1、公路隧道滲漏水常見病害及防排水技術(shù),呂 康 成 長安大學(xué)公路學(xué)院,1.引 言,1.2 隧道常見病害 1） 滲水漏水 2） 襯砌開裂 3） 限界受侵 4） 路面破損,1.引 言,1.3 滲漏水的危害 1) 造成路面濕滑，威脅行車安全. 2) 引發(fā)各種凍害，惡化運(yùn)營環(huán)境. 3) 損傷隧道結(jié)構(gòu)，影響長期穩(wěn)定 2) 增加洞內(nèi)濕度，降低照明效率.,大板山隧道的凍害（1）,大板山隧道的凍害（2）,千陽嶺隧道滲漏水,千陽嶺隧道滲漏水,千陽嶺隧道路面斜縫,千陽嶺隧道路面錯(cuò)臺,千陽嶺隧道洞壁擦痕,新莊嶺隧道檢修道傾斜,新莊嶺隧道墻角旋轉(zhuǎn),1.引 言,1.4 產(chǎn)生滲漏水的原因 1） 認(rèn)識問題 2） 設(shè)計(jì)問題 3）

2、 施工問題 4） 運(yùn)管問題,1.引 言,1.5 防范對策 1） 業(yè)主重視 2） 設(shè)計(jì)科學(xué) 3） 施工精心 未雨綢繆，不留隱患。,2 公路隧道的防排水體系,兩個(gè)基本概念,隧道防水防止地下水沿隧道徑向流動 隧道排水排走可能沿徑向流向隧道的地下水,3 圍巖注漿堵水（防水圈1）,現(xiàn)狀： 國外重視 國內(nèi)放棄（賽里木隧道） 觀點(diǎn)： 一勞永逸，一舉兩得，封堵為宜。,3 圍巖注漿堵水（防水圈1）,條件 方法 1） 斷層破碎帶 超前導(dǎo)管注漿 2） 裂隙水發(fā)育區(qū) 圍堵法、洞頂扇區(qū)法,2 公路隧道的防排水體系,4 隧道防水層（防水圈2）,構(gòu)成：防水板+土工布（復(fù)合、分層） 防水板材料：PVC EVA LDPE HD

3、PE等 規(guī)格：幅寬 20006000 mm 厚度 1mm 工藝：鋪掛，拼幅 鋪掛方法：吊掛法、熱合法、LV法,4 隧道防水層（防水圈2）,4.1 施工期防水層缺陷 1） 拼幅焊縫不嚴(yán) 2） 防水板損傷 4.2 運(yùn)營期防水層損傷,噴射砼表面,隧道運(yùn)營期防水層損傷原因,圖1 防水層力學(xué)性態(tài)試驗(yàn)試件規(guī)格與加載模式,噴射砼表面,力學(xué)性態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)論：,1) 粗糙表面會導(dǎo)致防水層損傷 2) 平滑表層有利于防水層保護(hù),防水層保護(hù)措施,1） 噴射混凝土的表面用砂漿罩面 2） 噴射混凝土的表面用卵石作粗集料,表層噴砂漿,人工抹光,2 公路隧道的防排水體系,5 襯砌和施工縫防水（防水圈3）,5.1 襯砌滲漏 原

4、因： （對策） 1） 襯砌裂縫 （1） 拆模過早 （按規(guī)范要求控制拆模時(shí)間） （2） 溫變應(yīng)力 （讓襯砌段自由變形） （3） 圍巖壓力 （使襯砌適應(yīng)圍巖壓力） 2） 砼不密實(shí) （1） 材料不勻 （避免之） （2） 振搗不良 （避免之） （3） 澆注間歇 （避免之）,5 襯砌和施工縫防水（防水圈3）,5.2 施工縫滲漏 原因： 1）滲水下排不暢 2）止水帶、膨脹橡膠條周圍不密實(shí) 3）止水帶接頭不嚴(yán),施工縫滲漏原因,1） 滲水下排不暢 圖2 現(xiàn)行的施工縫防水構(gòu)造 2）止水帶、膨脹橡膠條周圍不密實(shí),施工縫防水不嚴(yán),3）施工縫止水帶接頭不嚴(yán),5.3 可排水止水帶,可排水止水帶及其設(shè)置,環(huán)向施工縫下部排

