索建波

(中鐵二十局集團(tuán)市政工程有限公司， 甘肅 蘭州 730046)

0 引言

黃土在我國(guó)分布很廣，面積約63萬(wàn)km2，其中濕陷性黃土約占3/4，遍及甘肅、陜西、山西的大部分地區(qū)以及河南、寧夏、河北等部分地區(qū)。近些年隨著國(guó)家“一帶一路”政策的推行，中西部地區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，隧道選線時(shí)難以避免將穿越各種類型的黃土地層。由于地表降水滲透等原因?qū)е滤淼乐車馏w含水率較高，隧道襯砌結(jié)構(gòu)周邊水壓力較大，隧道結(jié)構(gòu)裂縫處將出現(xiàn)滲水。通過(guò)對(duì)已運(yùn)營(yíng)隧道病害的統(tǒng)計(jì)分析，隧道襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水為最常見(jiàn)的病害，有著“十隧九漏”的說(shuō)法。仰拱裂縫滲水作為襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水的一種，對(duì)后期運(yùn)營(yíng)造成的危害巨大，一方面滲水導(dǎo)致位于寒區(qū)的隧道路面結(jié)冰，影響行車安全，另一方面襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)水的凍脹造成體積膨脹，從而對(duì)混凝土造成凍害。而凍害是寒冷地帶導(dǎo)致襯砌混凝土劣化的主要原因。因此有必要對(duì)黃土隧道仰拱滲水原因進(jìn)行分析，并在施工階段采取必要的措施以避免仰拱襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

文章通過(guò)對(duì)蒙華鐵路某黃土隧道仰拱裂縫滲水的原因分析并針對(duì)裂縫滲水的不同情況提出了兩種處治措施，可為類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

蒙西到華中煤運(yùn)鐵路是國(guó)內(nèi)一次建成最大規(guī)模的運(yùn)煤專線，線路北起內(nèi)蒙古浩勒?qǐng)?bào)吉，終點(diǎn)到達(dá)江西省吉安，線路全長(zhǎng)1837km，規(guī)劃設(shè)計(jì)輸送能力為2億t/年?？缭矫?、陜、晉、豫、鄂、湘、贛七省區(qū)，投資概算1700億元，是繼大秦線（山西大同至河北秦皇島）之后國(guó)內(nèi)又一條超長(zhǎng)距離的運(yùn)煤大通道。

蒙華鐵路某隧道位于陜西省延安市境內(nèi)，隧道全長(zhǎng)1369m，最大埋深138m，為單洞雙線隧道。洞身穿越地層范圍內(nèi)為砂質(zhì)新黃土、黏質(zhì)老黃土、粉質(zhì)黏土。隧道區(qū)地下水主要為第四系孔隙水，主要受大氣降水補(bǔ)給，向兩側(cè)山谷排泄。隧道洞身處主要為第四系孔隙潛水，水量受季節(jié)影響較大。設(shè)計(jì)正常涌水量125m3/d，最大涌水量326m3/d。

2 黃土隧道仰拱裂縫滲水機(jī)理分析

2.1 裂縫產(chǎn)生原因分析

（1）由于蒙華鐵路為煤運(yùn)重載鐵路，為確保二襯仰拱的整體性，業(yè)主要求仰拱施工采用40m長(zhǎng)棧橋，一次施作長(zhǎng)度24m。在隧道基底地質(zhì)發(fā)生變化處，地基承載力不同，二襯仰拱若在該處未設(shè)置施工縫，二襯仰拱澆筑完成后，在車輛荷載的作用下，極易導(dǎo)致該處產(chǎn)生橫向貫通裂縫[1]。

（2）對(duì)于黃土隧道，施作二襯仰拱前基底清理較困難，尤其當(dāng)基底滲水時(shí)，黃土遇水成泥，人工清理難度大大增大。若局部未清理干凈，二襯仰拱澆筑后在車輛荷載的作用下將會(huì)產(chǎn)生沿隧道走向呈斜向的裂縫。該類裂縫出現(xiàn)一般具有不確定性和延時(shí)性。

