电防渗新技术在隧道渗漏水处治中的应用研究

冯勇 朱小明 杜诚诚

（1 甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030；2 甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃 兰州 730203）

0 引言

近年来随着国家“交通强国”的战略部署，隧道工程修建里程不断增加，隧道病害也随之频发[1]，据交通运输部有关部门统计：我国约有30%左右公路隧道存在严重的渗漏水病害[2]。渗漏水病害会加速区域围岩、衬砌劣化，增加围岩压力，诱发衬砌背后空洞，高寒地区还会造成衬砌反复冻融劣化、附加围岩冻胀力、衬砌挂冰、路面结冰，严重影响隧道结构及行车安全。如何有效可靠处治隧道渗漏水病害这一“老生常谈”话题再次到业内广泛关注[3-4]。

传统的隧道渗漏水处治多为注胶封堵、埋管引排，施工便捷，但病害经一段时间后容易复发，寒区隧道复发率更是高达90%以上；而另一种处治方案—防排水系统的重建恢复，需要拆除隧道既有结构，施工风险大，费用高，对周边交通影响大[5]；本文以甘肃某座寒区隧道渗漏水病害顽疾为依托，通过现场踏勘、资料收集分析，针对性提出了“埋管引排+电防渗新技术”综合处治方案，经后期追踪，完工后两年内未见病害复发。

1 工程概况

病害隧道位于甘肃省境内高速公路上行线，隧道原设计为双向四车道，设计车速为80Km/小时，建筑限界净宽10.25m，净高5m。隧道上行线全长6333m，于2012年建成通车。

隧道南段属山地地貌单元，山体呈西东走向，山脊南侧坡较为平缓，北侧坡较为陡峻，海拔高度2410.52～2733.94m，相对高差约323.42m；隧道北段属古丰滩台地地貌，山势平缓，海拔高度2560～2280，相对高差约280m。隧址区地层复杂，岩性多变，从上到下依次为第四系全新统冲洪积层、碎石土、角砾岩、变质砂岩、板岩和泥岩，围岩整体破碎松散，属极软岩。按岩性、地下水出露情况、富水性推测地下水以孔隙、裂隙及构造破碎带层赋水为主，水位线不连续、变化大，富水性弱，地下水位不稳定。经对隧址区的地下水取样进行水质简分析，水的PH值为7.94～8.23，不含侵蚀性CO2，隧址区地下水对混凝土和钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

隧道衬砌结构采用新奥法原理设计，病害段初期支护采用26cm厚C25喷射混凝土结构，内设I20b型钢拱架，二次衬砌采用50cm厚C25钢筋混凝土结构，共同组成永久性承载结构。两次衬砌间设复合式防水板，环向透水软管，二次模筑外拱脚设纵向排水盲沟，通过横向排水盲沟将水引排至中心水沟排出隧道，见下图1。

图1 隧道病害段原防排水系统构造图

2 隧道渗漏水状况

隧道渗漏水病害主要出现在8号车行横洞附近，管养单位进行了多次常规处理，包括注胶封堵、埋管引排，但维修效果、耐久性均不尽人意。病害表现为主洞右侧拱腰边墙施工缝渗漏水、局部涌流，渗水沿着路面纵横坡向古浪端洞口流窜，冬季路面易结冰，见下图2-图3，洞内行车安全存在较大影响，可能会危及隧道结构安全。

图2 衬砌右侧拱腰渗漏水

图3 渗漏水沿主洞路面窜流

3 病因分析

根据现场踏勘情况，结合隧道实际病害，认为隧道渗漏水病害主要有以下几点：

1）根据原设计地质纵断面，病害段隧道洞身岩体为圆砾土层，局部有地下水，透水性较强，且该段隧道埋深较浅，地表水容易下渗，见图4；

2）隧道施工中防水系统施做不到位，防水板搭接焊质量较差，止水带热熔焊接不严密等原因，兼之材料老化，导致原隧道整体防水系统薄弱，地下水最终通过“三缝”等薄弱处渗出。

