公路隧道二次衬砌渗漏水注浆加固效果分析

摘要：文章基于某公路隧道二次襯砌渗漏水注浆加固实践，对超细水泥、普通硅酸盐水泥及聚合物水泥3种注浆材料的注浆效果进行对比分析。通过开展二次衬砌注浆试验，对0°、30°、45°三种裂隙倾角的衬砌裂缝进行注浆加固效果分析，确定聚合物水泥为最佳注浆材料。

关键词：高速公路;隧道;渗漏水;注浆加固

中图分类号：U445. 49文献标识码：A DOI：1 0.13282/j. cnki. wccst. 201 9. 12. 038

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0141 - 04

0 引言

现今，我国已成为世界上隧道建设规模最大，发展速度最快的国家。隧道可有效缩短行车距离，提高公路交通运输效率，有效促进地方经济发展。然而，由于设计阶段对隧道地质条件调查不够，对隧道地应力的作用和施工监管不严，很多隧道在运营使用后出现二次衬砌开裂，出现不同程度的渗漏水情况。隧道渗漏水是公路隧道的主要病害之一，严重影响隧道内行车安全，降低隧道结构的耐久性。目前，国内对隧道渗漏水注浆加固处治尚没有完善的无损评价方法，对隧道渗漏水注浆封堵研究不够深入。文章基于某公路隧道运营使用后二次衬砌渗漏水注浆止水处治方法，分别采用超细水泥、普通硅酸盐水泥和聚合物水泥对隧道二次衬砌渗漏水部位进行注浆加固处理，并通过试验对加固效果进行分析，确定最佳注浆材料，提高加固效果。

1 工程概况

某公路隧道全长1 552.4 m，地质构造复杂，围岩级别多为Ⅳ、V，裂隙纹理发育，岩石软硬相间，易风化。该地区气候四季分明，夏季湿润多雨，裂隙水发育，受地下水影响大，隧道易受渗漏水病害影响。隧道施工中设置了防排水设施，在初支与二次衬砌之间加设了土工布和防水板，排水工程由环形排水管、纵向排水管、横向排水管和中央排水沟组成。施工中在施工缝和变形缝位置设置了止水带，做了防渗设计。

隧道运营使用一段时间后，出现了严重的渗漏水情况，造成衬砌混凝土侵蚀破坏。据现场调查，渗漏水位置主要分布在隧道边墙和拱腰位置，主要形式为线性渗漏、变形缝和接缝处渗水量大，流向路面，造成大面积积水，导致道路湿滑，影响行车安全。通过对K32+350～K33+ 130段进行调查，得到隧道渗漏水现场调查情况部分统计如下页表1所示。

2 隧道渗漏水成因分析

2.1 围岩地质原因

公路隧道运营使用阶段，衬砌结构受到地应力、地下水压力等因素的影响。隧道围岩出现地应力，造成隧道衬砌受力情况变化，尤其是隧道处于断层破碎带区域，地应力变化显著，对隧道衬砌影响大。地下水量增加，造成水压力增加，水分从衬砌缺陷处渗漏。地质情况变化，造成衬砌变形破坏。环境温度变化，造成隧道衬砌混凝土出现干湿交替或冻害。在多种因素的综合作用下，造成隧道衬砌结构破坏，出现渗漏水。

2.2 设计原因

隧道衬砌结构厚度不足，强度不足，没有充分考虑极端地质条件对衬砌结构的影响，尤其是侵蚀性地下水，很容易造成衬砌开裂破损。如设计衬砌厚度不足，会造成隧道围岩出现冻害，在反复的冻融破坏作用下风化破碎，最终造成衬砌开裂。由于设计原因，造成隧道排水能力不足，导致隧道运营后大量地下水不能及时排除。本隧道受到季节性影响明显，排水能力不足是造成隧道出现渗漏的一个主要原因。另外，该地区属于季节性冰冻地区，隧道结构处于冻结圈内，隧道排水结构在冬季结冰后产生冰塞，地下水无法及时排除，使排水系统冻胀破坏造成衬砌结构出现渗漏水。