2.2 滲水原因分析

黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顏色多呈黃色、淡灰黃色或褐色；顆粒組成以粉土粒為主，約占60%～70%，粒度大小較均勻，粘粒含量較少，一般僅占10%～20%；含碳酸鹽、硫酸鹽及少量易溶鹽；孔隙比大，一般在1.0左右，且具有肉眼可見(jiàn)的大孔隙；具有垂直節(jié)理，常呈現(xiàn)直立的天然邊坡。在土體細(xì)小的孔隙和裂隙中，受毛細(xì)作用控制的水叫毛細(xì)水，其是巖土中三相界面上毛細(xì)力作用的結(jié)果。對(duì)于土體來(lái)說(shuō)，毛細(xì)水上升的快慢和高度決定于土顆粒的大小，土顆粒愈細(xì)，毛細(xì)水上升高度愈大，上升速度愈慢。砂土及粘性土類毛細(xì)水上升最大高度見(jiàn)表1。

表1 毛細(xì)水上升高度（單位：cm）

根據(jù)楊新安等人的研究結(jié)果表明，隧道內(nèi)產(chǎn)生滲水的主要原因是建造隧道會(huì)破壞山體原始的水系平衡，導(dǎo)致原有的地下水滲流通道發(fā)生了改變，隧道成為了所穿越地區(qū)山體附近地下水匯聚的通道，導(dǎo)致隧道處于地下水包圍之中。對(duì)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(guān)系。當(dāng)隧道穿越溝谷時(shí)，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(jié)構(gòu)存在裂縫，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致裂縫處出現(xiàn)滲水。該隧道仰拱裂縫滲水集中區(qū)域縱斷面見(jiàn)圖1。

圖1 仰拱裂縫滲水集中區(qū)域縱斷面圖

此外，對(duì)于隧道穿越區(qū)地下水水位較深的地層，在毛細(xì)力作用下，一部分水也會(huì)沿著細(xì)小孔隙上升，能在地下水面以上形成毛細(xì)帶。毛細(xì)水能做垂直運(yùn)動(dòng)，可以傳遞靜水壓力。導(dǎo)致開挖時(shí)基底干燥的隧道在施工完仰拱后裂縫也會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象[2]。

3 處治措施

3.1 裂縫處治方案概述

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，該隧道仰拱裂縫均為橫向裂縫，寬度＜3mm，共計(jì)15條，其中滲水裂縫有8條，無(wú)水裂縫7條。裂縫集中分布于隧道400m長(zhǎng)度范圍內(nèi)。全部裂縫累計(jì)長(zhǎng)87.5m。

對(duì)于隧道內(nèi)仰拱裂縫按照滲水情況進(jìn)行分類，劃分為無(wú)水、有水兩種，分別采取不同的處治措施。對(duì)于無(wú)水地段及滲水輕微的仰拱裂縫采取以堵為主的治理原則，處治措施采取表層開槽填筑10cm厚柔性聚氨酯封閉，下部裂縫灌注環(huán)氧樹脂漿液。對(duì)于滲水嚴(yán)重的仰拱裂縫采取以排為主的處治原則，采取裂縫處開槽埋管將滲水引排至兩側(cè)水溝內(nèi)，槽內(nèi)回填摻膨脹劑的高強(qiáng)度細(xì)石混凝土。

3.2 裂縫封堵處治措施

對(duì)于無(wú)水地段的仰拱裂縫及滲水輕微的仰拱裂縫按照以堵為主的原則進(jìn)行治理，裂縫內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂漿液進(jìn)行封堵。

對(duì)于有水地段仰拱裂縫滲水不嚴(yán)重的區(qū)域。裂縫表面僅有少許水跡。

在仰拱裂縫在處治之前，先將裂縫走向沿填充頂面標(biāo)記清楚，開槽按照標(biāo)線進(jìn)行，開槽后將槽內(nèi)雜物、虛渣用高壓水清理干凈，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行環(huán)氧樹脂灌漿。

仰拱裂縫處治使用的環(huán)氧樹脂灌漿材料是采用低粘度環(huán)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(rùn)和抗?jié)B性能，同時(shí)具有一定的力學(xué)性能。

壓漿采用專用的注漿管，先用沖擊電鉆打孔，孔徑15mm，孔深10cm。然后在注漿管口涂抹環(huán)氧樹脂漿液并用鐵錘打入孔內(nèi)。注漿口間距根據(jù)裂縫寬度而定，一般為50～60cm。鉆孔清理干凈后安裝注漿針管，注漿針管長(zhǎng)10cm，安裝時(shí)外露2cm，以便于注漿設(shè)備連接。

