高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治_翟正平

图 5 RK23+590 横向裂缝、材料破损 Fig.5 Transverse cracks and material failures at RK23+590
图 6 6#车行横通道墙底渗漏水 Fig.6 Water seepage from the wall base of the 6# cross passage
shaped gutter (Unit: cm)
口，深入衬砌将水引入导水管内，引水管直径为 20 mm，深入衬砌内不宜超过衬砌厚度的 2/3。当隧道 衬砌水结冰严重时，采用衬砌内注浆和 U 型沟槽嵌 入隔热材料相结合的方法。
裂缝注浆止水适用于渗水轻微（即滴水）的情 况。渗水较大的裂缝，采用钻斜孔法或凿缝法注浆 处理，干燥或潮湿的裂缝采用骑缝注浆处理。注浆 压力及浆液凝结时间应按裂缝宽度、深度确定，注浆 止水材料采用超细水泥浆。骑缝注浆时，在槽内裂 缝上钻孔，孔深为 1/3～2/3 衬砌厚度，间距 50 cm，孔 内插入注浆管，注浆管插入深度 15 cm；在槽内填入 堵漏胶浆并固定注浆管，待封闭砂浆达凝固后，进行 注浆，注浆压力不宜超过 0.5 MPa。斜缝注浆时，在 槽两侧 10 cm 处各钻一排孔，沿裂缝两侧按梅花状 交错布置，孔间距一般为注浆处衬砌厚度，最大不宜 超过60 cm，孔深一般为 20～40 cm；孔内插入注浆管， 注浆口应设于裂缝中。采用快硬水泥砂浆固定注浆 嘴，并在注浆嘴周围抹一层砂浆以形成防水层，待强 度形成后进行注浆，注浆压力不宜超过0.70 MPa。
渗水处治施工应重视以下关键环节：（1）施工前 应对渗水的位置和规模进行现场核查，若与设计有 出入应及时反馈。（2）施工前应先清除既有衬砌表面 的尘埃及衬砌劣化部分，清除范围要比处治范围增 大 10～25 mm。（3）施工过程中，应随时检查治理效 果，做好隐蔽工程施工记录，特别是嵌缝作业的基面 处理、注浆工程等。发现问题应及时处理，确保堵漏 作业的质量。（4）抗渗堵漏材料应按照材料说明书要 求配制，通过现场试验合理优化配合比和施工工艺， 同时应了解材料对施工现场环境的适应性以及材料 性能发挥的成效，确保处治效果。（5）导水管材料应
Fig.2
图 2 10 月～次年 3 月份病害段地表冲沟 Ground gully on the defective section (from October to
the next March)
2.1 渗漏水情况
在 春 融 期 的 2 月 ～3 月 份 ，隧 道 右 幅 RK23 + 590～RK23+700 段出现渗水现象，持续时间约一个 月，造成洞内衬砌和路面结冰（图 3），影响安全运 营。渗水位置分布于隧道拱顶和拱腰施工缝中，经
5.2 衬砌渗水结冰处治
隧道渗水结冰处治以防水为基础、排水为核心、 保温为关键、三者结合、综合治理，达到不渗、不冻胀 目的。考虑处治的长久有效性，采用 U 型槽导水结 合嵌入隔热材料法。渗水处治以导水为主，辅以止 水，结合外层保温。衬砌施工缝线状渗水时采用导 水法，止水法则适用于漏水量为浸渗、漏水范围有限 的情况。采用止水法虽可止住该处的渗水，但水可 能会从附近其它薄弱处渗出，且止水材料随着时间 的推移容易剥离而降低止水效果，因此止水法作为 辅助措施加以采用。
2.3 横通道渗水情况
6#行车横洞边墙底部出现渗水，并造成路面少 量积水（图 6），渗水位置位于行车横洞中部两侧墙 脚附近，沿墙底线性纵向分布，长度约 2～3 m，出水
量较小，未发现明显的渗水点。 2.4 病害程度及危害评定
根据《JTG H12-2003 公路隧道养护技术规范》， 经综合评估将隧道右洞渗水结冰段判定为 3A 类，右 洞 RK23+590 处的横向裂缝破损判定为 2A 类，6#行 车横洞边墙底渗水判定为 1A 类。
Hale Waihona Puke Baidu
修补采用凿槽充填和压力注浆的方法；针对底部渗水采用在隧道底部设置盲沟的方法。该综合处治方法具有有效、
经济、安全、施工简单快捷的特点，处治后隧道渗水等病害问题得到解决。
关键词 隧道 渗水结冰 原因分析 处治措施 U 型槽导水 保温材料
中图分类号：U457.2
文献标识码：A
1 工程概况
国道主干线二连浩特至河口高速公路山西境内 得胜口至大同段亮马台隧道从 2011 年 2 月起，隧道 右幅 RK23+590～RK23+700 段出现渗水结冰病害， 影响了隧道的安全运营。该隧道 2005 年 10 月 18 日 建成通车，为分离式双洞双车道隧道，左洞长 2 248 m (LK22+312～LK24+560)，右洞长 2 150 m(RK22+ 310～RK24+460)，净高 5 m，净宽 10.5 m，设计速度 100 km/h。
