公路隧道渗漏水常见病害及防排水技术

公路隧道渗漏水常见病害及防排水技术吕康成

长安大学公路学院1.引言

1.2隧道常见病害1）渗水漏水2）衬砌开裂3）限界受侵4）路面破损1.引言

1.3渗漏水的危害1)造成路面湿滑，威胁行车安全.2)引发各种冻害，恶化运营环境.3)损伤隧道结构，影响长期稳定2)增加洞内湿度，降低照明效率.

大板山隧道的冻害（1）大板山隧道的冻害（2）千阳岭隧道渗漏水千阳岭隧道渗漏水千阳岭隧道路面斜缝千阳阳岭岭隧隧道道路路面面错错台台千阳阳岭岭隧隧道道洞洞壁壁擦擦痕痕新庄庄岭岭隧隧道道检检修修道道倾倾斜斜新庄庄岭岭隧隧道道墙墙角角旋旋转转1.引言言1.4产生生渗渗漏漏水水的的原原因因1）认认识识问问题题2）设设计计问问题题3）施施工工问问题题4）运运管管问问题题1.引言言1.5防范范对对策策1）业业主主重重视视2）设设计计科科学学3）施施工工精精心心未雨雨绸绸缪缪，，不不留留隐隐患患。。2公路路隧隧道道的的防防排排水水体体系系两个个基基本本概概念念隧道道防防水水———防止止地地下下水水沿沿隧隧道道径径向向流流动动隧道道排排水水———排走走可可能能沿沿径径向向流流向向隧隧道道的的地地下下水水3围岩岩注注浆浆堵堵水水（（防防水水圈圈1）现状状：：国外外重重视视国内内放放弃弃（（赛赛里里木木隧隧道道））观点点：：一劳劳永永逸逸，，一一举举两两得得，，封封堵堵为为宜宜。。3围岩岩注注浆浆堵堵水水（（防防水水圈圈1）条件件方方法法1）断断层层破破碎碎带带超超前前导导管管注注浆浆2）裂裂隙隙水水发发育育区区围围堵堵法法、、洞洞顶顶扇扇区区法法2公路路隧隧道道的的防防排排水水体体系系4隧道道防防水水层层（（防防水水圈圈2）构成成：：防防水水板板+土工工布布（（复复合合、、分分层层））防水板板材料料：PVCEVALDPEHDPE等规格：：幅宽宽2000———6000mm厚度1mm工艺：：铺挂挂，拼拼幅铺挂方方法：：吊挂挂法、、热合合法、、LV法4隧道防防水层层（防防水圈圈2）4.1施工期期防水水层缺缺陷1）拼拼幅焊焊缝不不严2）防防水板板损伤伤4.2运营期期防水水层损损伤喷射砼砼表面面隧道运运营期期防水水层损损伤原原因图1防水层层力学学性态态试验验试件件规格格与加加载模模式喷射砼表表面力学性态态模拟试试验结论论：1)粗糙表面面会导致致防水层层损伤2)平滑表层层有利于于防水层层保护防水层保保护措施施1）喷射射混凝土土的表面面用砂浆浆罩面2）喷射射混凝土土的表面面用卵石石作粗集集料表层喷砂砂浆人工抹光光2公路隧道道的防排排水体系系5衬砌和施施工缝防防水（防防水圈3）5.1衬砌渗漏漏原因：（（对对策）1）衬砌砌裂缝（1）拆模模过早（（按规范范要求控控制拆模模时间））（2）温变变应力（（让衬砌砌段自由由变形））（3）围岩压力力（（使衬砌适应应围岩压力））2）砼不密实实（1）材料不匀匀（（避免之）（2）振捣不良良（（避免之）（3）浇注间歇歇（（避免之）5衬砌和施工缝缝防水（防水水圈3）5.2施工缝渗漏原因：1）渗水下排不畅畅2）止水带、膨膨胀橡胶条周周围不密实3）止水带接头头不严施工缝渗漏原原因1）渗水下排排不畅图2现行的施工缝缝防水构造2）止水带、膨膨胀橡胶条周周围不密实施工缝防水不不严3）施工缝止水水带接头不严严5.3可排水止水带带可排水止水带带及其设置环向施工缝下下部排水构造造衬砌环向施工工缝下部排水水构造传统安装工艺艺存在的问题题图6止水带传统安安装方法5.4止水带无接头头安装工艺衬砌基础上预预留止水带安安装槽2公路隧道的防防排水体系6喷射砼砼与防防水层层间隙隙的排排水常规设设计：：1）沿隧隧道纵纵向5—10m设置1条（准准）环环向排排水管管。2）环向向排水水管下下端与与纵向向排水水管相相接。。