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隧道渗漏水原因分析及综合治理探讨

2014-10-21李国彬张瑞金王科伟

建筑工程技术与设计 2014年35期
关键词:防水材料

李国彬 张瑞金 王科伟

【摘要】通过对总结隧道渗漏水的特点,研究了隧道渗漏水的主要原因。根据隧道防水应遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则,提出了从设计理念、施工和材料选用方面出发,针对隧道渗漏水提出相关做法。

【关键词】隧道渗漏水;构造防水;防水材料

前言

渗漏水是隧道工程中常见的病害之一,是长期以来困扰工程师和专家们的一个头痛问题。根据铁道部统计分析显示:我国铁路隧道28.4%都有其严重渗漏水病害。根据交通部有关部门统计分析显示:我国公路隧道约 30%的都有其严重渗漏水。在日本,地下工程相对来说比较发达,据调查渗漏水也达到30%以上。渗漏水的发生造成了隧道内路面湿滑,严重威胁隧道安全;在寒区渗漏水发生引发了隧道的各种冻害,进一步恶化隧道运营环境。因此,渗漏水已成为严重影响了隧道质量和安全主要因素,引起了大家的广泛关注。由于隧道工程自身特点所限,在隧道施工前针对隧道渗漏的研究较少,导致隧道渗漏出现“亡羊补牢”的现状,其研究多集中在施工阶段防渗治理技术方面[1]。

1 隧道渗漏水的主要形式及原因分析

1.1隧道渗漏水的形式和危害

渗漏水病害的表现形式主要有拱顶渗水、滴水,拱脚处渗水、淌水,伸缩缝部位渗水、淌水,侧墙的渗水、淌水、局部涌水、涌泥,道床积水等,在冬天则表现为顶部形成冰挂,侧墙形成冰柱,在道床形成冰堆、冰坡等[2]。

渗漏水促进混凝土衬砌风化、剥蚀,造成衬砌机构破坏;渗漏水还会软化围岩,引起围岩变形;有些隧道渗水中含有侵蚀性介质,造成一般的衬砌混凝土和砌筑砂浆腐蚀破坏,降低衬砌的承受能力;在寒冷和严寒地区,隧道漏水会造成边墙结冰,侵入隧道建筑限界,还会造成衬砌冻胀裂损坏。

水害引发路基下沉、基底裂损、翻浆冒泥等病害,导致铁路线路规矩水平变形超限,冻胀引发洞内线路起伏不平,以及洞内漏水潮湿降低轮轨粘着力,均会影响行车安全;水害使电绝缘失效、短路、跳闸,影响安全运营,引发漏电伤人事故;少数隧道暴雨后隧道铺底破损涌水,造成淹没轨道,冲空道床,影响行车安全。

1.2 隧道渗漏水的原因分析

隧道的修建,破坏了山体原始的水系统平衡,隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通,而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时,就必然要发生隧道水害。由于水的可流动性和水压的传递性,隧道的衬砌结构往往都要承受较高的水头压力,在这样的条件下,衬砌中的任何缺陷和病害都可能成为渗漏水的通道。反过来,渗漏水又会加速各类病害的发生和发展,影响隧道的使用性能和使用寿命。因此,隧道渗漏水实际上是隧道各种病害的综合反映[2]。可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。

1)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[3]。

2)隧道防水的设计依据不充分。设计时由于对地下水的运动规律认识不足,工程防水标高确定不合理,再加上忽视上层滞水和壅水的危害,该设防的未予設防,从而造成工程漏水;对钢筋混凝土结构自防水功能的认识片面,认为混凝土或钢筋混凝土是防水的,不了解混凝土或钢筋混凝土是一种非匀质性材料,体内布有许多孔隙,通常是渗水的[4]。新建隧道衬砌防水、排水设施不全;混凝土衬砌施工质量差,蜂窝、孔隙、裂缝多,自身防水能力差;防水层(内贴式、外贴式或中间夹层)施工质量不良或材质耐久性差,经使用数年后失效;混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理;衬砌变形后,产生的裂缝渗漏水;既有排水设施,如衬砌背后的暗沟、盲沟,无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等,年久失修阻塞。隧道建设是一个过程,分为勘测与设计、施工、验收等阶段,在每个阶段或材料供应等关键环节出现问题,都可能引发隧道水害。

2 隧道渗漏水的防水形式和做法

隧道防水设计既无国家标准,又无专业规范,直到1986年7月1日才开始施行铁道部标《铁路隧道设计规范》(TBJ-85)。该规范中规定,隧道防水应遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的原则。 从防水设计、施工指导思想上能把防水一次作好,即可实现以防为主,不留后患。

2.1隧道渗漏水的防水形式

防水技术大体上可分为三种类型:其一是从围岩结构和附加防水层着手,拒水于工程之外,称为水密型;其二是从疏水泄水着手,将地下水有意识地导入工程内部的排水系统,使之不破坏结构本身,即泄水型;其三是两者结合起来,在同一工程中既有泄水的一面,又有水密的一面,称之为混合型。

2.2隧道渗漏水的防水做法

防水做法按其采取的措施和手段的不同,可分为材料防水和构造防水两大类。材料防水是靠建筑材料阻断水的通路,以达到防水的目的或增强抗渗漏的能力, 国内常用的附加防水层有:SBS改性沥青油毡、三元乙炳(EPDM)橡胶防水片材、氯化聚乙烯(CPE)防水片材、丁基橡胶防水片材和焦油聚氨酯防水涂料等。构造防水是采用合适的构造形式,阻断水的通路,以达到防水的目的。任何一种防水做法都依附于(或立足于)混凝土结构的自防水效能,即防水混凝土的质量。除有正确的设计和精心施工外,选择应用具有抗裂、防渗2种功能的混凝土外加剂也十分重要。如底板设置盲沟排水系统(倒滤层)、离壁式衬砌等,北京地铁选用防裂型防水剂或U型膨胀剂即取得了较好的效果[5]。解决混凝土施工缝防水,日本开发的丁基橡胶(中夹钢片)止水板材料先进,使用可靠。

3总结

隧道的渗漏水问题是隧道的常见病害,也是影响隧道安全的重大问题。本文对隧道渗漏水的形式及原因进行了分析,提出了预防隧道渗漏水的若干办法、措施和建议。总之,只有科学设计、合理选材和精心施工才能避免隧道渗漏水的发生。

参考文献

[1] 周小平,钱七虎.深埋巷道分区破裂化机制[J].岩石力学与工程学报,2007,26(5):877-885.

[2] 祝和权,李海燕,杜存山.道渗漏水综合治理技术的研究[J].中国铁路,2004,(2):42-45.

[3] 丁而毛,陈国民.公路隧道渗漏水成因及其防治探讨[J] 工程技术,2008.NO.26.

[4] 陈汉东.地下工程渗漏水原因分析及综合治理[J].中国建筑防水,1997.NO.1.

[5] 胡学飞.地下工程防水技术的发展[J]. 隧道与地下工程,1009-7767(2010)S1-0179-04.

作者简介:1.李国彬、男、汉族、生于1987年3月、兰州交通大学土木工程学院 桥梁与隧道工程专业硕士研究生

2.张瑞金,河南星荣建筑工程集团有限公司

3.王科伟,河南星荣建筑工程集团有限公司

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