3）隧道处于季节性冻土区，运营多年来，随着冻融循环次数的增大，混凝土力学性能逐渐降低，破坏混凝土的使用性能，在围岩有水的情况下可能引起隧道洞内渗漏水。冻融破坏主要是因为在某一冻结温度下，水结冰产生体积膨胀，过冷水发生迁移，引起各种压力，当压力超过混凝土能承受的应力时，混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大，扩展并互相连通，强度逐渐降低，造成混凝土破坏。

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4 处治方案

病害隧道位于国家高速网，是甘肃省境内重要的交通要道，附近可绕行路线较长、等级较低、路况一般，大型车辆通行存在一定的危险及困难。故而在确保处治方案可靠有效的基础上，必须对既有交通的影响降到最低，经过多种方案的比选分析，最终采用了“埋管引排+电防渗新技术”的综合处治方案。

4.1 方案设计

1）渗水段通过中心水沟检查井疏通中心水沟，保证隧道中心水沟排水通畅。

2）渗水施工缝、变形缝及沉降缝凿槽引排处治：①沿衬砌渗水施工缝、变形缝、沉降缝及集中渗水裂缝于衬砌表面切槽，切槽大小以刚好能安装φ50半圆透水管为宜，位置根据渗水缝位置或裂缝扩展位置灵活布置；②在开槽内沿环向每隔3m钻设h=3m的φ42泄水孔，用高压空气吹洗干净切槽内碎渣、灰尘；③于渗水处拱墙部位设置φ50半圆透水管作为环向排水，将其引排入墙脚电缆沟内新增设的φ116纵向排水管，纵向排水管通过路面下φ116横向排水管将水排入中心水沟检查井。半圆透水盲管根据原衬砌混凝土渗水情况设置，切槽及布设盲管应结合渗漏水及裂缝情况调整实际位置。安装时应注意按照先拱部后两侧的顺序进行，接茬部位是下节压上节，长度为10-15cm。在埋管外侧涂刷封边胶，两侧壁原二衬混凝土与水泥砂浆交接处刷界面胶。

3）MPS电防渗阻水层：先对渗漏水施工缝、裂缝采用引排封堵的情况下，然后用钛合金属丝在混凝土表面布设形成正极系统（纵向间距80cm），用铜棒（根据现场情况灵活布设，纵向间距不大于30m）在隧道结构外水体中布置形成负极系统，从而形成并联回路，在由控制装置连续施加低压正负脉冲电流将水电离。混凝土结构内的水分子被电离后有规律的向负极方向永无休止地移动，使得混凝土结构保持永久的干燥状态，见图5。

4）恢复衬砌涂装。

4.2 电防渗技术施工

1）施工流程

现场勘查→斜缝注胶处治明显渗漏出水点→布设电防渗技术正负极线路→通过中央控制箱将正负极闭合→中央控制箱接入隧道电源控制箱→调试运行→堵漏完毕→质量检验，见下图6。

图5 电防渗渗漏水处治平面布设图

图6 电防渗渗漏水处治施工步骤图

2）施工注意事项

①电防渗系统施做前，须对施工缝、裂缝渗漏水引排封堵或注胶封闭；

②电防渗系统正极为钛合金金属丝，布设于二次衬砌内表面，注意金属丝与衬砌内钢筋保持不能连通（保持绝缘距离5cm）；负极为φ14铜棒，穿透衬砌布设于围岩内不小于1.0m，纵向间距按不大于30m控制；

③电防渗系统施做后需保证隧道内持续供电，当遇不可抗力因素导致隧道内停电时，应及时打开控制箱内的开关；

④电防渗系统使用220V交流电压，输出直流电压32-36V，对人体和结构不造成危险，100-1200m2面积耗电量为0.2-0.3度/天；

⑤电防渗系统施做建议由有施工经验的专业队伍进行施工。

5 结语

本文结合通过现场踏勘、资料收集分析，揭示了隧道病害的主要原因，通过方案比选，最终采用“埋管引排+电防渗新技术”的综合方案对隧道渗漏水顽疾进行处治。通过完工后近两年追踪，原渗漏水病害再未见复发，为同类病害隧道维修处治提供了重要的参考价值。