现代隧道技术
MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY
文章编号：1009-6582（2016）01-0196-06
高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治
DOI: 10.13807/j.cnki.mtt.2016.01.030
高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治
翟正平
（山西省交通规划勘察设计院，太原 030012）
隧道线状漏水结冰处，采用 U 型沟槽嵌入隔热 材料法（图 7），即是以渗水裂缝为中线在衬砌上切 割 15×15 cm 的 U 形槽，贴着裂缝铺设ϕ100 mm YAS 排水半管，再用防渗胶材料充填防止水渗流出，然后 铺设保温材料，最后喷涂防火层。保温材料除满足 防冻要求外，还要考虑防火、防潮性能，可采用酚醛 泡沫保温板、高强岩棉板、复合硅酸盐板等复合型隔 热保温材料。防火涂层耐火时间不应小于 2 h。由 于渗水发生位置一般不规则，导水管管径又不能太 大，也不能完全顺着渗水裂缝布置，导致处治范围两 侧可能还存在渗水，因此使用引水口配合导水管把 渗水全部引排走，即在导管范围内设置小直径引水
（3）防水板铺设与衬砌耦合不良：经地质雷达 检测，发现拱腰附近处二次衬砌混凝土与初期支护 表面有脱空现象，防水板与衬砌不紧密，局部地段赋 水、潮湿，冻融产生的膨胀收缩对防水板、止水带、盲 管产生破坏，将初期支护和二次衬砌衬之间的防排 水材料损坏。结构缝处的止水带是薄弱位置，被冻 融产生的膨胀收缩破坏，使之失去防水作用，导致水 通过施工缝渗流入隧道中。
198 第 53 卷第 1 期(总第 366 期) 2016 年 2 月出版
Vol.53 ，No.1 ，Total.No.366 Feb.2016
高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治
现代隧道技术
MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY
图 7 U 形槽保温排水方案（单位：cm） Fig.7 Heat preservation and drainage scheme using a U-
4 病害处治原则
针对隧道衬砌渗水、隧道衬砌裂缝、车行横通道 底部渗水三种病害，按照《JTG D70-2004 公路隧道 设计规范》和《JTG H12-2003 公路隧道养护技术规
范》结构安全和运营要求，病害处治应保证隧道衬砌 表面不渗水，确保隧道安全运营，处治方案应经济、 高效，避免损伤原有结构，不得恶化现有围岩条件和 加速病害发展，尽量减少施工对隧道运营的影响。
隧址区属温带大陆性季风气候区，年平均气温 6.5℃，最低平均气温-11.3℃，极端最低气温-29.1℃。 隧址区降雨较少，年平均降水量 384 mm，最大冻土 深 1.4 m。在春融期，洞内温度较洞外低。
隧道围岩为中下太古界集宁群变质岩，基岩裂
隙总体较发育，闭合性较好，渗透性较差，地下水类 型为基岩裂隙水，主要靠大气降水下渗补给。病害 段隧道洞顶正上方为“V”字型季节性基岩冲沟，较 发育，冲沟在平面上与隧道斜交或平行，呈狭长状， 纵坡较大。3 月～10 月份，雨水大部分顺冲沟向下 游迅速排泄（图 1），小部分雨水沿基岩裂隙下渗至 隧道洞身，在空间上形成较长的渗水漏斗。10 月～ 次年 3 月份大气降水基本上以冰雪形式赋存于隧道 顶部（图 2）。春融期，白天冰雪开始融化，雪水大部 分沿基岩裂隙缓慢下渗，小部分以其它形式排泄。
发育，闭合性较好，水只能从现有裂隙不断下渗，无 法从别处排走。
（2）气候原因：隧址区属高寒地区，冬季大气降 水基本上以冰雪形式赋存于隧道顶部。春融期，白 天冰雪缓慢融化下渗，夜间洞身附近的温度下降至 0℃以下，而白天下渗的雪水还来不及排泄，被冻结 成冰，逐渐堵塞排水设施。因昼夜交替而反复冻融 防排水设施，包括防水板、排水管以及结构缝处橡胶 止水带等。
2 病害现状
图 1 3 月～10 月份渗水段地表冲沟 Fig.1 Ground gully on the water seepage section (from March to
October)
修改稿返回日期：2014-11-17 作者简介：翟正平（1979-），男，高级工程师，从事公路隧道勘察设计工作，E-mail:sxls6619@sina.com.