可能的的改进进：1）环向向排水水管实实现全全环向向，下下端与与中央央排水水管相相通。。2）纵向向排水水管辅辅助环环向排排水管管排水水。2公路隧隧道的的防排排水体体系7防水层层与衬衬砌砼砼间隙隙的排排水现状：：目前设设计中中未考考虑观点：：1）应考考虑2）可排排水止止水带带可部部分解解决问问题2公路隧隧道的的防排排水体体系8纵向排排水现状：：纵向排排水管管的排排水坡坡度与与路面面纵坡坡一致致观点：：纵向排排水管管在纵纵向可可呈波波浪状状，局局部加加大水水力坡坡度9横向排排水与与中央央排水水注意：：1）上上下游游妥善善连接接2）照照图施施工，，保证证坡度度3）谨谨防淤淤堵10总结结渗漏水水是隧隧道的的常见见病害害，只只有科科学设设计，，合理理选材材和精精心施施工，，才能能避免免隧道道渗漏漏水的的发生生。隧道防防冻隧道冻冻害可可分为为两大大类（1）洞内结结冰（2）结构因因冻损损伤前者影影响车车辆的的正常常行使使，后后者影影响结结构的的长期期稳定定，两两者都都是隧隧道安安全运运营的的隐患患。冻害成成因（1）关于隧隧道洞洞内结结冰冻冻害，，具有有圈层层构造造的防防水体体系未未能充充分发发挥作作用是是洞内内渗漏漏结冰冰的主主要原原因，，排水水体系系因冻冻不能能正常常工作作也对对渗漏漏结冰冰有很很大影影响。。（2）关于结结构因因冻损损伤，，有衬衬砌结结构因因壁外外冻胀胀损伤伤和衬衬砌结结构因因内部部冻胀胀损伤伤两种种情况况。结构因因冻损损伤（1）衬砌结结构因因壁外外冻胀胀损伤伤（2）衬砌结构构因内部部冻胀损损伤衬砌壁外外冻胀衬砌结构构因壁外外冻胀损损伤发生生的条件件：（1）衬砌壁外外有一定定的积水水（2）一定范范围内内温度度低于于0℃当积水水或/与围岩岩冻结结体积积膨胀胀时，，会对对衬砌砌结构构施加加作用用力，，如果果此作作用力力很大大，则则可能能使结结构受受到损损伤。。可将将这种种冻胀胀损伤伤称为为宏观观冻胀胀损伤伤。宏宏观冻冻胀损损伤源源于冻冻胀体体对衬衬砌结结构施施加的的压力力。衬砌壁壁外冻冻胀发发展示示意图衬砌壁壁外冻冻胀研究宏宏观冻冻胀时时两个个重要要因素素通常常被忽忽视：：一是水水体的的外开开放性性，即即从衬衬砌外外表面面向围围岩的的各个个方向向，都都可能能有水水体进进退的的通道道；二是冻冻结过过程的的渐进进性，，即在在隧道道的横横断面面内，，冻结结过程程是沿沿隧道道的径径向逐逐渐向向外发发展的的。过程说说明前图为衬衬砌壁壁后空空腔充充水后后冰冻冻发展展过程程的示示意图图。水水体冻冻结从从衬砌砌的外外表面面开始始，0℃等温温面逐逐渐向向外推推进。。此间间，水水体通通过围围岩节节理裂裂隙提提供的的各种种通道道向外外排挤挤。当当冰冻冻发展展到空空腔壁壁面时时，空空腔完完全被被冰体体占据据。之之后，，渗水水无法法进入入冰体体，冰冰体的的体积积不再再扩大大，所所以冰冰体难难以对对衬砌砌结构构施加加较大大的冻冻胀压压力。。冰冻冻过程程发展展到一一定程程度后后，0℃冻结结面会会处在在围岩岩内的的某个个位置置，其其内是是冰冻冻围岩岩，其其外是是饱水水围岩岩。考考虑到到冰冻冻的发发展过过程，，冰冻冻围岩岩因其其内裂裂隙水水冻结结而引引起的的自身身体积积增加加微乎乎其微微，所所以，，“围围岩的的冻结结深度度愈大大，衬衬砌结结构所所受的的冻胀胀压力力愈大大”的的观点点是错错误的的。因此，宏观观冻胀损伤伤在隧道设设计时可以以不予考虑虑。衬砌内部冻冻胀衬砌内部冻冻胀可分为为细观冻胀胀和微观冻冻胀细观冻胀是是指隧道衬衬砌内部存存在裂缝或或空洞并充充满渗水，，此渗水冻冻结体积膨膨胀，在衬衬砌内向裂裂缝或空洞洞的壁面施施加作用力力的现象。。细观冻胀胀会使裂缝缝发展、连连通，不断断损伤隧道道衬砌结构构，威胁衬衬砌结构的的长期稳定定。