引水隧洞的渗漏与修补探讨

谢浩

摘要：本文主要对于引水隧洞的渗漏与修补相关技术进行分析，在分析洞渗漏原因分析的基础上，分析了隧洞的排水与防水技术，最后提出隧洞渗漏的综合治理方法，对于今后引水隧洞施工具有一定帮助。
关键词：引水隧洞，渗漏，修补，综合治理

1 引言
无压隧洞是指洞内水流有自由水面的引水隧洞，水力发电、跨流域调水灌溉、城市供排水等都已建成许多无压隧洞，其中以跨流域引水工程应用最多。通常，无压引水隧洞内水深不大，内水外渗不致影响相邻建筑物和围岩的稳定。影响隧洞的主要危险是地下水及其造成的损坏。除接缝渗水外，衬砌混凝土不可能是完全不透水的，地下水通过衬砌混凝土时，都可能带走一些水泥中的自由石灰和碳酸盐，尤其是酸性水或富含二氧化碳时更甚。随着上述成分的流失，又使渗水通道进一步扩大，渗水会更趋严重。如果气候寒冷，冻融作用也会使溶蚀破坏加速。通常隧洞衬砌混凝土总是有裂缝存在，裂缝的一个严重后果是改变了混凝土的渗透性，增加了渗漏量，并使局部混凝土遭受溶蚀破坏。如不能及时加以有效地控制，也会发展成严重的破坏，以致最后花费更大代价进行修补[1,2]。几乎所有混凝土结构及钢筋混凝土结构的物理—化学破坏均与混凝土材料的渗透性有关，混凝土的渗透性已成为评价其耐久性的最重要的工程参数之一，隧洞渗漏治理已成为国内外工程界共同关注的重大问题。
2 洞渗漏原因分析
过去由于隧洞衬砌混凝土浇筑质量差、密实度不够和开裂等原因，曾使一些隧洞发生过一些问题。水可能沿两种途径渗入洞内：(1)穿过隧洞衬砌混凝土结构：(2)穿过结构接缝。下面分别讨论这两种类型的渗漏水。
2.1 穿过衬砌混凝土结构的渗漏水
衬砌混凝士的不透水性非常重要。造成混凝十开裂的原因是在浇筑期间气温的变化和水泥水化热的产生。冈为早期温度应力，除了水化热的作用外，还有周围环境温度的变化，如气温日变化，寒潮袭击等，很容易发生表面裂缝，而且在不利的条件下，表面裂缝又会发展成危害性的裂缝或贯穿性裂缝。如果衬砌混凝土结构开裂，地一F水就可能渗入隧洞内。由于衬砌混凝士浇筑质量不均匀、不密实、出现蜂窝、孔洞或酥松部位，这样就可能引起较大面积的渗漏。此外．施工缝处理不当，造成施工冷缝，这也是渗漏的一条重要途径。施工过程中，冈对地下水危害认识不足，来能采取有效措施引排水，因而引起施工缝面普遍渗水，破坏了衬砌混凝土结构的整体性和耐久性。
2.2 接缝渗漏水
混凝土和钢筋混凝土衬砌隧洞，在穿越断层、软弱破碎带以及竖井等交汇处或其他可能产生较大相对变位处，一般均设置横向变形缝，为防止混凝土干缩和温度应力而产生环向裂缝，通常沿洞线应设置横向伸缩缝。工程中常将两种缝结合起来，称为变形伸缩缝，缝内设置止水。在施工过程中，由于止水带或止水片周围混凝土振捣不密实，形成骨料集中或沿止水带附近出现脱空现象，或止水遭受损坏，因而造成接缝渗漏。对无压隧洞衬砌的环向施工缝，如处理不当，也会成为渗水的重要途径。当采用预制混凝士衬砌时，预制混凝土块之间接缝止水设计与施工尤为重要。
3 隧洞的排水与防水
隧洞的排水与防渗设计，一般根据隧洞沿线围岩的工程地质、水文地质条什以及工程要求，综合分析选用排水及防渗措施，以改善衬砌混凝土结构和围岩的工作条件，使引水隧洞耐久、安全使用j期得到保证和延长。
3.1 排水
一般情况，对地F水的处理，宜采用排堵结台，以排为主的原则。因为地下水的存在，一般来说是不利的，它除了使地质条件恶化之外，还会往衬砌混凝土外面产生很大的外水压力以及溶蚀破坏，这是促使衬砌结构破坏的重要原因之一。降低地下水位的有效方法是采取排水措施。对于无压隧洞，可在洞内水面线以上通过衬砌混凝土设置排水孔，其方向应该或多或少与隧洞轴线垂直，其间距和排距各为2～4m，孔深应深入围岩2～4m。当底扳和侧墙的抗浮、抗弯稳定不满足要求时，可在洞底衬砌下部设置排水管或纵向排水暗沟，以降低外水压力。与隧洞平行的小型排水管是不可靠的，常因灌浆域其他原因被堵塞。