5、水構(gòu)造,襯砌環(huán)向施工縫下部排水構(gòu)造,傳統(tǒng)安裝工藝存在的問題,圖6 止水帶傳統(tǒng)安裝方法,5.4 止水帶無接頭安裝工藝,襯砌基礎(chǔ)上預(yù)留止水帶安裝槽,2 公路隧道的防排水體系,6 噴射砼與防水層間隙的排水,常規(guī)設(shè)計(jì)： 1）沿隧道縱向510m設(shè)置1條（準(zhǔn)）環(huán)向排水管。 2）環(huán)向排水管下端與縱向排水管相接。 可能的改進(jìn)： 1）環(huán)向排水管實(shí)現(xiàn)全環(huán)向，下端與中央排水管相通。 2）縱向排水管輔助環(huán)向排水管排水。,2 公路隧道的防排水體系,7 防水層與襯砌砼間隙的排水,現(xiàn)狀： 目前設(shè)計(jì)中未考慮 觀點(diǎn)： 1）應(yīng)考慮 2）可排水止水帶可部分解決問題,2 公路隧道的防排水體系,8 縱向排水,現(xiàn)狀： 縱向排水管的排水坡

6、度與路面縱坡一致 觀點(diǎn)： 縱向排水管在縱向可呈波浪狀，局部加大水力坡度,9 橫向排水與中央排水,注意： 1） 上下游妥善連接 2） 照圖施工，保證坡度 3） 謹(jǐn)防淤堵,10 總 結(jié),滲漏水是隧道的常見病害，只有科學(xué)設(shè)計(jì)，合理選材和精心施工，才能避免隧道滲漏水的發(fā)生。,隧道防凍,隧道凍害可分為兩大類 （1）洞內(nèi)結(jié)冰 （2）結(jié)構(gòu)因凍損傷 前者影響車輛的正常行使，后者影響結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定，兩者都是隧道安全運(yùn)營的隱患。,凍害成因,（1）關(guān)于隧道洞內(nèi)結(jié)冰凍害，具有圈層構(gòu)造的防水體系未能充分發(fā)揮作用是洞內(nèi)滲漏結(jié)冰的主要原因，排水體系因凍不能正常工作也對滲漏結(jié)冰有很大影響。 （2）關(guān)于結(jié)構(gòu)因凍損傷，有襯砌結(jié)構(gòu)

7、因壁外凍脹損傷和襯砌結(jié)構(gòu)因內(nèi)部凍脹損傷兩種情況。,結(jié)構(gòu)因凍損傷,（1）襯砌結(jié)構(gòu)因壁外凍脹損傷 （2）襯砌結(jié)構(gòu)因內(nèi)部凍脹損傷,襯砌壁外凍脹,襯砌結(jié)構(gòu)因壁外凍脹損傷發(fā)生的條件： （1）襯砌壁外有一定的積水 （2）一定范圍內(nèi)溫度低于0 當(dāng)積水或/與圍巖凍結(jié)體積膨脹時(shí)，會對襯砌結(jié)構(gòu)施加作用力，如果此作用力很大，則可能使結(jié)構(gòu)受到損傷?？蓪⑦@種凍脹損傷稱為宏觀凍脹損傷。宏觀凍脹損傷源于凍脹體對襯砌結(jié)構(gòu)施加的壓力。,襯砌壁外凍脹發(fā)展示意圖,襯砌壁外凍脹,研究宏觀凍脹時(shí)兩個(gè)重要因素通常被忽視： 一是水體的外開放性，即從襯砌外表面向圍巖的各個(gè)方向，都可能有水體進(jìn)退的通道； 二是凍結(jié)過程的漸進(jìn)性，即在隧道的橫斷面

