新奥法水工隧洞施工中的衬砌与水害治理

摘要： 通过甘肃引洮15#隧洞工程事例叙述和分析隧洞施工中的新奥法与衬砌以及隧洞渗漏水现象，指出衬砌渗漏是水害治理的关键因素。阐述了“盲沟网”、防水板铺设及暗槽引水、堵漏止水等施工工艺，提出了解决水工隧洞渗漏水的有效办法。

关键词：新奥法；水工隧洞；防水措施 ；衬砌

1、 工程概况

甘肃省引洮总干渠15#隧洞工程位于甘肃省定西市境内，距离兰州市区约136km，属大（2）型二等工程。15＃隧洞起讫里程101+743～106+504.99，全长4761.99m，横断面型式为类马蹄型，净断面尺寸3.80×3.89m（B×H），设计纵坡为1/1000，设计引水流量21m3/s，加大流量24m3/s。

2、 15#隧洞工程地质条件

15#隧洞工程洞身围岩均位于地下水位以下，洞身地下水位高于洞顶4～37m。在地下水的长期浸润作用下，土体处于饱和状态，属极不稳定的Ⅴ类围岩。在统一水面以下，隧洞通过软流塑状土层的洞段，洞壁将有线状甚至面状水流，随水流的渗出，洞壁可能有流土现象发生。由于引洮15#隧洞工程洞身水位高，衬砌砼后渗、漏水现象普遍存在，同时隧洞的水害是隧洞施工中较为普遍的病害之一。所以，在隧洞的衬砌施工和运营阶段的防控，对加强水害防治工作有很重要的意义。

3、 新奥法隧洞施工与衬砌

3.1 新奥法及其基本要点

在上世纪末60年代，由于喷射砼和锚杆技术的出现，创造了新奥地利施工法（New Austria Tunnelling Method）,简称新奥法（NATM）。新奥法的基本思想是充分利用围岩的自承力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测加监控来指导地下工程的设计与施工。新奥法原理指导的施工方法与以往的隧洞修建方法相比，其基本要点可归纳为一下10条：

①隧洞的承载部分主要是围岩；尽可能不破会围岩的强度；②避免围岩处于单轴及两轴受力状态；③适时进行衬砌，衬砌要薄，以防止产生弯矩；用钢筋网、锚杆加强衬砌而不要增加厚度；④依据围岩变形量测来确定衬砌方法和时间；⑤衬砌不能有缺口，以保证圆环作用；圆化衬砌棱角，以避免应力集中；⑥施工方法对结构安全起决定作用；⑦如为复合式衬砌，内层衬砌也要薄；⑧初期支护要满足稳定的需要，二次衬砌仅作为安全储备；⑨测定衬砌应力及围岩的变位，才能正确的进行设计和施工；⑩要用排水的方法降低岩体中水的渗透压力。

3.2 新奥法水工隧洞施工与衬砌

衬砌与新奥法密切相关，衬砌是以新奥法为依据进行设计和施工的，新奥法施工又需要衬砌作为维持围岩稳定最理想的支护手段。衬砌可调整围岩应力，使之分布趋向均匀，故其横断面设计以近似圆形为宜，轮廓光滑圆顺，防止应力集中。二次衬砌不宜太厚，当围岩压力较大时，应采用钢筋混凝土衬砌。

4、 衬砌水害防治措施

4.1 衬砌水害种类及原因

衬砌水害主要为衬砌渗漏，其水量大小及渗漏状况主要有渗润、滴水、流水、漏水、喷水、淋爆等现象。发生衬砌水害除水文地质等环境因素外，主要原因：一是衬砌施工时忽略质量，砼级配差，浇筑捣固不实，造成砼蜂窝、麻面、空洞；二是砼水灰比过大，衬砌后隧洞表面看上去光洁完整，实际内部不密实，形成了泌水管路；三是对施工缝、伸缩缝、沉降缝未加处理或处理不当产生漏水缝隙；四是由于地基不均匀沉陷、衬砌砼干缩和温度收缩产生的内应力所造成的裂缝而导致漏水。

4.2 衬砌水害防治措施

随着隧洞及地下工程技术的飞速发展，防水技术日趋完善。但大量隧洞渗漏病害的存在更说明“截、堵、排”防治原则中衬砌背后防排水设施的施作质量是防排水效果的关键所在。

4.2.1 截断地表水（地下水）流入坑道的通道

1）施作洞顶天沟，防治冲刷洞口仰坡；

2）整治洞顶的池、塘、沟、槽，防治积水、渗水；

4.2.2 洞内衬砌背后防水设置

通过止水带、防水板、透水软管等专用防排水设施的设置，将洞壁四周渗、漏、流、喷出来的地下水汇集引导，从隧洞侧沟排出洞外，是防治水害的主要措施。

1）铺设“盲沟网”