壓漿時(shí)將注漿針管與注漿嘴聯(lián)結(jié)，每次聯(lián)結(jié) 2個(gè)注漿嘴，注漿順序?yàn)殚g隔注漿。如圖2所示。

圖2 注漿嘴聯(lián)結(jié)示意圖

注漿時(shí)如果相鄰的管口有漿液流出，即表明注漿飽滿，結(jié)束該管口注漿作業(yè)。若裂縫內(nèi)漿液未能充填飽滿，可在該孔口周圍補(bǔ)鉆孔重新壓漿，每條裂縫注漿結(jié)束后即可進(jìn)行槽內(nèi)柔性聚氨酯封閉作業(yè)。注漿結(jié)束后要及時(shí)用丙酮清洗注漿設(shè)備及管道，防止管路系統(tǒng)固結(jié)堵塞[3]。

3.3 裂縫滲水引排處治措施

對(duì)于有水地段仰拱裂縫滲水較嚴(yán)重的區(qū)域，一般來(lái)說(shuō)，此類裂縫黃土地層中土體含水率較大，普遍達(dá)到 20%以上，土顆粒中的水通過(guò)裂縫直接涌出仰拱填充面，造成填充面出現(xiàn)積水。此類裂縫采取以排為主的處治原則，采取裂縫處開槽埋管將滲水引排至兩側(cè)水溝內(nèi)。

3.3.1 處理流程及處理方案

處理流程主要如下：開槽→槽面清理→U型PVC管材安裝→防裂網(wǎng)片安裝→微膨脹混凝土回填。

（1）開槽：在滲水、冒水范圍內(nèi)進(jìn)行開槽處理，將仰拱填充頂面鑿開 16cm（寬）×15cm（深）倒梯形溝槽接通至隧道水溝電纜槽內(nèi)，槽內(nèi)坡度≥2%，與水溝電纜槽連接處槽口高出水溝電纜槽底部5cm。

（2）槽面清理：槽內(nèi)浮渣、虛渣等清理干凈，槽底平整，確保U型PVC管材安裝平整，槽面清理完成后在槽內(nèi)兩側(cè)施工縫表面涂刷 2層水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料防水。

（3）U型PVC管材安裝：從滲水位置安裝U型PVC管材，U型PVC管材出水口采用PVC管形成圓口聯(lián)通至水溝電纜槽內(nèi)，U型PVC管材兩側(cè)采用M15砂漿將U型PVC管材與槽底進(jìn)行封堵，防止混凝土回填時(shí)水泥漿進(jìn)入管材內(nèi)，造成管材內(nèi)堵塞。

（4）安裝鋼筋網(wǎng)片及混凝土回填：距填充頂面以下5cm安裝防裂鋼筋網(wǎng)片，開槽部位采用微膨脹混凝土回填密實(shí)。具體斷面圖詳見(jiàn)圖3。

圖3 仰拱裂縫滲水處處理斷面圖

3.3.2 其他注意事項(xiàng)

混凝土回填后，混凝土表面墊鋼板，待回填混凝土強(qiáng)大達(dá)到100%后方可移除，開槽完成后必須將虛渣清除，不密實(shí)處鑿除處理，回填混凝土前新舊混凝土面保持濕潤(rùn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隧道仰拱裂縫滲水作為隧道病害的一種，產(chǎn)生的原因較復(fù)雜，在隧道勘查設(shè)計(jì)階段就要預(yù)防可能出現(xiàn)的病害，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。施工階段發(fā)現(xiàn)此類病害必須進(jìn)行徹底治理，否則將會(huì)對(duì)后期的交驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的很大影響。

該黃土隧道按照以上處治方案對(duì)隧道內(nèi)所有的仰拱裂縫進(jìn)行處理后，滲水裂縫處不再滲水，裂縫處理達(dá)到預(yù)期效果。一方面為后期工程交驗(yàn)奠定了良好基礎(chǔ)，同時(shí)也為類似隧道缺陷的治理提供了一種思路。

[1]邵生俊，楊春鳴，焦陽(yáng)陽(yáng)，等.濕陷性黃土隧道的工程性質(zhì)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35（09）：1580～1590.

[2]盧穎明，陳禮偉.既有隧道病害現(xiàn)象分類及原因分析[J].鐵道建筑，2010（11）：46～49.

[3]張雷順，馬俊斌，張照方.隧道工程滲漏治理分析[J].人民黃河，2009（02）：96～97.