广东省连拱隧道调查及典型裂缝和渗漏水性状分析

２０１２年第２期　ＧｕａｎｇＤｏｎｇ　ＧｏｎｇＬｕ　ＪｉａｏＴｏｎｇ　广东公路交通　总第１２１期　文章编号：１６７１—７６１９（２０１２）０２—００４８—０５　广东省连拱隧道调查及典型裂缝　和渗漏水性状分析　李　清　（广东华路交通科技有限公司，广州５１０４２０）　摘要：以广东省已通车营运的高速公路双连拱隧道为研究对象，重点分析不同类型连拱隧道的裂缝和渗漏水病　害特征出现的原因，并分析了连拱隧道中墙渗漏水的因素。对中墙纵向施工缝的防排水设计提出合理的解决方　法，并对衬砌裂缝提出了处治对策。　关键词：连拱隧道；调查；裂缝；渗漏水；处治　中图分类号：Ｕ４５７．２　文献标识码：Ｂ　０　引言　连拱隧道是并行双洞之间无中夹岩柱，两洞　隧道基本上都采用了这种断面形式。这种结构　形式的连拱隧道施工工艺简单，断面开挖面积较　小，洞内行车道中心线与洞外路基行车道中心线　结构共用中隔墙的隧道设置形式。随着高等级　公路的快速发展，高速公路迅速向山区延伸，为　偏离较小，因而被普遍采用。然而，由于施工过　程中对围岩的多次扰动，支护衬砌与中隔墙的施　改善公路线型、节约土地资源、保护生态环境、增　强景观效果和节省工程投资，修建中短双连拱隧　道日益增多。在国外，日本从２０世纪７０年代就　开始修建连拱隧道；国内，也于２Ｏ世纪９０年代　陆续开始采用。但是，由于连拱隧道跨度大，结　工不同步，容易造成中隔墙和隧道拱脚的开裂。　另外这种结构有一个尤为严重的问题，防排水十　分困难，在中隔墙处尤为突出。　（２）单层曲中墙断面形式：曲中墙由于受力　和视觉上都较直中墙好，而被一些设计师所采　用。　构复杂，目前设计和施工均存在难度大的问题，　使得连拱隧道运营中出现的病害较多。　１　连拱隧道断面形状与结构型式　【Ｉ｝ｎ我国连拱隧道在断面形状与尺寸、结构　（３）三层直中墙断面形式：实际运营发现，单　层中隔墙处的排水设施并不能迅速把水排掉，使　地下水在中隔墙顶积存，这些积水从拱墙之间的　施工缝和一些墙面上渗出，形成大面积的渗漏。　型式和支护参数、防排水型式等方面的差异较　大，进而出现一系列问题。左右洞结构受力不明　针对单层直中墙排水系统的不理想，为了使每个　隧道的排水系统能相互独立，采用三层直中墙，　确且相互影响，中隔墙与拱结构间存在着纵向裂　缝，这不仅对整体结构的受力不利，而且是防排　水的薄弱环节。　１．１断面形状　使每个隧道的排水都直接引到中隔墙底的边沟　排出。　（４）三层曲中墙断面形式：三层曲中墙断面　形式的出现相对较晚，它的提出主要是针对单层　对于连拱隧道而言，断面形状有着至关重要　的地位，它会影响到隧道结构受力及防排水等一　系列问题。目前，我国的连拱隧道采用的断面形　式主要可分为以下四种，见图１。　直中墙和三层直中墙的不足。这种断面形式虽　然开挖面积较大，但由于两洞相对比较独立，所　以在结构整体受力和中隔墙防排水等方面有了　较大的改善，而且视觉效果较好。　（１）单层直中墙断面形式：国内早期建成的　作者简介：李清（１９７８．１一），男，硕士研究生，工程师。从事桥梁与隧道工程工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｃｈｉｎｇ２００２＠１６３．ｃｏｒｎ　・４８・　２０１２年第２期　李清广东省连拱隧道调查及典型裂缝和渗漏水性状分析　总第１２１期　ａ．单层直中墙　ｂ．三层直中墙　ｃ．单层曲中墙　ｄ．三层曲中墙　图１　中隔墙形式图　１．２尺寸规格　目前还没有一个统一的规范做指导，从广东省内已　连拱隧道的断面尺寸，一般要考虑建筑限界高　建成的连拱隧道（表１）来看，虽然同为两车道连拱　度、断面型式、行车道宽度、两侧路缘带宽度、中隔墙　隧道，但其尺寸型式差异较大，有的净空断面积相差　宽等众多因素。连拱隧道都是大跨度或超大跨度隧　达到１０ｍ　以上，开挖断面面积相差就更大。这些重　道，一般两车道隧道跨度大于２０ｍ，三车道隧道跨度　要的设计参数的不统一和不规范，必将造成设计工　大于３０ｍ。