长度沿混凝土表
面开凿成“V”型槽(宽度、深度视渗漏水大小掌握)，将槽内残渣冲洗干净，而后将Ф40半圆形塑料引水暗槽(薄铁皮弯制也可)置人槽底盖住水流部位，并用水泥速凝胶将两侧固定牢，再将西12mm引水导管(铝管)垂直置于引水暗槽两端，导水管外露长度为100mm，同样用水泥速凝胶固定。

在确认引水暗槽和导
水管固定牢固后，进行注水试验，其目的一是检查有无跑冒浆部位，二是可根
据注水量估算浆液用量，以免造成材料浪费。

注水试验后，将“v”型槽界面用喷灯烘干，并在基面上涂两遍环氧糠酮浆液，浆液固化后即可进行注浆止水。

注浆机具为专用化学电动注浆泵或手提式手压注浆泵，注浆压力控制在4～8 MPa。

注浆接近结束时，注浆泵压力适当增大并恒定5~10min，表针不再回落，
即可结束注浆，并将注浆管迅速用软塞塞住，以免浆液喷出或溢流。

注浆完毕
72h后，将外露注浆管用手持砂轮机切除，将“V”型槽用膨胀水泥砂浆填实
抹光。

(3)大面积渗漏水的处理：对于边墙、地板等部位出现的较大面积渗漏水，应先对渗漏水部位的渗漏点进行调查，根据渗漏范围划分为若干作业单元。

然
后本着先堵大、后堵小、从上而下的堵水原则进行施工。

对渗漏水量较大部位，先开槽或钻孔将水引出，再将周围水孔眼封闭处理，注浆方法与变形缝、施工
缝相同。

(4)孔眼渗漏水的处理：混凝土基面局部出现点渗漏水时，以“堵”为主。

如水流量较大，封堵困难时，可根据渗漏水量在混凝土基面开“V”型槽，将
Ф20mm的铝管(或聚乙烯塑料管)对准漏水点放好，用速凝水泥胶泥将其固定，
将水由导管引出，然后进行注浆堵漏及表面修整。

对于渗漏水量较小部位，沿
渗漏点进行凿除，直到找到准确部位，其长度、深度视具体情况而定。

凿除后
的部位用速凝水泥胶泥填堵，待水泥凝固并观察不再渗漏后，表面用膨胀水泥
砂浆封闭抹平。

5.6我国隧道防水堵漏材料发展现状
(1)合格的防水材料应具有：1)能承受一定的机械撞击而不受损伤;2)具有
耐久性和耐腐蚀性;3)防水膜接缝严密性;4)施工方便，接缝少;5)良好的经济性。

(2)发展现状：近几年来，尤其是“九五”计划期间，我国新型防水堵漏材料发展较快，通过引进国外新技术与产品，并在此基础上进一步发展，已形成
了很多质量较好，经济性也不错的产品。

当前，我国的防水堵漏材料已从纸胎
石油沥青油毡型单一产品，发展成档次、品种、功能均较齐全的防水材料系列产品，包括：改性沥青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、建筑密封材料、刚性防水堵漏材料等。

其中，增长较快的为改性防水油毡卷材，而高分子防水材料也有一定发展规模。

为各种工程的防水堵漏提供了更多的选择。

(3)我国常见防水堵漏材料：我国防水材料有防水卷材、防水涂料、密封材料及防渗堵漏材料等，其中防水卷材有以下几种：石油沥青纸胎油毡，SBS、
IP改性沥青防水卷材等，三元乙丙、PVC、氯化聚乙烯、氯化聚乙烯橡胶共混
等高分子防水卷材也有一定规模，但在应用及推广上仍存在一些问题。