2.3 施工原因

隧道围岩开挖时机不对，施工工序不规范，都是造成隧道渗漏水的重要影响因素。隧道开挖时机不对主要是开挖时机选择不当，隧道围岩还处于开挖后的重分布调整状态，没有达到稳定状态，容易产生地应力，造成衬砌开挖变形。在施工过程中，个别施工企业为了提高收益，不按设计与规范施工，使用不符合要求的混凝土，衬砌厚度不够、防水能力差，防排水结构施工不合格，混凝土振捣不当，养护不到位等都是降低衬砌结构质量，造成渗漏水的原因。

3 隧道衬砌渗漏水注浆加固效果分析

3.1 试验方案

施工前选取试验段进行注浆试验，分别选取超细水泥、普通硅酸盐水泥及聚合物水泥3种注浆材料，注浆衬砌结构采用裂隙倾角为0°、30°、45°三种工况。注浆前先进行衬砌预制，制作不同裂隙倾角的衬砌结构，然后对衬砌裂缝进行封堵处理，对不同倾角的裂缝进行注浆，注浆后进行钻芯取样，对比分析注浆前后衬砌强度的变化情况。

3.2 衬砌与裂隙预制

选择同原隧道二次衬砌混凝土相同的强度和配合比，严格按要求进行混凝土拌和，在成形模板内浇筑成型。为了模拟隧道衬砌裂隙工况，采用3 mm厚的钢板插入到二次衬砌内部制作裂隙，分别得到0°、30°、45°三种裂隙倾角，二次衬砌混凝土浇筑养护10 h后，抽出钢板，完成裂隙制作。

裂隙制作完成后.由于衬砌内部的裂隙不均匀，注浆过程中容易出现跑浆现象，需要进行开槽处理。开槽后裂隙完全张开，按要求制作止浆槽，以保证注浆饱满。同时，为了防止注入裂隙内部的浆液流失，降低注浆效果，在裂隙内部设置隔水胶条密封，并使用环氧树脂进行密封，以提高密封和隔水效果。预制二次衬砌完工28 d后，处理裂隙，使用切割机对裂隙处进行开槽处理，并制作宽1 cm、深2 cm的止浆槽，使用聚合物水泥浆封闭裂隙。

3.3 裂隙注浆与钻芯取样

止浆槽施工3d后，对二次衬砌裂隙进行注浆。注浆使用止水针头进行施工，并设置至少一个注浆孔和一个排气孔。实验过程中分别使用超细水泥、普通硅酸盐水泥及聚合物水泥3种注浆材料进行注浆，并对施工过程进行观察，比较注浆效果。当采用速凝类浆液进行注浆时，注浆孔沿裂隙上下呈梅花形布置，距离为400 mm。裂隙注浆采用自上而下的施工顺序，排气孔位于裂隙的最顶部，注浆终压为1 MPa。当采用非速凝类浆液进行注浆时，分别在裂隙上端和下端设置一个注浆孔，其中上端孔为排气孔，下端孔为注浆孔，注浆终压为1 MPa。注浆过程中如出现跑浆现象，应封闭排气孔，直到压力恢复。裂隙注浆3d后，钻芯取样进行单轴抗压强度试验，检测注浆加固效果。

3.4 衬砌裂隙注漿加固效果分析

对注浆加固体进行钻芯取样，分别对注浆加固前试样和加固后试样进行单轴抗压强度试验。试样分别选取注浆加固前后裂隙倾角为0°、30°、45°的试样各一组，同时对没有裂隙的衬砌取样进行对比试样。通过对没有裂隙的区域衬砌混凝土试样进行单轴抗压强度试验，测定试样的抗压强度为27 MPa。不同类型注浆材料注浆加固后衬砌试样单轴抗压强度试验结果如表2所示。

