合福铁路楼村隧道渗漏水成因分析及防治技术

第３６卷第４期　２０１６年４月　

由国滢湾建设　

Ｃｈｉｎａ　Ｈａｒｂｏｕｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．４　

Ａｐｒ．２０１６　

合福铁路楼村隧道渗漏水成因分析　及防治技术　

李纵，刘鹏飞　（中交一航局第三工程有限公司，辽宁大连　１　１６０８３）　

摘要：隧道渗漏水会严重影响隧道的正常施工以及安全运营。文章分析了当前隧道渗漏水现状，结合楼村隧道的　工程地质情况，采用层次分析法对楼村隧道渗漏水产生的各影响因素进行了计算分析，结果显示主要因素为隧道防　排水施工设计以及当地年降雨量，并总结了相应的防治技术。　关键词：隧道；渗漏水；层次分析法；防治技术　中图分类号：Ｕ４５５．４　文献标志码：Ｂ　文章编号：２０９５—７８７４（２０１６）０４—００６２—０５　ｄｏｉ：１０．７６４０／ｚｇｇｗｊｓ２０１６０４０１６　

Ｃａｕｓｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｌｏｕｃｕｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ｏｆ　Ｈｅｆｅｉ－Ｆｕｊｉａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　

ＬＩ　Ｚｏｎｇ，ＬＩＵ　Ｐｅｎｇ—ｆｅｉ　（Ｎｏ．３　Ｅｎｇ．Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ　ＣＣＣＣ　Ｆｉｒｓｔ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１　１６０８３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ．Ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｌｏｕｅｕｎ　ｔｕｎｎｅｌ，ｗｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｃａｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＡＨＰ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｃａｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｕｅｕｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｌ　ａｎｎｕａｌ　ｒａｉｎｆａｌｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ；ＡＨＰ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

