工程案例
業務范圍
隧道防水防滲漏方法及技術
發布時間：2014-08-09
摘要：分析了隧道滲漏水的主要原因、隧道滲漏水的表現形式和目前隧道防水放滲方面存在的不足。對隧道施工的主要方法、常用的材料以及隧道防水防滲工程施工禁忌進行了認真研究，提出了合理的隧道防水防滲漏方法和建議。隧道工程防排水是隧道工程設計的主要內容。如果沒有可靠的防排水措施，地下水就會侵入，乃至危害運營和影響隧道使用壽命。目前，隧道工程最大的病害就是滲漏水。整治滲漏，既困難費用又高。因此，從設計時就引起重視，精心設計，精心施工。隧道開挖過程將對圍巖造成擾動，導致圍巖變形，裂隙發生擴展、導通，引起巖石中地下水下滲進入隧道，改變地下水流場，地下水位下降，而地下水位的下降則可能導致原有地下水排泄點如泉水出現流量減小甚至斷流，從而引發新的環境、生態問題，并導致糾紛。因此，隧道的防滲堵漏不僅是隧道本身的需要，也是、生態保護和水資源保護的要求。
隧道漏水不僅會降低混凝土襯砌的耐久性，而且降低隧道內各種設施的功能，惡化隧道內的環境；在寒冷地區，隧道漏水還將使隧道路面凍結，頂部產生冰柱，從而影響隧道的正常交通。在隧道防水的理論依據、防水方法的優化、整體防水與細部防水相結合、防水體系的經濟性和合理性等方面，都有待于更進一步研究。我國《地下工程防水技術規范》(GBJ108—87)對地下工程的防水提出了總的治理原則，即“防、排、截、堵相結合，因地制宜、綜合治理”。所謂“防”是指工程結構設計必須要有防水技術內容，要強調必須優先采用防水混凝土做自防水結構，要使工程本身具有阻水和防水滲入的能力。“排”是要求工程要具有完整的排水系統，以減少滲水壓力及滲水量，為進一步防水創造條件。“截”是指工程位置的地表水、滲漏水、地下裂縫水要用排水溝、導管等排水系統引走。“堵”是指工程已出現結構滲漏時，采用壓漿、抹面、噴涂、嵌堵等方法將滲漏水堵住，為防水施工創造條件。隧道滲漏水的防治與很多因素有關，是一項系統工程。
在設計、施工、材料、驗收等各個環節必須嚴格按規范要求去做，才可能達到設計要求的防水質量。鐵路系統直到1986年才頒布了相應標準，在鐵路隧道方面，我國的《鐵路隧道設計規范》(TBJ3—85)、《鐵路隧道施工規范)(TBJ204—86)以及《鐵路隧道新奧法指南》都要求根據總的防水治理原則，對鐵路隧道的阻水、防水滲漏能力規定了具體技術要求，要形成完整的防排水系統，以達到防水可靠，經濟合理的目的。
隧道工程在施工或運營階段出現的各類病害嚴重影響了隧道功能，造成隱患，危及交通安全。這些病害主要表現為：(1)襯砌過度變形、裂損、剝落掉塊；(2)地下水的滲漏和涌出。因此，對隧道進行防水防滲就變得非常必要。
1 隧道滲漏水的主要原因
隧道滲漏水的原因大致可分成自然因素和人為因素2種。
1．1 自然因素
開挖隧道對地下水的影響，是隧道發生滲漏水的客觀因素。根據水力學和水文地質學原理，地下水從高壓水位向低壓水位流動，有其固定的流線，由于隧道的開挖，形成臨空面的低水壓區，改變了圍巖的力學特性和地下水涇流路線，使周圍地下水向隧道內匯集和積聚，給襯砌及底部滲漏水留下隱患。隧道開挖影響范圍的大小與地層的滲透系數、水位高低、過水斷面大小有關，此外還受大氣降水、隧道進深及隧道周圍溶洞、泉眼、水庫或江、河、湖泊的影響。
1．2 人為因素
(1)隧道防排水系統不完善：1)排水管道設置不合理、排水溝深度及寬度不夠或被泥、砂、灰漿、漿液堵死無法正常排水；2)混凝土施工接縫、結構連接、混凝土缺陷部位的防水設計、材料、施工工藝及質量檢驗不嚴格。