由于国内对连拱隧道的研究起步较晚，　作的盲目性和工程建设投资的不合理性。　表１广东部分连拱隧道　２连拱隧道检测　广东省内多条连拱隧道的检查。　２．１　检测目的　２．２检测内容　根据《公路隧道养护技术规范》（ＪＴＧ　Ｈ１２—　利用步行及高空作业车辅助方式及照明工　２００３）的要求，高速公路隧道应每年进行１次定　具，进行目测或量测检查，并采用裂缝测宽仪、钢　期检查，以便及时掌握隧道结构物安全状态，为　卷尺、数码相机、粉笔辅助表示及记录。检测的　养护维修提供决策依据，所以笔者有幸接触到了　主要内容为：　．４９．　２０１２年第２期　广东公路交通　总第１２１期　（１）衬砌开裂（包括裂缝和裂纹）形态：裂缝　长度、宽度及位置形态。　（２）衬砌渗漏水情况：渗漏水部位及渗漏水　水量大小。　３　典型实例　３．１莲花山隧道　莲花山隧道为左右长度不一致的连拱隧道，　左洞长４００ｍ，右洞长３１８ｍ，中隔墙为单层直中　墙结构。　莲花山隧道左线主车道边墙有纵向裂缝２　条，环向裂缝２６条，渗漏水４处；主车道拱部有　纵向裂缝２１条，环向裂缝１４条，斜向裂缝１条，　渗漏水３７处；超车道边墙有纵向裂缝７条，环向　裂缝２６条，超车道拱部有纵向裂缝２５条，环向　裂缝２７条，斜向裂缝１条，渗漏水５９处。　莲花山隧道右线主车道边墙有纵向裂缝１　条，环向裂缝８条，渗漏水１处；主车道拱部有纵　向裂缝７条，环向裂缝１０条，斜向裂缝１条，渗　漏水１处；超车道边墙有纵向裂缝４条，环向裂　缝２３条，渗漏水５处；超车道拱部有纵向裂缝ｌ２　条，环向裂缝５条，斜向裂缝１条，渗漏水１４处。　３．２鸡雄山隧道　鸡雄山隧道长２２０ｍ，中隔墙为单层曲中墙　结构。左线共有２０处渗水，全部集中在中隔墙　边墙及顶部。左线共有环向裂缝６４条，纵向裂　缝７条，斜向裂缝２４条；其中主车道边墙有３１条　环向裂缝，３条斜向裂缝；中隔墙边墙有３３条环　向裂缝，斜向裂缝２１条，纵向裂缝３条；中隔墙　顶部拱部有纵向裂缝４条。右线共有６处渗漏　水，全部集中在中隔墙边墙及顶部。　右线共有环向裂缝６３条，斜向裂缝１９条，　纵向裂缝９条；其中中隔墙边墙有２６条环向裂　缝，３条斜向裂缝；中隔墙顶部有４条纵向裂缝，　主车道边墙有３７条环向裂缝，１６条斜向裂缝，６　条纵向裂缝。　３．３　神土隧道　神土隧道长２５１ｍ，中隔墙为三层曲中墙结　构。２０１　１年检测发现神土隧道左线共有２３处渗　漏痕迹；其中主车道侧边墙有７处渗水，中隔墙　侧边墙有８处渗水，拱部有８处渗水。裂缝较　少，共有环向裂缝３１条，斜向裂缝１条，纵向裂　・５０・　缝３条；其中主车道边墙有４条环向裂缝，超车　道边墙有２条环向裂缝；拱部有２５条环向裂缝，　１条斜向裂缝和３条纵向裂缝。　神土隧道右线整体共有８处渗漏痕迹，全部　分布在主车道侧边墙。裂缝较少，共有环向裂缝　３１条，纵向裂缝７条，其中超车道侧边墙分布有　１条环向裂缝和１条纵向裂缝，主车道边墙有６　条纵向裂缝和１条环向裂缝，拱部有２４条环向　裂缝。　４　原因分析　通过比较发现，连拱隧道中三层曲中墙结构　隧道病害最少，单层曲中墙结构次之，而单层直　中墙最差。而裂缝和渗漏水又以中隔墙处最多。　根据对多数连拱隧道的调查和初步分析，认为连　拱隧道最突出的问题是连拱隧道中墙顶的渗漏　水问题以及裂缝。而其产生渗漏水的主要原因　有：　（１）采用单层直中墙的结构，必须先施工中　墙，然后经过几个月以上的时间才施工拱部衬　砌，这样就使得二衬在中墙顶处施工缝更加明　显，从而使其存在裂隙，容易渗漏水；　（２）中墙施工空间狭小，加上中墙顶浇注的　混凝土密实度较差，在中墙顶内容易出现蜂窝，　从而导致混凝土自身防水性能较差；　（３）隧道中墙顶铺设的防水板很难保证其完　整性，所以在中墙顶处防水板不能起到其应有的　作用；　（４）由于隧道中墙顶成Ｖ字型，所以中墙顶　处容易汇集地下基岩裂隙水，从而导致中墙顶处　水较为丰富。　