在喷锚支护或初期衬砌表面，根据出水点、缝的分布和出水量的大小，设置环向、纵向连接互通的盲沟网，并由上至下，在边墙下部穿过衬砌引入侧沟、排出洞外。

2）铺设塑料防水板

近年来，为提高隧洞衬砌质量的整体水平，在有些隧洞设计中，无论是整体式衬砌还是复合式衬砌大都设有防水板。防水板的规范化施工对砼衬砌整体质量及水害防治起着决定性的作用，其施作要点如下：

①防水板搭接缝的粘合有合成树脂粘合剂粘结法和热熔焊接法。前者工艺复杂且剥离强度低，粘合剂有低毒，不宜在洞内使用。热熔焊接法是表面融化粘合，所用工具有电烙铁或塑料焊枪，搭接焊缝必须做到严实、无间断。

②防水板的挂设应按从外向内，从拱部到边墙的顺序进行，对光面的PVC板应先在贴围岩一面焊设5×20的PVC吊带，用铅丝固定在膨胀螺栓上。背面是无纺布的防水板，一般设有挂帮的吊带，挂设方便。

3）衬砌三缝（施工缝、伸缩缝、沉降缝）的防水

在一般地质和气候条件下，中小隧洞通常不设沉降缝和伸缩缝，而施工缝，尤其是两环砼相接的施工缝较多。施工缝环向开裂后出现渗漏是隧洞最常见的质量通病，其防治措施：

①无止水带设计而出现围岩漏水时，衬砌环向施工缝以简单的L形企口、用钢刷打毛、高压水冲洗等措施加以防渗，可以收到较好的效果。

②布设止水带止水，将端部砼上表面清洁处理后，可用钢钉直接将止水带钉在衬砌外边缘或超挖回填砼上表面，使止水带与砼面密贴，并减少对有效衬砌的侵占。

③无论是L形企口还是止水带，都要求端部砼不漏浆、不跑模、无蜂窝、平整度好。所以堵头模板的拼装、加固与砼振捣等工序很重要，要求必须与洞身砼同样重视、同样对待，才能收到良好的防水效果。

5、 渗漏水整治方法综述

5.1 排水疏导

1）凿槽疏导―又称“引水归槽法”或“内嵌法”。在漏水处打泄水孔，沿衬砌内表面凿一道梯形槽口嵌半圆形硬塑管,用防锈处理的铁夹及膨胀螺栓固定硬塑管，然后用水泥砂浆或水玻璃砂浆封闭槽口，将水引入沟内排走。

2）凿岩嵌堵―用于拱部及其他渗漏较轻的缝隙。

3）排水暗槽―用于边墙渗漏水较大的竖向缝隙。

5.2 注浆堵漏

对注浆材料的要求是：可注性好，胶凝时间易于调节，固化最好是突变的；固结体强度高，抗渗性好，附着力强，材料价格适中采购方便；操作工艺简单、无毒。常用的有：水泥水玻璃浆液、水溶性聚胺醋、丙烯酸盐、丙凝、丙凝水泥等。使用范围：主要用于拱部、起拱线以上漏水量较大的缝隙堵漏。

5.3 填塞堵漏剂

常用堵漏剂的材料有：“BR系列封治水产品”、“G型防水堵漏剂”、“BW-91型膨胀止水条”、“堵漏灵”、“901速效堵漏剂”、“防水宝”、水玻璃水泥等。

水玻璃水泥凝结时间最短,但30min强度低，收缩性较大。防水宝、堵漏灵、901速效堵漏剂凝结时间较长，早期强度低。快速堵漏剂（FLSA）15min抗压强度可达15.6 MPa,28d可达70 MPa以上。

5.4 施作柔性、刚性防水层以及结构补强

选用橡胶水泥砂浆作为柔性防水层，即乳化型橡胶为主，掺入一定量的

普通硅酸盐水泥和干净的中砂。选用改性环氧树脂砂浆作为刚性防水层，以发挥较强抗压强度和防腐蚀性能。从而起到给硷补强的作用，防止衬砌裂缝扩展。防水层是依附在结构内部或基面上，如果结构已损坏或强度不够产生断裂时，应先补强，在做堵漏防水。

参考文献

[1]JTGD70―2004,公路隧道设计规范，中华人民共和国行业标准。北京：人民交通出版社，2004。

[2]GB50208―2002,地下水工程质量验收规范，中华人民共和国行业标准。北京：中国建筑工业出版社，2004。