微观冻胀是是指隧道衬衬砌内部或或表面存在在微小空隙隙并充满水水分，这些些吸附水分分冻结体积积膨胀，给给其周围的的混凝土材材料施加作作用力的现现象。细观观冻胀会破破坏混凝土土的内部结结构，使水水泥、细骨骨料、粗骨骨料之间的的联系逐渐渐断裂，混混凝土表面面不断脱皮皮。细观冻冻胀在振捣捣不密实、、抗渗性差差的混凝土土内危害性性很大。因此，衬砌砌内部冻胀胀有很大的的破坏力，，工程建设设中应注意意防范。春融期冻害害原因(1)防水层两侧侧界面排水水不畅（2）纵向排水水管冻结（3）出水口封封冻(1)防水层两侧侧界面排水水不畅解冻三阶段段ABC（2）纵向排水水管冻结春融期地下下水压力较较大原因：（1）地下水由由地表水补补给；（2）一些地带带地表先于于隧道围岩岩解冻；（3）春融期隧隧道下半部部排水不畅畅。冻害预防（1）防渗漏漏水（2）防衬砌砌裂缝（3）设环向保保温排水管管（4）电供热热防冻预案案衬砌裂缝预预防实践表明，，寒区隧道道衬砌较非非寒区隧道道的更容易易出现裂缝缝，而且裂裂缝更容易易发展。其其原因在于于寒区隧道道衬砌内容容易出现较较大的温度度应力。一一旦衬砌内内有原生的的或后生的的裂缝出现现，当寒冷冷季节衬砌砌温度大幅幅度降低时时，如果衬衬砌不能自自由收缩，，则在衬砌砌内就会出出现一定的的温度应力力，特别是是，在裂缝缝的尖端，，会发生较较大的应力力集中，使使裂缝发展展。久而久久之，裂缝缝会由线状状发展为网网状，严重重时衬砌掉掉块，威胁胁隧道结构构稳定与行行车安全。。消除或减少少衬砌温度度应力主要要有两条途途径：一是是减少衬砌砌在寒暑季季节的温度度差；二是是减小温变变过程中的的不利约束束。保温环向排排水管寒冷地区的的隧道常因因衬砌壁后后排水系统统的冻结，，特别是环环向排水管管的冻结，，而导致隧隧道排水不不畅[10][11]。现有的隧隧道保温方方法有两种种：一是在在隧道衬砌砌的外表面面全面设置置保温层；；二是在隧隧道衬砌壁壁后全面设设置保温层层。第一种种方法的不不足在于：：在寒冷季季节，如果果隧道衬砌砌防水不严严，渗水会会浸湿衬砌砌表面的保保温层，降降低其保温温性能，逐逐渐使保温温层起皮脱脱落，渗水水在衬砌或或路面流淌淌并结冰。。第二种方方法的不足足在于：没没有注意保保温层的防防水防潮，，保温层常常年处于潮潮湿的环境境中，其保保温性能会会大幅降低低。保温环向排排水管保温环向排排水管事实上，只只要环向排排水管畅通通，洞顶衬衬砌后就不不可能有大大量积水，，所以隧道道保温的首首要任务是是保证环向向排水管畅畅通。为此此，可采取取局部保温温措施。具具体方法是是：沿初期期支护表面面的环向排排水管设条条带保温层层。条带保保温层由4层材料组成，，从初期支护护表面到衬砌砌壁后，依次次为土工布、、高分子防水水板、保温材材料、高分子子防水板。土土工布为垫层层，两层防水水板将保温材材料夹于中间间，四周用热热合法密封，，保证保温材材料的防水防防潮和高效保保温。紧贴土土工布的高分分子防水板两两侧与隧道常常规的防水板板热合拼接，，使条带保温温层与隧道防防水层融为一一体。在寒冷冷地区，环向向排水管应直直通至路面下下的中央排水水管。路面下下方的环向排排水管用防水水防潮且断面面呈环状的保保温层保温。。隧道供热预案案一般来说，隧隧道供热服务务于隧道排水水。隧道供热热有电热、地地热、热风和和暖气等多种种方式，供热热系统往往需需要较大的工工程投资和可可观的运营费费用，应当慎慎用。在隧道道冻害多发地地区，隧道建建设中可考虑虑一种电热融融冰预案。具具体做法是：：衬砌施工时，，在衬砌与防防水层间预埋埋UPVC塑料管，该塑塑料管下端至至纵向排水管管，上端从距距路面约6m处弯出衬砌。。隧道运营过过程中，若某某些衬砌段因因壁后“下冻冻上融”而发发生渗漏，则则可向这些衬衬砌段的预埋埋管内插电热热带，并通电电供热。热能能的局部传导导，能在衬砌