产生裂缝的主要原因有：　（１）施工时中墙顶没有处理好，使得墙顶表　面凹凸不平，就直接浇注拱部，造成拱和中墙之　间胶结不好，在中墙和拱开始承受外力后产生裂　缝；　（２）施工时拱与墙的位置不一致，容易导致　在拱对应于墙的施工缝处产生裂缝，或者墙对应　于拱的施工缝和变形缝位置产生裂缝；　（３）混凝土浇捣不实、模板不平，使得衬砌表　面产生蜂窝麻面；　（４）隧道衬砌结构不均匀沉降，产生裂缝。　２０１２年第２期　李清广东省连拱隧道调查及典型裂缝和渗漏水性状分析　总第１２１期　５　防水分析与设计　连拱隧道因中墙特殊结构型式，导致其受力　复杂、施工接缝多、易成为汇水面等特点，使其　防、排水设计比较复杂，也易出现渗漏，且治理较　为困难。因此，在条件允许的情况下，一般尽可　能设计成为小净距隧道。但在特殊条件下，分离　式隧道设计存在较大困难或代价较大，在采用连　拱隧道方案时，尽可能采用复合式连拱隧道，尽　量避免采用整体式连拱隧道设计。　整体式连拱隧道中墙防排水如图２所示，其　一般做法是：在整体式中墙施工完成后，在其顶　部预设防水板后将中墙顶上的空隙采用喷射混　凝土填实，待左、右侧隧道初支施工完成后铺设　防水板时将中墙顶预留部分与隧道防水板进行　有效搭接。并在中墙两侧较低处各设一根纵向　排水管，纵向排水管采用三通管与竖向排水管连　接后穿过防水板排至隧道两侧或中心排水沟。　但该设计存在诸多不利因素：　（１）连拱隧道中墙先施工，其上预埋防水板　在左、右隧道施工时极易破坏，使其防水性能大　大降低。　（２）中墙与左、右隧道二次衬砌间各有一道纵　向施工缝，由于施工工序关系，左、右侧隧道二次衬　砌无法做到同时施工，导致先施工的一侧二次衬砌　和防水板在中墙出现较大变形，二次衬砌出现裂缝。　（３）竖向排水管穿过防水板降低防水板防水　的有效性。　因此，在当前对整体式连拱隧道的中墙还无　法采取有效的防水措施的条件下，一般推荐采用　复合式防水设计。复合式连拱隧道的防排水设　计与分离式隧道的设计方法相似，如图３所示。　图２整体式中墙防排水图　图３复合式中墙防排水图　为了加强隧道的防水、排水设计，降低渗漏　水的可能，降低运营管理费用，确保正常运营要　求，对于整体式隧道中墙两侧施工缝在采取有效　的排水设计前提下，应加强防水措施。建议隧道　纵向施工缝采用多道防水设计，即施工缝采用防　水板＋防水板加强层＋钢板止水＋遇水膨胀止　水胶条防水（如图４）。遇水膨胀止水胶条具有　橡胶的弹性止水和遇水后自身的体积膨胀止水　的双重止水性能，止水效果好，耐久性强，质量变　化率低。止水胶条直接在混凝土基面上连续均　匀设置。在连拱中墙结构受力不对称或可能存　在较大施工变形的条件下，可考虑在施工缝外表　面增设外贴式止水带、施工缝表面涂水泥基渗透　结晶型防水涂料或在施工缝表面预埋多次性注　浆管等一种或多种组合的方法，使连拱隧道中墙　纵向施工缝的渗水可能性降到较低的水平。　防永板　防永板加强层　单蛆分蠢氨酯鹱膨型密封歙　，　纵向水平施工蛙　入　＼　ｌ　Ｂ／２　、　壑　壅堂　Ｂ　相期支护　二次村瑚　・一　一●　图４采用多道防水设计的隧道纵向施工缝　６　裂缝处治对策　隧道衬砌出现开裂，有的地段破坏了结构的　整体性，降低了结构的刚度，影响了结构的承载　力；有的地段虽然对承载力影响不大，却会引起　・５１・　２０１２年第２期　广东公路交通　总第１２１期　钢筋锈蚀，降低承载力或发生渗漏，从而影响营　运安全。因此，应根据开裂的性质、范围、结构受　此必须辅以斜孔，孔径为４０～５０ｍｍ为宜。　７　结语　本文以广东省内连拱隧道为调查研究对象，　比较了连拱隧道的结构断面形式，分析了裂缝和　力情况和结构稳定性要求，分别进行处治。　（１）对于隧道衬砌裂缝，当裂缝未贯通衬砌　混凝土断面时（即非贯通性裂缝），采用嵌补法，　用环氧树脂进行嵌缝。由于环氧树脂灌浆材料　的粘结力和粘聚力均大于混凝土的粘聚力，因此　渗漏水出现的原因，并对防水结构进行了设计分　析，同时对裂缝提出了处治对策。　参考文献：　这对于恢复结构的整体性能起到了很好的作用。　