选择防水材料的基本要求：1)承受一定的机械撞击而不受损伤;2)具有耐久性和耐腐蚀性;3)防水膜接缝严密可靠;4)施作方便，接缝少;5)良好的经济性。

6隧道防水防渗工程施工禁忌
(1)底板与侧墙的纵向水平施工缝直接留在底板面上或高度≤200mm砌的侧墙上。

后果：由于该处承受的剪力大，容易造成结构开裂，甚至损害结构。

再则受浇注混凝土条件等限制，此处防水作业效果相对较差，容易造成渗漏。

(2)施工缝用遇水膨胀橡胶(或腻子)止水条时，止水条无缓膨胀的功能，而是突出它的快速膨胀(如3d时间达到它的最大膨胀倍率)。

后果：由于遇水膨胀橡胶(或腻子)止水条遇水会迅速膨胀，一旦受雨淋或冲洗水的浸泡，在未浇注混凝土前就充分膨胀了，而在浇注完混凝土后施工缝开裂时，就不膨胀或无足够的膨胀应力，减少甚至失去止水作用，造成渗漏。

(3)为铺设方便，施工缝用遇水膨胀橡胶条设置在离混凝土侧面<70mm处。

后果：遇水膨胀橡胶，尤其是膨胀倍率较高的遇水膨胀橡胶遇水会产生较高的膨胀应力，因此在施工缝位置混凝土结合面极易被膨胀所挤碎。

(4)在横向施工缝上设置遇水膨胀橡胶(或腻子)止水条时，采用直接粘合方式粘在缝面。

后果：遇水膨胀橡胶因完全露在表面，有的止水条断面尺寸又偏大，在新混凝土浇注与插入式振捣器插入与振捣时很易下坠与脱落，丧失防水功能。

(5)设置变形缝位置的混凝土厚度<300mm，在采用中埋式止水带时，它离结构混凝土面的距离<150mm。

后果：地下水容易进入变形缝，尤其在顶板变形不嵌缝密封、底板与侧墙变形缝不设外防水止水带时。

地下水直接进入变形缝，它在混凝土中的渗透厚度就从止水带处算起，故止水带到混凝土的距离必须大于150mm(即通过抗渗试体的高度)。

否则，容易渗漏，容易影响接头处混凝土
的密实性。

(6)用于适应伸缩变形的变形缝，其变形缝缝宽>30mm。

后果：变形缝的作用是满足隧道工程中两相邻结构的伸缩变形，而过大的接缝，除了多耗费接缝用垫板及嵌缝密封胶，更不利于抗水压。

尤其在底板设凹凸榫，变形缝过宽不利于凹凸榫的嵌合，不利于结构受剪也难以控制沉降量。

7结论及建议
综观上述，近年来我国隧道与地下工程防水技术取得了新的进展，满足了
各行业的使用要求。

但也应该清楚地看到，当前隧道防水技术存在的问题还不少，有的还很严重，与国外相比，我们还有较大的差距。

隧道防水是一项系统
工程，涉及材料、设计、施工、管理等各个方面，我们应该下功夫研究，探讨
有效的解决办法，积极地开展工作，并吸收国外先进技术与经验，把我国隧道
与地下工程防水技术提高到一个新的水平。

几点建议：(1)认真贯彻执行国家标准。

(2)促进优质防水材料推广应用的
比重。

近几年国内研制与引进的新材料、新产品越来越多，虽其性能大同小异，但不乏优质者，然而设计、施工和建设单位在选用时难以鉴别其内在质量及耐
久性，或因价格因素而放弃选用优质防水材料。

为此，有必要加强产品质量的
检验和监督，建立科学、严格的产品质量认证制度，把好材料质量关，正确引
导优质产品的扩大应用。

(3)推行工程质量保证期制度。

以施工单位为主体，在实行防水工程专业承包或专业化施工的前提条件下，对各类防水工程推行质量
保证期制度。

加强设计与施工的配合尤为重要，设计单位在制订防水方案与选
用材料方面应更多吸取并尊重施工单位的意见。

(4)提高工程渗漏维修技术水平。

大量地下防水工程的实践证明，即使设计采取了周密的防水措施，使用了优质
防水材料，但由于防水工程环境与部位复杂，检测技术手段低下，仍难免产生
不同程度的渗漏问题，影响工程正常使用。

因而施工单位只有建立防水施工专
业队伍或班组，并重视培训上岗人员，不断总结提高施工与维修技术水平，才
能成功解决各类复杂的防水技术问题，以良好的信誉承接工程，为自身的建设
与发展创造条件。