(2)對特殊地段(侵蝕性地下水、寒冷及嚴寒地區等)沒有采取特殊處理措施：1)混凝土襯砌在侵蝕性介質經常作用下，出現起毛、酥松、蜂窩麻面等導致材料強度降低，襯砌厚度變薄，導致滲漏水并日趨’嚴重；2)寒冷及嚴寒使襯砌背后積水凍結，造成襯砌混凝土凍脹開裂滲漏水；襯砌混凝土本身多次凍融循 環而開裂滲漏水；3)排水溝結冰無法滿足排水要求，基底積水、結冰，線路不均勻隆起。
(3)鐵路隧道施工規范不完善：現行《鐵路隧道施工規范》對隧道結構及施工防排水，只作了總體要求，定性說明多，定量指標少，而且內容也不夠全面，有些概念還比較模糊，既造成對防水質量要求的不同理解，也不能有效地約束設計及施工單位。
隧道出現滲漏水還有很多因素，如：在隧道工程質量的控制上存在管理問題，也有技術問題；引起隧道滲漏水的原因主要是防水材質不良或違反操作規程造成的，具體可分為以下幾類：(1)管片在制作時養護不合理，表面出現氣孔和龜縮裂縫；管片在運輸、拼裝中受擠壓、碰撞，缺邊掉角；(2)水膨脹橡膠粘貼不牢，或下坡時過早浸水使膨脹止水效果降低；(3)管片拼裝質量差，螺栓未擰緊，接縫張開過大；(4)手孔、螺栓孔、注漿孔等薄弱部位未加防水墊片，封孔施工質量差。
2 隧道滲漏水的表現形式
隧道滲漏水主要表現為點滲漏、縫滲漏和面滲漏三種形式，根據其滲漏水量的不同，又分為慢滲漏水和快滲漏水。當工程發現滲漏水的現象時，需要根據具體情況和工程特點，采用不同材料、工藝和機具設備進行封堵。首先應做好下面幾項準備工作：
2．1 查找滲漏水來源
首先對工程周圍的水質、水源、土質等情況進行調查，掌握水位隨季節變化的規律和地表水的情況，以確定工程所承受的最大水壓。此外還應了解生產用水、生活用水的上下管道是否完好，以便查明引起滲漏的原因，為制定防水堵漏方案與切斷水源提供依據。
2．2 從結構上分析滲漏水原因
首先要了解結構的強度、剛度是否滿足要求，以及地基是否存在不均勻沉降等問題，因為上述因素都可能導致結構開裂而造成滲漏。堵漏修補工作應在結構穩定、裂縫不再繼續擴展的情況下進行。
2．3 檢查材料質量
對工程所用防水材料進行檢驗，以判斷工程滲漏水是否由材料質量不良或選材不當而引起的。在對以上幾點進行分析的基礎上，按照處理止水與防水相結合的原則，到現場進行實地調查，將漏水部位、數量根據滲漏形式進行分類編號統計，繪制堵漏平面展示圖，即可制定堵水堵漏方案。
3 隧道防水放滲的不足
設計與施工規范中，雖然對各種隧道的防水均做了相應規定，但仍有較多的不足之處，主要表現在：
(1)部分規范缺少明確的防水等級劃分，即隧道防水的等級不明確。對鐵路隧道只要求按照一般地下工程的防水原則實施，沒有明確的防水等級和具體要求；對隧道的具體情況如隧道所在線路等級、牽引類型、隧道所在地區或地段、隧道不同部位及隧道的長度等因素也缺乏定量的防水指標。(2)大部分隧道規范對防水等級的劃分比較模糊。不同的隧道工程，采用不同的等級劃分標準。(3)防水設計缺乏充分可靠的理論依據。由于地質情況復雜，勘探費用昂貴，通過勘探往往還不能掌握隧道的地質情況，多數還要用試驗和估算的方法推測，無法為隧道防水設計及規定提供足夠的理論依據。(4)隧道防水施工、監理及驗收不規范。盡管隧道設計與施工規范都有防水規定，但由于各種防水措施大都缺乏經濟、效率上的系統研究；對防水施工、監理及驗收也都缺乏相應的規范，防水要求隨意性強，沒有統一的評價標準；施工監理也缺乏防水施工工藝等方面的監理規程。隧道竣工后，質量管理部門也缺乏有效檢驗手段和相應的驗收規范，僅從襯砌表面上看不出什么問題，就按合格驗收，無法保證運營后不出現滲漏水現象。