对于宽度在５ｍｍ以下的裂缝，沿裂缝延伸范围　凿出楔形槽（槽宽不小于５ｃｍ，槽深接近裂缝深　［１］徐林生．连拱隧道建设的若干关键技术问题综　述［Ｊ］．重庆交通学院学报，２００５，（２）：３８—４１．　［２］刘庭金，朱合华，夏才初，李志厚，李国锋．云南　省连拱隧道衬砌开裂和渗漏水调查结果及分析［Ｊ］．中国　公路学报，２００４，１７（２）：６５—６８．　［３］苏生瑞，朱合华，李国峰．连拱隧道衬砌病害及　其处治［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（１）：２５ｌ０—　２５１５．　度，亦不小于５ｃｍ），冲洗干净后，用环氧砂浆嵌　补。　（２）当裂缝贯通混凝土衬砌断面时（即贯通　性裂缝），在衬砌裂缝情况调查和分析的基础上，　进行灌浆孔的设计和布孔。布孔有骑缝和斜孔　［４］关宝树．隧道工程维修管理要点集［Ｍ］．北京：　人民交通出版社，２００４．　两种形式，对裂缝较浅的表面缝，一般可在缝面　埋设喷浆嘴，也可采用骑缝钻孔。当裂缝较深　时，由于缝的走向不规则，有时不用全部骑缝，因　（收稿日期：２０１２—０２—２０）　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｃｒａｃｋ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ——ｌｅａｋａｇｅ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉ——ａｒｃｈ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ＬＩ　Ｑｉｎｇ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｈｕａｌｕ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０４２０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｏｓｅ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｔｈａｔ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｏｐｅｎ　ｔｏ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｉｎ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ—ｌｅａｋａｇｅ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｃａｍｅ　ｆｏｒｔｈ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ－ａｒｃｈ　ｔｕｎｎｅｌｓ．Ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｄ—ｐａｒｔｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ａｒｃｈ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍａｄｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｃｒａｃｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ—ａｒｃｈ　ｔｕｎｎｅｌ；ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋ；ｗａｔｅｒ－ｌｅａｋａｇｅ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　・５２・