3.2 防水
为阻止地下水穿过衬砌进入洞内，从设计、施工阶段就应该重视混凝土衬砌结构本身的防水功能，可靠性意味着采用适当结构和旅工方法能实现结构本身防水体系，以达到主动防水的目的，否则，渗漏后的修补即成为被动防水了。
(1)迎水面防水和背水面防水
相对渗透水流而言，可分为迎水面防水和背水面防水。迎水面防水是在衬砌结构外表面施做的防水层，拒外水于衬砌结构之外，故亦称主动防水。如在衬砌外面包上一层薄膜，已经使用过的防水薄膜有钢板、沥青、聚合物片材、液体涂刷薄膜等。这种方法在地铁隧洞等地下 工程中应用较多，引水隧洞很少采用。所谓背水面防水，即在隧洞衬砌结构内表面施做防水层，外水虽不能进入洞内，但仍可进入衬砌混凝土层内，照样浸蚀混凝士材料t故称为被动防水。
(2)背水面防水综合治理技术
背水面防水层是指在衬砌结构内表面涂刷一层有机物质(如环氧涂层、聚合物水泥类防水材料等)所形成的薄膜屏障，它起到了阻止外水进入洞内。但是，这种材料一般都有寿命短，易老化的缺点，而且这种材料的性质与混凝土不尽相同，所以粘结部位常常出现剥离脱落现象。相反，1942年德国化学家发明了水泥基渗透结晶型防水材料，这种材料系由普通硅酸盐水泥、硅沙和特殊的活性化学物质组成的灰色粉沫状无机材料。作为混凝土结构表面防渗材料时，仅需与水按比例混合，调制成可以涂刷或喷涂的浆料。那些活性化学物质利用水泥混凝土本身的化学特性和多孔性，以水为载体，借助渗透作用向混凝土内部渗透，与未水化水泥或水泥凝胶体反应，生成不溶性的水泥结晶体，沉积填充在空隙或毛细管内，并与混凝士结合成为整体，从而达到使混凝土致密、永久性防水目的。近年来，通过工程实践已逐步形成以表面涂层(采用水泥基渗透结晶型防水材料或聚合物水泥基防水材料)、裂缝嵌填(采用弹性材料或刚性材料)及水溶性聚氨脂注浆等适应丁背水面防水综合治理技术，并在工程中得到广泛应用。
4 隧洞渗漏的综合治理
工程实践表明，对于隧洞渗漏的治理而言，单靠防水或排水，或单靠某一种堵漏方法、堵漏材料效果都不理想，必须针对具体问题，具体分析，采取如下综合治理原则：
(1)有效的措施是防水和排水相结合，拱顶以堵为主，拱座、边墙则宜排堵结合。
(2)拱顶渗漏宜在衬砌背后注浆堵漏为主。在渗水、滴水或滴水成线部位，以注入特种速凝水泥与普通硅酸盐水泥混合浆液为主；在线流、股流或射流的部位，首先打排水孔以降低外水压力；然后，分两次注浆堵漏，先注入水溶性聚氦脂浆液，利用其固结体遇水膨胀的特点，使大漏变小漏，再注入速凝水泥浆液，以达到永久性止水效果。
(3)针对渗水、滴水或滴水成线的局部大面积渗漏以及裂缝、施工冷缝渗漏处理，建议采用水泥基渗透结晶型防水材料表面涂刷或喷涂处理。当静止裂缝宽度大于0.5mm时，可先辅以裂缝开槽，嵌填同类材料的补强堵漏措施。
(4)对于伸缩缝或活动性裂缝的渗漏治理，堵漏材料的选择，应依照以柔为主，刚柔结合，内柔外刚，必要时可开槽锚固三元乙丙止水带，以适应较大变形且防水流冲刷。

参考文献：
[1] 任旭华, 李同春, 陈祥荣. 锦屏二级水电站深埋引水隧洞衬砌及围岩结构分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2001,20(1).
[2] 王洪涛, 潘立文. 金哨水利枢纽工程引水洞衬砌施工[J]. 中国港湾建设, 2004,(5).