8、內(nèi)，凍結(jié)過程是沿隧道的徑向逐漸向外發(fā)展的。,過程說明,前圖為襯砌壁后空腔充水后冰凍發(fā)展過程的示意圖。水體凍結(jié)從襯砌的外表面開始，0等溫面逐漸向外推進(jìn)。此間，水體通過圍巖節(jié)理裂隙提供的各種通道向外排擠。當(dāng)冰凍發(fā)展到空腔壁面時(shí)，空腔完全被冰體占據(jù)。之后，滲水無法進(jìn)入冰體，冰體的體積不再擴(kuò)大，所以冰體難以對襯砌結(jié)構(gòu)施加較大的凍脹壓力。冰凍過程發(fā)展到一定程度后，0凍結(jié)面會處在圍巖內(nèi)的某個(gè)位置，其內(nèi)是冰凍圍巖，其外是飽水圍巖?？紤]到冰凍的發(fā)展過程，冰凍圍巖因其內(nèi)裂隙水凍結(jié)而引起的自身體積增加微乎其微，所以，“圍巖的凍結(jié)深度愈大，襯砌結(jié)構(gòu)所受的凍脹壓力愈大”的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。 因此，宏觀凍脹損傷在隧道設(shè)計(jì)時(shí)

9、可以不予考慮。,襯砌內(nèi)部凍脹,襯砌內(nèi)部凍脹可分為細(xì)觀凍脹和微觀凍脹 細(xì)觀凍脹是指隧道襯砌內(nèi)部存在裂縫或空洞并充滿滲水，此滲水凍結(jié)體積膨脹，在襯砌內(nèi)向裂縫或空洞的壁面施加作用力的現(xiàn)象。細(xì)觀凍脹會使裂縫發(fā)展、連通，不斷損傷隧道襯砌結(jié)構(gòu)，威脅襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。 微觀凍脹是指隧道襯砌內(nèi)部或表面存在微小空隙并充滿水分，這些吸附水分凍結(jié)體積膨脹，給其周圍的混凝土材料施加作用力的現(xiàn)象。細(xì)觀凍脹會破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使水泥、細(xì)骨料、粗骨料之間的聯(lián)系逐漸斷裂，混凝土表面不斷脫皮。細(xì)觀凍脹在振搗不密實(shí)、抗?jié)B性差的混凝土內(nèi)危害性很大。 因此，襯砌內(nèi)部凍脹有很大的破壞力，工程建設(shè)中應(yīng)注意防范。,春融期凍害原因,(

10、1) 防水層兩側(cè)界面排水不暢 （2）縱向排水管凍結(jié) （3）出水口封凍,(1)防水層兩側(cè)界面排水不暢,解凍三階段 A B C,（2）縱向排水管凍結(jié),春融期地下水壓力較大,原因： （1）地下水由地表水補(bǔ)給； （2）一些地帶地表先于隧道圍巖解凍； （3）春融期隧道下半部排水不暢。,凍害預(yù)防,（1） 防滲漏水 （2） 防襯砌裂縫 （3）設(shè)環(huán)向保溫排水管 （4） 電供熱防凍預(yù)案,襯砌裂縫預(yù)防,實(shí)踐表明，寒區(qū)隧道襯砌較非寒區(qū)隧道的更容易出現(xiàn)裂縫，而且裂縫更容易發(fā)展。其原因在于寒區(qū)隧道襯砌內(nèi)容易出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力。一旦襯砌內(nèi)有原生的或后生的裂縫出現(xiàn)，當(dāng)寒冷季節(jié)襯砌溫度大幅度降低時(shí)，如果襯砌不能自由收縮，則在