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對策上，而要考慮隧道設施用途的所有問題作為運營這些設施的必要條件。目前國內外對隧道的施工主要有沉埋法、新奧法和盾構法3種，沉埋法常用于水下隧道的施工；
新奧法主要用于山嶺隧道；而盾構法常用于城市地下工程，如地下鐵道等。盡管不同專業從材料和構造方面實施防水的做法還不統一，但隧道防水技術主要有3種類型，一是從圍巖、結構和附加防水層著手以防為主的水密型防水，二是從疏水、泄水著手以排為主的泄水型或引流自排型防水，三是防排結合的混合型防水。
隧道襯砌滲漏水的種類：隧道滲漏水大致可分為以下幾種：(1)結構接縫滲漏；(2)裂縫引起滲漏；(3)混凝土受腐蝕引起滲漏。滲漏形式可分為點、線、面3種。按出水量不同可分慢滲、快滲、漏水和涌水。
隧道復合式襯砌是新奧法施工隧道的基本形式。它被應用于國內外大量的隧道工程，具有先進合理，防水可靠的優點。這種復合襯砌由一次支護、二次模注混凝土以及防水層組成。通常先安裝鋼筋網、錨桿、鋼支架，噴射混凝土，形成初期支護系統；接著在噴層上鋪土工合成材料(起保護防水薄膜和將水引導到隧道排水系統作用)，用釘子將塑料圓盤釘入噴層固定；然后用熱焊法將聚氯乙烯薄膜固定在塑料圓盤上；最后用雙焊縫將相鄰薄膜連接起來。這種做法易于干法或濕法安裝；價格較便宜；安裝質量可以檢驗；合理安裝可保證不透水。如果在拼裝襯砌中使用密封墊，則密封墊的接觸壓力要足以承受靜水壓力，且不能妨礙襯砌的安裝。但通常密封墊與襯砌間的容差對接觸壓力的影響很大。復合襯砌的防水層設于一次支護與二次模注之間，表面光滑，除了防水，它還能減少噴射混凝土與二次襯砌模注混凝土之間約束應力，防止二次模注混凝土產生裂縫。隧道復合式襯砌防水層常采用PVC、ECB(乙烯—醋酸乙烯與瀝青共聚物)、EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)、LDPE(低密度聚乙烯膜)及HDPE等材質。但不同國家采用防水層的厚度不同，如西歐及美國多用1．5～3．0mm，日本常用0．4～0．8 mm。通常防水層的做法有兩種。為防止防水膜不受損傷，保證防水的可靠性，對于LDPE膜或EVA膜，均應在膜下加設4～5mm泡沫塑料襯砌或2．6~ 3．2mm無紡布做緩沖層，而防水膜連接則常采用塑料脹管、熱融塑料墊圈、鋼墊圈、木螺絲釘等錨固材料。復合襯砌也存在許多問題，主要是：(1)初期支護難以保護；(2)施工期長，施工工藝復雜；(3)防水板間的連接方式不易得到保證，焊接工藝要求高；(4)防水板在隧道壁上的固定方式難以保障；(5)二次襯砌施工時易將防水板撞破。
盡管各國對隧道防水的標準和做法不一樣，各種防水方法的效益相差也很大。但實踐表明，要想做到隧道不漏水，單一防水方法已很難勝任。當前人們已趨向于采用混合防水法，通過多道防線，層層設防，以達到隧道不漏水。不漏水的隧道首先應遵循以下幾點。(1)地質勘探要盡可能地合理，多渠道了解地質資料。(2)結合地質情況，采取防、排、堵、截綜合治理方法，剛性防水和柔性防水相輔相成，不同專業系統再結合自己的特點和要求有所側重。(3)盡量采取復合襯砌防水或二次襯砌防水，充分利用結構的自防水，并合理地布置排水管和排水溝。(4)合理選擇高性能防水層和結構自防水材料，加強接縫和變形縫細部防水的處理。