０引言　截止上世纪末，我国铁路隧道总长达４　０００　ｋｍ，且以每年２００余ｋｍ的速度逐年递增。当前　我国高速铁路修建速度１３渐加快，新修隧道不断　增多，与此同时，随着隧道技术的不断发展，在　水利水电、矿山建设、核废料地下处理等地下工　程中也建成了越来越多的隧道。　隧道的开挖，必然伴有原始地应力的重新分　布，因此常常伴随诸多岩土工程问题，其中渗漏　水问题最为突出。　隧道开挖破坏了原始应力状态，岩体产生卸　荷回弹和应力重分布等现象，赋存在岩体中的水　收稿日期：２０１５—１０—２９　作者简介：李纵（１９７９一），男，吉林长春市人，硕士，工程师，建筑　与土木工程专业。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｚ０ｎｇ７９ｌ２Ｏ５＠１２６．ｅｏｍ　已经不能完全被岩体中“通道”所约束，具有高势　能的水会逐步深入岩体已有或新产生的裂隙，并　有促使裂隙扩张的效力，进而产生渗漏水现象。　对此，国内外众多相关工作者开展了大量探索研　究。周程，蒋中明等针对高压水工隧道中水的渗　透性，利用Ｆｌａｃ３Ｄ数值模拟软件模拟了高压水工　隧道的渗流场和应力场，并结合工程实践予以验　证，具有一定的工程指导意义…；潘海泽，黄涛　等在进行隧道渗漏水灾害分级研究时采用了距离　判别分析法，并结合国内圆梁山隧道和西奇一号　隧道展开分析论述，探索了渗漏水灾害分级的方　法和手段，具有较高的指导意义　；钭逢光，范忠　勇，刘迎会，魏连峰等也对隧道渗漏水展开了详　细的分析，并结合相关工程实践提出了相应的治　理措施［３－６１。　２０１６年第４期　李纵，等：合福铁路楼村隧道渗漏水成因分析及防治技术　．６３．　不同的工程具有不同的工程实地条件，因此　前人的研究成果只能予以借鉴，只有立足于特定　的工程实践背景，才能准确地分析工程实际问题，　并提出符合实际情况的治理措施。　本文结合已竣工通车的京福高铁合福段楼村　隧道，综合分析其渗漏水成因，并总结相应治理　措施。　１当前隧道渗漏水原因　隧道渗漏水产生原因大致可分为两方面：客　观上，为隧道所处工程地质条件。工程所处地质　状况及水文状况复杂，施工前难以准确探测地下　水体赋存状况，隧道开挖致使其原始地应力状态　破坏，导致产生地应力重新分布。同时，工程导　致水体在地应力作用下的流态发生变化，易向隧　道自由面汇集流动，造成隧道渗漏水。主观上，　施工过程中的人为因素，主要包括选线不当，施　工不规范，管理不健全，设计不合理，后期维护　不到位等原因。具体表现为：　１）隧道砌筑混凝土出现裂缝，主要包括有环　境温度变化，混凝土收缩，隧道地基变形，锚固　钢筋锈蚀等。　２）地下水流动状态发生变化，即地下水渗流　场的变化。隧道开挖导致原始地应力发生变化，　应力重新分布，开挖面作为应力释放面，致使地　下水向隧道方向集中。同时，隧道周边围岩产生　变形并伴随有裂隙的产生，为地下水流向隧道提　供了路径。　３）施工过程中，未有效处理施工缝以及变形　缝，防水工具和材料安置不合理。　２楼村隧道工程概况　合福铁路闽赣段Ⅱ标楼村隧道设计为双线隧　道，隧道所处区域地下水较为发育。隧道大部分　处于奥陶系下统印诸埠钙质页岩，青灰色，岩质　较软，地下基岩裂隙水不发育。该工程自２０１０年　８月开工，至２０１１年８月因业主资金不到位暂时　停工，截至停工时隧道进口完成开挖支护７５０　ｍ，　衬砌完成６４０　ｍ，出口完成开挖支护７２０　ｍ，衬砌　完成５２８　ｎｌ。停工以后发现已施工完成的二衬有　局部渗漏水现象。　３楼村隧道渗漏水原因　１）水文地质条件复杂：楼村隧道所处位置水　文地质条件较复杂，地下水丰富，与此同时，该　隧道地下水中含有大量的矿物质（大多为钙质），　长期积累下来的矿物质造成排水管、盲管堵塞等　现象，从而导致排水系统无法正常运行，出现多　处积水。　２）施工方面的原因：隧道施工质量差，在二　次衬砌过程中，混凝土振捣不密实，致使对施工　缝、变形缝的处置不到位，不规范。防水层敷设　不规范，隧道中止水带和止水条与混凝土没有有　效地结合在一起；防水板尺寸不达标，长度不合　理，没有有效搭接。　３）防排水设计不甚合理，防排水施工管理体　系不完善。同时，该隧道还未进行回填注浆，回　填注浆可以弥补衬砌混凝土施工中产生的缺陷，　在一定程度上能防止渗漏水的发生。　４影响因素层次分析　根据问题的属性以及所要分析的最终目的，　采用层次分析法对各制约因素进行权重分析。首　先，在分析各制约因素之间相互制约关系以及隶　属关系的基础上，将各因素分层组合，得到关于　最终研究问题的分析结构模型。其次，根据分析　得到末层因素对于顶层问题的影响权重值，并按　序排列。最后，根据各因素排列顺序对研究问题　进行总结评价［７１。　４．１层次分析模型建立　权衡渗漏水的各影响因素，将楼村隧道渗漏　水问题划分为三个层次。　首层，分析目标层，即楼村隧道渗漏水问题，　表示为Ａ。第二层为制约层，即诱发楼村隧道产　生渗漏水的原因因素，主要包括楼村隧道所处自　然地质情况，隧道施工，隧道防排水措施三个方　面，分别表示为Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，该三个因素共同构　成楼村隧道渗漏水诱因因素集，Ｂ＝｛　１　Ｂ２　Ｂ３｝。　第三层为子制约层，即诱发制约层问题产生的原　因因素。其中，隧道所处自然地质情况主要包括　工程地质情况，年降雨量，地表水赋存情况三项　指标，分别表示为Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３；隧道施工主要包　括初期支护，衬砌施工，三缝处理施工三项指标，　分别表示为ｃ４，Ｃ５，Ｃ６；隧道防排水措施主要包　括防排水施工设计，防排水材料选择，防排水混　凝土质量三项指标，分别表示为ｃ７，Ｃ８，ｃ９。　根据上述９个因素，得到楼村隧道渗漏水诱　因因素集Ｃ，Ｃ＝ｆＣ１，ｃ２，Ｃ３，ｃ４，ｃ５，Ｃ６，　ｃ７，ｃ８，ｃ９ｌ，由此构建楼村隧道渗漏水诱因因　素层次分析模型，如图１。　·６４·　中国港湾建设　２０１６年第４期　隧道渗漏水Ａ　隧道所处自然　地质情况Ｂ１　

