黃土隧道仰拱裂縫滲水原因和處治措施分析

文／中交公路規劃設計院 周振華

關鍵字:黃土隧道；仰拱裂縫滲水；原因；處治

在黃土隧道的維護過程當中，應當將仰拱裂縫滲水處治作為一個關鍵課題，積極加強研究、探討與實踐，既要客觀認識其仰拱裂縫滲水的原因，更要采取科學、有效的處治措施，消除病害，延長黃土隧道壽命，增強其交通安全性。

1 黃土隧道仰拱裂縫滲水的危害

在我國，黃土的分布面積達到了63萬km2左右，而且其中絕大多數均為濕陷性黃土，如河北、寧夏、河南以及陜西、山西和甘肅，均多見黃土。在國家社會的建設發展需求下，特別是在“一帶一路”倡議推進下，我國交通基礎設施建設不斷加快，因此穿越黃土地層的交通隧道不免增多。

隧道周圍的土體，會在地表降水滲透等影響下，出現含水率升高，從而對隧道襯砌結構造成較大的壓力，于是其裂縫處便會發生滲水。根據目前的相關研究和統計顯示，襯砌結構滲漏水是最多發的一種隧道病害，因此還出現了“十隧九漏”的說法，仰拱裂縫滲水是其具體的表現之一[1]。仰拱裂縫滲水的發生機制較為復雜，而且黃土隧道的此種病害發生率明顯更高，滲水會導致路面打滑、反光、結冰，增加交通的危險性。同時襯砌結構內部的滲水，可能會發生凍脹，破壞混凝土結構，影響隧道的耐久性，增加運營管理和維護費用，危害不容小覷。

2 黃土隧道仰拱裂縫滲水的原因

從地質學上來講，“黃土”屬于是在第四紀干旱和半干旱氣候條件下，所形成的一種較為特殊的沉積物。顏色主要表現為黃色、褐色以及淡黃色，其中60%到70%的成分為粉土粒，粒度大小均勻。粘粒僅有10%到20%，含量相當少。黃土中還含有少量易溶鹽，如硫酸鹽、碳酸鹽等，孔隙比通常在1.0上下，偏大，通過肉眼都可以觀察到孔隙的存在[2]。在黃土的孔隙與裂隙當中，存在一種毛細水，它主要受到了毛細作用的影響，是巖土中三相界面上毛細力作用的結果。土顆粒的大小，會決定毛細水的上升高度，以及其上升速度的快慢。通常來說，如果土地的土顆粒越小，毛細水上升的速度就會越慢，而高度會越高。目前的科學研究認為，隧道在修建的過程當中，破壞了山體自然的水系平衡，改變了原有的地下水滲流通道，并匯聚于隧道周圍的土體，最終使整個隧道都處在地下水的包裹之中。對于黃土隧道而言，土體中的含水量與降雨量及隧道埋深均有一定的關系。當隧道穿越溝谷時，隧道周圍土體含水量較大，隧道周圍土體與含水地層連通，若隧道防排水施工存在缺陷或襯砌結構存在裂縫，勢必會導致裂縫處出現滲水[3]。再者，對于隧道穿越區地下水水位較深的地層，在毛細力作用下，一部分水也會沿著細小孔隙上升，能在地下水面以上形成毛細帶。毛細水能做垂直運動，可以傳遞靜水壓力，導致開挖時基底干燥的隧道在施工完仰拱后裂縫也會出現滲水現象。

3 黃土隧道仰拱裂縫滲水的處治

3.1 基礎方案

以某黃土隧道為例，通過現場調查發現，其仰拱裂縫共有15條，寬度均不超過3mm，而且裂縫方向均為橫向，裂縫的總長度達到87.5m，分布相對集中，全在400m的隧道長度范圍內。其中發生滲水的裂縫目前有8條，另有7條暫無滲水情況。在制定處治方案的時候，不僅僅需要針對有滲水的裂縫，同時還需要考慮到無滲水的裂縫，對其分別采取不同的方案。對于滲水情況較為嚴重的裂縫，處治方案以排為主，基本方法是通過開槽埋管，對滲水進行引流，將其排放到兩側專門的水溝內，同時在槽內回填細石混凝土，混凝土需摻膨脹劑，并且要保持較高的強度。對無滲水或是輕微滲水的仰拱裂縫，處治方案以堵為主，在裂縫表層開槽，填筑厚柔性聚氨酯封閉，下部裂縫灌注環氧樹脂漿液。

3.2 排引處治

第一步是開槽。確定滲水裂縫范圍和走向之后，于仰拱填充頂面進行開槽施工，其深度要達到15cm，寬度為16cm，槽截面形狀為倒梯形，溝槽與隧道水溝電纜槽接通，保持一定的槽內坡度，坡度至少達到2%。需要注意的是，在溝槽、電纜槽所連接的地方，與電纜槽底部相比，溝槽應高出5cm。開槽完成后，做好對槽內的清理工作，使其保持平整，并在槽內兩側施工縫表面，仔細的涂刷水泥基滲透結晶型防水涂料防水，一共涂刷2層。然后開始安裝管材，管材選用U型PVC管，起點為滲水位置，終點出口形成圓口，并直接與水溝電纜槽聯通。選用M15砂漿，進行管材和槽底封堵，避免混凝土在回填的時候，有異物進入管道之中，后期造成其堵塞，無法有效的排水。最后需要進行鋼筋網片安裝，回填混凝土即可[4]。

3.3 封堵處治

對于表面有輕微水跡，滲水情況并不嚴重的裂縫，同樣需要首先明確其部位、長度、走向，做好相關的標記，然后根據預先做好的標記，進行開槽施工。槽開好之后，對槽內進行全面的清理，尤其是對于虛渣，需要使用高壓水進行針對性的處理，檢查再無其他雜物之后，才能進行灌漿施工。仰拱裂縫處治使用的環氧樹脂灌漿材料是采用低粘度環氧樹脂和新型固化劑，漿液粘度低、表面張力及接觸角小，在干、濕及有水條件下均能很好的固化，具有良好的浸潤和抗滲性能，同時具有一定的力學性能。使用專用注漿管進行壓漿施工，提前用沖擊鉆打下10cm深、1.5cm寬的孔，然后在注漿管口涂抹環氧樹脂漿液并用鐵錘打入孔內。注漿口間距根據裂縫寬度而定，一般為50cm到60cm。將鉆孔進行清理之后，選用合適的注漿針管，合理的安裝到位，外露2cm，整體針管長10cm，這樣才便于連接設備，同時保持所需的深度。采取間隔注漿的順序，每次聯結2個注漿嘴。在注漿施工的過程當中，要注意觀察，如果在相鄰的管口當中，已經有漿液的流出，就表示其已經注滿，可以停止繼續注漿。如果遇到了不能完全充填飽滿的情況，可以在孔周圍重新補鉆，并再次壓漿，這一步的操作完全完成之后，再開始槽內柔性聚氨酯封閉作業。注漿所用的管道、設備，在結束施工之后需要及時用丙酮進行清洗，防止其堵塞。還需要注意的是，在回填混凝土之后，需要墊鋼板，完全干硬之后，才能將鋼板拆除。

4 結語

隧道的修建，容易發生仰拱裂縫滲水，尤其是對于黃土隧道而言，其仰拱裂縫滲水的發生率更高，這會帶來多方面的危害，如增加交通的危險性，影響隧道的耐久性等等。為此，在黃土隧道的維護過程當中，應當高度重視并切實做好仰拱裂縫滲水處治工作，采取科學、合理的措施，有效消除仰拱裂縫滲水病害，從而保障交通安全，增強隧道耐久。