我國現有的隧道防水措施都是依據現行技術規范，并借鑒國外的成熟技術來實施的。
隧道襯砌滲漏水的封堵原則：(1)應根據漏水部位、漏水種類、水源及漏水量確定其整治方案及選材。
(2)查找并切斷水源，盡量使修堵工作在無水狀態下進行。在滲漏水狀態下進行修堵時，要盡量通過做好引水，變大漏為小漏，變線漏為點漏，變片漏為孔漏的辦法，減少漏水面積，方便施工操作，防止水壓沖壞施工材料。(3)對隧道內襯砌的滲漏水區域，應采用注漿、嵌堵、排水綜合治理措施。具體操作要遵守“拱堵墻排，堵排結合”的原則及“先拱后墻”的順序，先將拱部水堵住，再在邊墻上做排水處理。
5 常用堵漏防水技術
5．1 表面封閉法
在需防水的表面鋪一層防水層進行隔離和封閉。較常用的做法為先用聚氨酯防水橡膠進行表面處理，沿裂縫鋪一定厚度的橡膠膜即可。
5．2 鑿縫填充法
一般沿裂縫鑿成“V”型槽，再填充一些防水和補強材料。此法只適用于自身強度低，且有高延伸率、彈性及高粘結力的填灌材料，否則，材料與襯砌的粘結界面就會破壞，失去防水效果。
5．3 灌漿法
對具有較完整骨架的防滲漏對象，堵漏防水是一種快速而效果明顯的首選手段，是目前最常用的堵漏方法。將一定的材料配制成漿液，用壓送設備將其灌入縫隙或空洞之中，使其擴散、膠凝或固化，以達到防滲堵漏的目的，確保防水工程的防水性能。灌漿能使裂縫缺陷愈合而恢復整體性。與表面封閉法相比，它能有效防止水進入裂縫內腐蝕鋼筋。該法已被廣泛應用于整治隧道滲漏水，構筑第一道防水線。注漿材料應具備以下條件：(1)可注性好；(2)膠凝時間易于調節，最好是突變式固化；(3)固結體強度高，抗滲性好，附著力強；(4)材料價格適中，采購方便；(5)操作工藝簡單；(6)無毒。可根據灌漿材料的不同，分別對裂縫和混凝土缺陷進行補強和單純堵漏，特別是對有壓水的堵漏、修補，此法常可取得快速滿意的效果。灌漿法相對于表面封閉法來說，顯得工藝復雜，配方難掌握，技術要求高，造價也較高。
5．4 其它方法
防滲漏的方法還有粘結鋼板法、增加截面法、預應力張拉補強法等。這些方法都是在因設計計算失誤等原因造成裂縫的情況下使用，而且必須要在協調一致的變形條件下才可使用。堵漏材料的技術特性及配制方法：堵漏材料分有機材料和無機材料兩大類，常用的堵漏材料主要有堵漏靈、丙凝、非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、改性環氧樹脂、水泥水玻璃漿液等。在選擇注漿堵漏材料時，要從材料的技術特性、材料來源、成本、滲漏水特征等方面綜合考慮。
注漿機具與堵漏材料的選擇：注漿機具要根據注漿液種類和結構滲漏位置的大小合理選擇，目前用于注漿堵漏的機具有：電動往復泵、電動風壓注漿設備、手壓泵及注射器等。堵漏材料要根據工程特點和滲漏水量的不同加以選擇。
5．5 施工操作方法
(1)孔洞漏水的處理：對于孔洞漏水可采用預埋注漿管或用風槍鉆孔后將纏繞麻絲的Ф20～40 mm的鋼管打人孔內，而后采用水泥—水玻璃雙液注漿法實施堵水，漿液固化時間可根據涌水量的大小和用漿量的多少進行調整。如注漿后涌水仍較大，再實施二次注漿。