工程地质概况ｃ１　

年降雨量ｃ２　地表水赋存情况ｃ３　初期支护Ｃ４　隧道施工口２卜＿Ｈ　衬砌施工ｃ５　

隧道防排水　措施Ｂ３　

三缝处理施工Ｃ６　防排水施工设计ｃ７　防排水材料选择ｃ８　防排水混凝土质量ｃ９　图１楼村隧道渗漏水层次分析模型　Ｆｉｇ．１　ＡＨＰ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｌｏｕｃｕｎ　ｔｕｎｎｅｌ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａｋａｇｅ　

４．２构造判断矩阵　根据图１所示的层次分析结构模型，基于各　层之间的隶属关系，构建各判断矩阵，以衡量下　

一层影响因素对上一层制约因素的权重。判断矩　阵是用来比较本层各因素对上层某一相同因素的　影响，根据表ｌ给出其元素值　。　

表１判断矩阵元素Ｓａｔｔｙ标度法　Ｔａｂｌｅ　１　Ｓａｔｔｙ　ｓｃａｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍａｔｒｉｘ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　

标度　含义　１　两因素影响程度相同　３　某一因素比另一因素，重要　５　某一因素比另一因素，较重要　７　某一因素比另一因素，很重要　９　某一因素比另一因素，非常重要　２，４，６，８　介于上述两相邻判断值之间　因素ｉ与　比较的判断为嘞，　倒数　则因素　与ｉ比较的判断ａｌｌ＝１　

根据上述理论可构建出目标因素Ａ的总判断　矩阵：　

１　８２　Ａ＝　日３　Ｂ１　Ｂ２　３　１　３　５　１／３　１　２　１／５　１／２　１　子制约层对制约层因素判断矩阵：　

Ｃ１　Ｃ２　＝　Ｃ３　

Ｃｌ　Ｃ２　Ｃ３　ｌ　１／７　１／９　７　１　２　９　１／２　１　

Ｃ４　Ｃ５　Ｂ　＝　Ｃ６　

Ｃ７　Ｃ８　Ｂ　＝　Ｃ９　

Ｃ４　Ｃ５　Ｃ６　１　１／５　１／７　５　１　１　７　１　ｌ　

Ｃ７　Ｃ８　Ｃ９　１　７　５　１／７　ｌ　１　１／５　１　１　利用数值计算分析软件Ｍａｔｌａｂ软件中的ｅｉｇ　函数，可对各判断矩阵的特征值与特征向量进行　快速求解，得矩阵Ａ最大特征值Ａ一＝３．００３　７，　对应特征向量为Ｗ＝［０．９２８　ｌ　０．３２８　８　０．１７４　７　同理，可得各制约层判断矩阵最大特征值及　特征向量。　曰　最大特征值Ａ一＝３．０９９　９，对应特征向量　为Ｗ１＝［０．０８５　７　０．８２２　０　０．５６３　１】Ｔ；　最大特征值Ａ～＝３．０１２　６，对应特征向量　为Ｗ２＝［０．１１８　３　０．６６１　８　０．７４０　３］　；