图 3 RK23+650～RK23+700 段结冰 Fig.3 Freezing at the RK23+650~23+700 section
2.2 衬砌破坏情况
图 4 隧道渗水病害位置 Fig.4
图 4 隧道渗水病害位置 Fig.4 Water seepage locations
隧道土建结构总体较好，仅右洞 RK23+590 处 发现一条横向贯通斜裂缝，位于拱顶至拱腰附近，该 裂缝呈锯齿状，宽 0.5～2 cm，上下无明显错台（图 5）。裂缝附近材料表层局部破损并剥落掉块，最大 为 25×10 cm，且裂缝附近有早期渗漏水痕迹。
摘 要 山西得胜口—大同高速公路亮马台隧道位于高寒地区，存在春融期渗漏水结冰情况，影响隧道运营
安全。文章通过分析渗水原因，针对隧道衬砌渗水、隧道衬砌裂缝、车行横通道底部渗水三种病害，采取了针对性的
处治措施，具体包括：在地表铺设防渗水层和排水沟；针对洞内衬砌渗水采用 U 型槽导水结合嵌入隔热材料法；裂缝
3 病害原因分析
（1）地表水下渗通道：隧道围岩的裂隙总体较
第 53 卷第 1 期(总第 366 期) 2016 年 2 月出版
197
Vol.53 ，No.1 ，Total.No.366 Feb.2016
现代隧道技术
MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY
高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治
196 第 53 卷第 1 期(总第 366 期) 2016 年 2 月出版
Vol.53 ，No.1 ，Total.No.366 Feb.2016
高寒地区某公路隧道渗水结冰原因分析及处治
现代隧道技术
MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY
检测共发现春融期出水点约 22 处，以滴漏或浸渗为 主，其中 7 处出水量较大（图 4）。1~5 号和 21~22 号 渗水点渗水量约 0.7~1.2 m3/d，其它渗水点渗水量约 0.1~0.3 m3/d，隧道日均渗水量 6~8 m3。
隧道防排水系统以排水为主，防排结合。隧道 内车行方向右侧设排水沟，每隔 10 m 设泄水孔排除 路 面 水 。 洞 身 每 隔 一 定 距 离 设 一 环 向 ϕ50 mm HDPE 波纹管，拱脚用纵向ϕ100 mm HDPE 波纹管连 接，通过横向ϕ100 mm 聚乙烯管排入两侧排水沟。 初期支护与二次衬砌之间采用 EVA 复合土工布防 水，在结构缝处设置橡胶止水带。
5 病害处治方案
隧道衬砌渗水处治方案包括：相应洞顶地表封 水、渗水缝设置 U 型槽导水、排水保温；裂缝修补采 用凿槽充填法和压力注浆法；车行横通道底部渗水 采用底部设置渗水盲沟排水的处治措施。
5.1 洞顶地表渗水处治
地表渗水的处治措施是，在地表铺设防渗水层 和排水沟，即是在地表铺设 50 cm 厚的石灰含量 6% （质量比）的灰土，压实度不低于 96%，地表凹凸不平 的坑也采用石灰含量 6%（质量比）的灰土填补平顺； 然后在灰土上铺设防渗土工布，其搭接重合长度不 小于 100 cm；最后再浆砌 40 cm 厚的 M7.5 浆砌片石 排水沟，排水沟深度为 1.5 m，宽度应将沟底全部覆 盖且不小于 5 m。