(2)變形縫和施工縫漏水的處理：對于變形縫和施工縫的滲漏水，首先要根據漏水量大小制定堵水方案，其主要操作步驟為：根據滲漏水長度沿混凝土表面開鑿成“V”型槽(寬度、深度視滲漏水大小掌握)，將槽內殘渣沖洗干凈，而后將Ф40半圓形塑料引水暗槽(薄鐵皮彎制也可)置人槽底蓋住水流部位，并用水泥速凝膠將兩側固定牢，再將西12 mm引水導管(鋁管)垂直置于引水暗槽兩端，導水管外露長度為100mm，同樣用水泥速凝膠固定。在確認引水暗槽和導水管固定牢固后，進行注水試驗，其目的一是檢查有無跑冒漿部位，二是可根據注水量估算漿液用量，以免造成材料浪費。注水試驗后，將“v”型槽界面用噴燈烘干，并在基面上涂兩遍環氧糠酮漿液，漿液固化后即可進行注漿止水。注漿機具為專用化學電動注漿泵或手提式手壓注漿泵，注漿壓力控制在4～8 MPa。注漿接近結束時，注漿泵壓力適當增大并恒定5~10min，表針不再回落，即可結束注漿，并將注漿管迅速用軟塞塞住，以免漿液噴出或溢流。注漿完畢72 h后，將外露注漿管用手持砂輪機切除，將“V”型槽用膨脹水泥砂漿填實抹光。
(3)大面積滲漏水的處理：對于邊墻、地板等部位出現的較大面積滲漏水，應先對滲漏水部位的滲漏點進行調查，根據滲漏范圍劃分為若干作業單元。然后本著先堵大、后堵小、從上而下的堵水原則進行施工。對滲漏水量較大部位，先開槽或鉆孔將水引出，再將周圍水孔眼封閉處理，注漿方法與變形縫、施工縫相同。
(4)孔眼滲漏水的處理：混凝土基面局部出現點滲漏水時，以“堵”為主。如水流量較大，封堵困難時，可根據滲漏水量在混凝土基面開“V”型槽，將Ф20mm的鋁管(或聚乙烯塑料管)對準漏水點放好，用速凝水泥膠泥將其固定，將水由導管引出，然后進行注漿堵漏及表面修整。對于滲漏水量較小部位，沿滲漏點進行鑿除，直到找到準確部位，其長度、深度視具體情況而定。鑿除后的部位用速凝水泥膠泥填堵，待水泥凝固并觀察不再滲漏后，表面用膨脹水泥砂漿封閉抹平。
5．6 我國隧道防水堵漏材料發展現狀
(1)合格的防水材料應具有：1)能承受一定的機械撞擊而不受損傷；2)具有耐久性和耐腐蝕性；3)防水膜接縫嚴密性；4)施工方便，接縫少；5)良好的經濟性。
(2)發展現狀：近幾年來，尤其是“九五”計劃期間，我國新型防水堵漏材料發展較快，通過引進國外新技術與產品，并在此基礎上進一步發展，已形成了很多質量較好，經濟性也不錯的產品。當前，我國的防水堵漏材料已從紙胎石油瀝青油氈型單一產品，發展成檔次、品種、功能均較齊全的防水材料系列產品，包括：改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、建筑密封材料、剛性防水堵漏材料等。其中，增長較快的為改性防水油氈卷材，而高分子防水材料也有一定發展規模。為各種工程的防水堵漏提供了更多的選擇。
(3)我國常見防水堵漏材料：我國防水材料有防水卷材、防水涂料、密封材料及防滲堵漏材料等，其中防水卷材有以下幾種：石油瀝青紙胎油氈，SBS、 IP改性瀝青防水卷材等，三元乙丙、PVC、氯化聚乙烯、氯化聚乙烯橡膠共混等高分子防水卷材也有一定規模，但在應用及推廣上仍存在一些問題。選擇防水材料的基本要求：1)承受一定的機械撞擊而不受損傷；2)具有耐久性和耐腐蝕性；3)防水膜接縫嚴密可靠；4)施作方便，接縫少；5)良好的經濟性。
6 隧道防水防滲工程施工禁忌
(1)底板與側墻的縱向水平施工縫直接留在底板面上或高度≤200mm砌的側墻上。后果：由于該處承受的剪力大，容易造成結構開裂，甚至損害結構。再則受澆注混凝土條件等限制，此處防水作業效果相對較差，容易造成滲漏。
