黄土隧道仰拱裂缝渗水原因和处治措施分析

文／中交公路规划设计院 周振华

关键字:黄土隧道；仰拱裂缝渗水；原因；处治

在黄土隧道的维护过程当中，应当将仰拱裂缝渗水处治作为一个关键课题，积极加强研究、探讨与实践，既要客观认识其仰拱裂缝渗水的原因，更要采取科学、有效的处治措施，消除病害，延长黄土隧道寿命，增强其交通安全性。

1 黄土隧道仰拱裂缝渗水的危害

在我国，黄土的分布面积达到了63万km2左右，而且其中绝大多数均为湿陷性黄土，如河北、宁夏、河南以及陕西、山西和甘肃，均多见黄土。在国家社会的建设发展需求下，特别是在“一带一路”倡议推进下，我国交通基础设施建设不断加快，因此穿越黄土地层的交通隧道不免增多。

隧道周围的土体，会在地表降水渗透等影响下，出现含水率升高，从而对隧道衬砌结构造成较大的压力，于是其裂缝处便会发生渗水。根据目前的相关研究和统计显示，衬砌结构渗漏水是最多发的一种隧道病害，因此还出现了“十隧九漏”的说法，仰拱裂缝渗水是其具体的表现之一[1]。仰拱裂缝渗水的发生机制较为复杂，而且黄土隧道的此种病害发生率明显更高，渗水会导致路面打滑、反光、结冰，增加交通的危险性。同时衬砌结构内部的渗水，可能会发生冻胀，破坏混凝土结构，影响隧道的耐久性，增加运营管理和维护费用，危害不容小觑。

2 黄土隧道仰拱裂缝渗水的原因

从地质学上来讲，“黄土”属于是在第四纪干旱和半干旱气候条件下，所形成的一种较为特殊的沉积物。颜色主要表现为黄色、褐色以及淡黄色，其中60%到70%的成分为粉土粒，粒度大小均匀。粘粒仅有10%到20%，含量相当少。黄土中还含有少量易溶盐，如硫酸盐、碳酸盐等，孔隙比通常在1.0上下，偏大，通过肉眼都可以观察到孔隙的存在[2]。在黄土的孔隙与裂隙当中，存在一种毛细水，它主要受到了毛细作用的影响，是岩土中三相界面上毛细力作用的结果。土颗粒的大小，会决定毛细水的上升高度，以及其上升速度的快慢。通常来说，如果土地的土颗粒越小，毛细水上升的速度就会越慢，而高度会越高。目前的科学研究认为，隧道在修建的过程当中，破坏了山体自然的水系平衡，改变了原有的地下水渗流通道，并汇聚于隧道周围的土体，最终使整个隧道都处在地下水的包裹之中。对于黄土隧道而言，土体中的含水量与降雨量及隧道埋深均有一定的关系。当隧道穿越沟谷时，隧道周围土体含水量较大，隧道周围土体与含水地层连通，若隧道防排水施工存在缺陷或衬砌结构存在裂缝，势必会导致裂缝处出现渗水[3]。再者，对于隧道穿越区地下水水位较深的地层，在毛细力作用下，一部分水也会沿着细小孔隙上升，能在地下水面以上形成毛细带。毛细水能做垂直运动，可以传递静水压力，导致开挖时基底干燥的隧道在施工完仰拱后裂缝也会出现渗水现象。

3 黄土隧道仰拱裂缝渗水的处治

3.1 基础方案

以某黄土隧道为例，通过现场调查发现，其仰拱裂缝共有15条，宽度均不超过3mm，而且裂缝方向均为横向，裂缝的总长度达到87.5m，分布相对集中，全在400m的隧道长度范围内。其中发生渗水的裂缝目前有8条，另有7条暂无渗水情况。在制定处治方案的时候，不仅仅需要针对有渗水的裂缝，同时还需要考虑到无渗水的裂缝，对其分别采取不同的方案。对于渗水情况较为严重的裂缝，处治方案以排为主，基本方法是通过开槽埋管，对渗水进行引流，将其排放到两侧专门的水沟内，同时在槽内回填细石混凝土，混凝土需掺膨胀剂，并且要保持较高的强度。对无渗水或是轻微渗水的仰拱裂缝，处治方案以堵为主，在裂缝表层开槽，填筑厚柔性聚氨酯封闭，下部裂缝灌注环氧树脂浆液。

3.2 排引处治

第一步是开槽。确定渗水裂缝范围和走向之后，于仰拱填充顶面进行开槽施工，其深度要达到15cm，宽度为16cm，槽截面形状为倒梯形，沟槽与隧道水沟电缆槽接通，保持一定的槽内坡度，坡度至少达到2%。需要注意的是，在沟槽、电缆槽所连接的地方，与电缆槽底部相比，沟槽应高出5cm。开槽完成后，做好对槽内的清理工作，使其保持平整，并在槽内两侧施工缝表面，仔细的涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料防水，一共涂刷2层。然后开始安装管材，管材选用U型PVC管，起点为渗水位置，终点出口形成圆口，并直接与水沟电缆槽联通。选用M15砂浆，进行管材和槽底封堵，避免混凝土在回填的时候，有异物进入管道之中，后期造成其堵塞，无法有效的排水。最后需要进行钢筋网片安装，回填混凝土即可[4]。

3.3 封堵处治

对于表面有轻微水迹，渗水情况并不严重的裂缝，同样需要首先明确其部位、长度、走向，做好相关的标记，然后根据预先做好的标记，进行开槽施工。槽开好之后，对槽内进行全面的清理，尤其是对于虚渣，需要使用高压水进行针对性的处理，检查再无其他杂物之后，才能进行灌浆施工。仰拱裂缝处治使用的环氧树脂灌浆材料是采用低粘度环氧树脂和新型固化剂，浆液粘度低、表面张力及接触角小，在干、湿及有水条件下均能很好的固化，具有良好的浸润和抗渗性能，同时具有一定的力学性能。使用专用注浆管进行压浆施工，提前用冲击钻打下10cm深、1.5cm宽的孔，然后在注浆管口涂抹环氧树脂浆液并用铁锤打入孔内。注浆口间距根据裂缝宽度而定，一般为50cm到60cm。将钻孔进行清理之后，选用合适的注浆针管，合理的安装到位，外露2cm，整体针管长10cm，这样才便于连接设备，同时保持所需的深度。采取间隔注浆的顺序，每次联结2个注浆嘴。在注浆施工的过程当中，要注意观察，如果在相邻的管口当中，已经有浆液的流出，就表示其已经注满，可以停止继续注浆。如果遇到了不能完全充填饱满的情况，可以在孔周围重新补钻，并再次压浆，这一步的操作完全完成之后，再开始槽内柔性聚氨酯封闭作业。注浆所用的管道、设备，在结束施工之后需要及时用丙酮进行清洗，防止其堵塞。还需要注意的是，在回填混凝土之后，需要垫钢板，完全干硬之后，才能将钢板拆除。

4 结语

隧道的修建，容易发生仰拱裂缝渗水，尤其是对于黄土隧道而言，其仰拱裂缝渗水的发生率更高，这会带来多方面的危害，如增加交通的危险性，影响隧道的耐久性等等。为此，在黄土隧道的维护过程当中，应当高度重视并切实做好仰拱裂缝渗水处治工作，采取科学、合理的措施，有效消除仰拱裂缝渗水病害，从而保障交通安全，增强隧道耐久。