分析表2数据可知，对不同裂隙倾角的衬砌裂缝进行注浆加固，加固前后二次衬砌强度明显提高。注浆加固前后，二次衬砌混凝土强度采用超细水泥注浆加固后提高2～6 MPa，采用普通硅酸盐水泥加固后强度提高幅度为1. 5～5.5 MPa，采用聚合物水泥加固后强度提高幅度为4. 5～7.3 MPa。由此可见，采用聚合物水泥注浆加固效果最佳，超细水泥次之，普通硅酸盐水泥最差。不同裂隙倾角注浆前后二次衬砌强度关系曲线如图1～3所示。

分析图1～3所示曲线，裂隙倾角对衬砌加固后抗压强度的影响差异较大。其中0°和30°倾角对二次衬砌注浆加固效果影响不显著，这主要是由于裂隙倾角较小，注浆前后衬砌强度增长不明显。45°裂隙倾角对二次衬砌加固效果影响明显，这主要是由于45°裂隙倾角的衬砌结构的单轴抗压强度试验破坏形式主要为剪切破坏，使衬砌试样本身的物理力学参数通过裂隙的物理力学参数体现出来，进而增加了对试样抗压强度的影响。

3.5 隧道注浆材料比选

在对二次衬砌试样进行注浆试验过程中，采用不同注浆材料开展现场注浆试验，对注浆压力、注浆速率、注浆时间之间的关系进行研究。同时，为了有效控制注浆浆液的扩散时间与扩散范围，注浆过程中加入了一定比例的胺盐（0.05%）和钠盐（0.5%）。注浆试验过程中控制注浆终压为2.0 MPa，注浆时间为60 min。根据施工现场施工情况，绘制三种不同注浆材料的P-Q—t曲线如图4～6所示。

从施工现场三种不同注浆材料的P- Q-t曲线可以看出：在注浆初期，注浆压力均不断提高，注浆速率不断下降;注浆中期速率下降，注浆压力在一定范围内波动，浆液注浆进入稳定阶段;注浆后期注浆压力达到标准值，注浆速率不断下降。通过对曲线进行分析可知，超细水泥浆液在注浆时间达到60 min后注浆压力仍然很低，注浆速率稳定，可注性良好。普通硅酸盐水泥浆液注浆压力在注浆后55 min达到1.8 MPa。聚合物水泥浆液在注浆44 min后注浆压力上升迅速，60 min未达到注浆压力，可注性较超细水泥浆液略差。

通过对注浆施工过程进行分析得出，普通硅酸盐水泥浆液粒径大，可注性较差，在注浆过程中漏浆现象严重。超细水泥粒度较细，注浆压力上升慢，浆液扩散半径大，可有效填充裂隙，注浆效果好。聚合物水泥注浆性质与超细水泥浆液相似，且水化后可形成聚合物一胶凝矿物结合体网状结构，可塑性好。经过现场试验比选，聚合物水泥浆液对隧道渗漏水注浆加固最好，应优先选用。

4 结语

本文采用三种不同注浆材料对隧道渗漏水进行注浆加固，分析了注浆前后试样单轴抗压强度变化，并对三种浆液的现场注浆施工过程进行对比分析，得出了以下结论：

（l）对不同裂隙倾角的衬砌结构加固前后二次衬砌强度变化情况进行对比分析，得出采用聚合物水泥注浆加固效果最佳，超细水泥次之，普通硅酸盐水泥最差。

（2）0°和30°倾角由于角度较小，对二次衬砌注浆加固效果影响不显著，45°裂隙倾角的衬砌结构的单轴抗压强度试验破坏形式主要为剪切破坏，使衬砌试样本身的物理力学参数通过裂隙的物理力学参数体现出来，对试样抗压强度的影响显著。

（3）通过对三种浆液注浆施工过程分析，得出聚合物水泥可注性好，可有效填充裂隙，注浆效果好，可塑性好，对隧道渗漏水注浆加固效果最好，应优先选用。

参考文献

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作者简介：陈艺（1983-），讲师，硕士，研究方向：桥梁与隧道工程。