(2)施工縫用遇水膨脹橡膠(或膩子)止水條時，止水條無緩膨脹的功能，而是突出它的快速膨脹(如3d時間達到它的最大膨脹倍率)。后果：由于遇水膨脹橡膠(或膩子)止水條遇水會迅速膨脹，一旦受雨淋或沖洗水的浸泡，在未澆注混凝土前就充分膨脹了，而在澆注完混凝土后施工縫開裂時，就不膨脹或無足夠的膨脹應力，減少甚至失去止水作用，造成滲漏。
(3)為鋪設方便，施工縫用遇水膨脹橡膠條設置在離混凝土側面<70mm處。后果：遇水膨脹橡膠，尤其是膨脹倍率較高的遇水膨脹橡膠遇水會產生較高的膨脹應力，因此在施工縫位置混凝土結合面極易被膨脹所擠碎。
(4)在橫向施工縫上設置遇水膨脹橡膠(或膩子)止水條時，采用直接粘合方式粘在縫面。后果：遇水膨脹橡膠因完全露在表面，有的止水條斷面尺寸又偏大，在新混凝土澆注與插入式振搗器插入與振搗時很易下墜與脫落，喪失防水功能。
(5)設置變形縫位置的混凝土厚度<300mm，在采用中埋式止水帶時，它離結構混凝土面的距離<150mm。后果：地下水容易進入變形縫，尤其在頂板變形不嵌縫密封、底板與側墻變形縫不設外防水止水帶時。地下水直接進入變形縫，它在混凝土中的滲透厚度就從止水帶處算起，故止水帶到混凝土的距離必須大于150mm(即通過抗滲試體的高度)。否則，容易滲漏，容易影響接頭處混凝土的密實性。
(6)用于適應伸縮變形的變形縫，其變形縫縫寬>30mm。后果：變形縫的作用是滿足隧道工程中兩相鄰結構的伸縮變形，而過大的接縫，除了多耗費接縫用墊板及嵌縫密封膠，更不利于抗水壓。尤其在底板設凹凸榫，變形縫過寬不利于凹凸榫的嵌合，不利于結構受剪也難以控制沉降量。
7 結論及建議
綜觀上述，近年來我國隧道與地下工程防水技術取得了新的進展，滿足了各行業的使用要求。但也應該清楚地看到，當前隧道防水技術存在的問題還不少，有的還很嚴重，與國外相比，我們還有較大的差距。隧道防水是一項系統工程，涉及材料、設計、施工、管理等各個方面，我們應該下功夫研究，探討有效的解決辦法，積極地開展工作，并吸收國外先進技術與經驗，把我國隧道與地下工程防水技術提高到一個新的水平。
幾點建議：(1)認真貫徹執行國家標準。(2)促進優質防水材料推廣應用的比重。近幾年國內研制與引進的新材料、新產品越來越多，雖其性能大同小異，但不乏優質者，然而設計、施工和建設單位在選用時難以鑒別其內在質量及耐久性，或因價格因素而放棄選用優質防水材料。為此，有必要加強產品質量的檢驗和監督，建立科學、嚴格的產品質量認證制度，把好材料質量關，正確引導優質產品的擴大應用。(3)推行工程質量保證期制度。以施工單位為主體，在實行防水工程專業承包或專業化施工的前提條件下，對各類防水工程推行質量保證期制度。加強設計與施工的配合尤為重要，設計單位在制訂防水方案與選用材料方面應更多吸取并尊重施工單位的意見。(4)提高工程滲漏維修技術水平。大量地下防水工程的實踐證明，即使設計采取了周密的防水措施，使用了優質防水材料，但由于防水工程環境與部位復雜，檢測技術手段低下，仍難免產生不同程度的滲漏問題，影響工程正常使用。因而施工單位只有建立防水施工專業隊伍或班組，并重視培訓上崗人員，不斷總結提高施工與維修技術水平，才能成功解決各類復雜的防水技術問題，以良好的信譽承接工程，為自身的建設與發展創造條件。
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