11、襯砌內(nèi)就會出現(xiàn)一定的溫度應(yīng)力，特別是，在裂縫的尖端，會發(fā)生較大的應(yīng)力集中，使裂縫發(fā)展。久而久之，裂縫會由線狀發(fā)展為網(wǎng)狀，嚴(yán)重時(shí)襯砌掉塊，威脅隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與行車安全。 消除或減少襯砌溫度應(yīng)力主要有兩條途徑：一是減少襯砌在寒暑季節(jié)的溫度差；二是減小溫變過程中的不利約束。,保溫環(huán)向排水管,寒冷地區(qū)的隧道常因襯砌壁后排水系統(tǒng)的凍結(jié)，特別是環(huán)向排水管的凍結(jié)，而導(dǎo)致隧道排水不暢1011?，F(xiàn)有的隧道保溫方法有兩種：一是在隧道襯砌的外表面全面設(shè)置保溫層；二是在隧道襯砌壁后全面設(shè)置保溫層。第一種方法的不足在于：在寒冷季節(jié)，如果隧道襯砌防水不嚴(yán)，滲水會浸濕襯砌表面的保溫層，降低其保溫性能，逐漸使保溫層起皮脫落，滲

12、水在襯砌或路面流淌并結(jié)冰。第二種方法的不足在于：沒有注意保溫層的防水防潮，保溫層常年處于潮濕的環(huán)境中，其保溫性能會大幅降低。,保溫環(huán)向排水管,保溫環(huán)向排水管,事實(shí)上，只要環(huán)向排水管暢通，洞頂襯砌后就不可能有大量積水，所以隧道保溫的首要任務(wù)是保證環(huán)向排水管暢通。為此，可采取局部保溫措施。具體方法是：沿初期支護(hù)表面的環(huán)向排水管設(shè)條帶保溫層。條帶保溫層由4層材料組成，從初期支護(hù)表面到襯砌壁后，依次為土工布、高分子防水板、保溫材料、高分子防水板。土工布為墊層，兩層防水板將保溫材料夾于中間，四周用熱合法密封，保證保溫材料的防水防潮和高效保溫。緊貼土工布的高分子防水板兩側(cè)與隧道常規(guī)的防水板熱合拼接，使條帶

13、保溫層與隧道防水層融為一體。在寒冷地區(qū)，環(huán)向排水管應(yīng)直通至路面下的中央排水管。路面下方的環(huán)向排水管用防水防潮且斷面呈環(huán)狀的保溫層保溫。,隧道供熱預(yù)案,一般來說，隧道供熱服務(wù)于隧道排水。隧道供熱有電熱、地?zé)?、熱風(fēng)和暖氣等多種方式，供熱系統(tǒng)往往需要較大的工程投資和可觀的運(yùn)營費(fèi)用，應(yīng)當(dāng)慎用。在隧道凍害多發(fā)地區(qū)，隧道建設(shè)中可考慮一種電熱融冰預(yù)案。具體做法是： 襯砌施工時(shí)，在襯砌與防水層間預(yù)埋UPVC塑料管，該塑料管下端至縱向排水管，上端從距路面約6m處彎出襯砌。隧道運(yùn)營過程中，若某些襯砌段因壁后“下凍上融”而發(fā)生滲漏，則可向這些襯砌段的預(yù)埋管內(nèi)插電熱帶，并通電供熱。熱能的局部傳導(dǎo)，能在襯砌壁后形成一條

14、排水通道，隧道頂部的積水便可得以排泄，從而消除隧道的滲漏及其引發(fā)的各種凍害。對于沒有滲漏水和冰凍的襯砌段，則無需插電熱帶和供電。,隧道供熱預(yù)案,電熱帶,（1）電熱帶：通電后能產(chǎn)生熱量的電線 （2）特點(diǎn)：能自動控制溫度 （3）形狀：圓或扁斷面 （4）材料：導(dǎo)電塑料 （4）發(fā)熱原理：電阻隨溫度正變，達(dá)溫常阻,電熱帶,電加熱帶的型號與性能指標(biāo),防水層與襯砌之間設(shè)置電熱帶（1）,防水層與襯砌之間設(shè)置電熱帶（2）,預(yù)埋UPVC管,防水層與襯砌之間設(shè)置電熱帶,保溫出水口構(gòu)造,保溫出水口工程措施,1）根據(jù)實(shí)際情況調(diào)大排水坡度； 2）盡可能將出水口設(shè)在背風(fēng)朝陽處； 3）用瀝青涂黑漿砌片石表面； 4）在排水管路上方設(shè)巖棉保溫層； 5）在排水