喬原黃土隧道滲水病害處治技術

魏網民

（山西交控集團臨汾南高速公路分公司，山西 臨汾 041000）

富水黃土隧道的滲水病害一直是工程界的難題，處治不當會造成圍巖土體軟化或泥化，導致隧道地基土承載力降低，襯砌結構受力劇增并可能出現開裂病害[1-2]。吉縣至河津高速公路喬原隧道為典型富水黃土隧道，在工程施工期間，出現了初支滲水、二襯和仰拱縱向開裂以及隧道仰拱水位較高等病害。本文通過對病害成因進行綜合分析，結合工程水文地質情況，因地制宜，提出了“疏排結合+結構加固”的病害處治方案，取得了良好的病害處治效果。

1 工程背景

1.1 隧道基本情況

喬原隧道位于山西省臨汾市鄉寧縣喬原村境內，設計為左右分離式，左右洞分別為1 572 m、1 626 m，均屬于長隧道，左右洞體最大埋深114.98 m（116.254）。隧道位于黃土塬區，塬面平整，由于黃土土質疏松，在地表水的侵蝕、沖蝕作用下，四周沖溝發育，溝深坡陡，溝間多有殘塬分布。隧址區水系屬黃土流域的黃土水系，隧道布設范圍內無地表水分布，兩端洞口所處沖溝內只有雨季時有暫時性水流匯集，一般時節干涸無水[3]。

1.2 病害表現

1.2.1 隧道滲水

隧道施工期內，開挖掌子面時無滲水，在超前支護和立拱架過程中，掌子面開始出現較為嚴重的滲水；初支表面隨之出現斑點狀滲水現象，其后滲水連接成片并覆蓋整個初支表面，局部出現連續線狀滴水，并伴有白色結晶體出現。根據水質監測報告化驗分析，成分主要為二氧化硅，含量為17.1 mg/L，是由噴射混凝土中水泥、速凝劑與水反應產生。

圖1 初支滲水

施工單位在仰拱處開挖探坑進行水位監測，觀察7 d后發現中央排水管內水位始終保持在60 cm左右，經測算排水量達到1.50 m3/h，仰拱基底水位較高。

1.2.2 隧道仰拱、二次襯砌裂縫

在日常質量巡查中發現，吉縣端左洞ZK9+282（距洞口108 m）處二襯出現一條細微裂縫，縫寬小于1 mm，長約2.6 m。隨后技術人員對隧道進行逐段排查，共發現細微裂縫12條。其中吉縣端左洞右側4條，吉縣端右洞左側6條，該10條裂縫全部為二襯裂縫；在河津端左洞左側發現二襯開裂1處共48 m，貫通4板；在河津端右洞發現仰拱開裂1處共72 m，貫通6板。

圖2 仰拱開裂

圖3 二襯裂縫

2 原因分析

根據隧道水文地質情況和病害特征進行分析，隧道穿越地層在毛細力作用下，水分沿細小孔隙上升形成毛細帶，隧道開挖后破壞了原有地層的水系平衡狀態，水分向隧道圍巖逐漸聚集，導致圍巖土體含水率增大，并呈軟塑狀態，其強度和自穩能力急劇變弱，隧道初支承受的土壓力和水壓力隨之大幅增加。同時由于隧道洞身段地形平坦，地表水無法沿溝道排泄，在雨季期間大氣降水集中沿土體孔隙下滲，從而形成暫時性孔隙水或包氣帶水，造成洞體內產生滲水形成線狀滴水現象。

在隧道施工過程中，由于二襯施工時圍巖變形未全部釋放，使得二襯過早參與受力，當其超過襯砌結構強度時便出現開裂現象。隧道仰拱施工會對地基土體產生一定擾動，加之滲水導致的土體強度降低，使得拱腳和仰拱地基承載力急劇下降，最終導致仰拱沉降過大并發生結構開裂。

3 處治方案

3.1 隧道滲水處治

經病害成因分析，隧道圍巖水文地質條件變化是導致二襯及底板開裂的主要原因，建議在隧道施工過程中加強監控量測，并采用動態設計方法對隧道初支和二襯的支護參數進行調整。隧道仰拱出現開裂部位采取“型鋼框架+鋼筋網片”的方案進行加固，同時采用滲井降水措施降低仰拱水位，確保隧道工程結構安全。

3.2 隧道仰拱加固處理

3.2.1 施工方法

隧道仰拱出現開裂部位采取“型鋼框架+鋼筋網片”的方案進行加固，施工工序和操作方法如下：

圖4 隧道仰拱加固施工工序

a）沿拱腳兩側縱向刻槽并安放I28a槽鋼，槽鋼頂部與路面平齊，橫向每隔5 m刻槽并安放I20a工字鋼與I28a槽鋼焊接。

b）在拱腳兩側打設4根Φ42無縫注漿鋼管，在十字交叉位置處Φ25中空注漿錨桿與工字鋼焊接，錨桿長度為3.0 m。注漿采用雙液注漿泵；漿液采用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿與水玻璃漿體積比1∶0.5，注漿壓力 0.1～0.3 MPa。

c）沿隧道縱向在設雙層網片段落內設3道I16工字鋼與I20a工字鋼牢固連接。

d）橫、縱向型鋼架安裝以及注漿完成之后，利用空壓機對施工作業面進行清理。最后沿隧道縱方向再設雙層φ12的15 cm×15 cm鋼筋網片。

e）在施工段落內，每隔10 m設橫、豎向排水管，并用三通接頭連接，將滲水引入中央排水管內，橫、豎向排水管均采用Φ116單壁波紋管，管內填充2～3 cm碎石。

f）鋼管、型鋼框架、鋼筋網片及排水管施工完畢后，進行調平層混凝土施工，混凝土施工前先進行掛線，確保混凝土標高；澆筑過程中振搗均勻，確保混凝土密實；加強混凝土整平施工控制，確保調平層表面平整度，詳細情況如圖5所示。

圖5 處治方法斷面圖

3.3 隧道地下水位處治方法

3.3.1 處治原理

為徹底解決隧道仰拱地基下沉問題，在隧道底板設置滲水井，滲水井鉆至基巖破碎帶，使隧道圍巖內水分可沿滲水井排出，從而降低隧道仰拱地基水位，達到徹底處治病害的效果。

3.3.2 地下水降排處治技術

3.3.2.1 布孔方案

根據水文地質勘測結果，在隧道中央排水管兩側約50 cm處布置滲水井，間距20 m，兩側按梅花型布置，井深80 m，可根據地層情況適當調整井深，以漏水為終孔標志。施工完畢觀察水位變化，根據孔內水位觀測結果，在水量較大處將孔位加密，具體情況如圖6所示。

圖6 隧道滲水井孔處治

3.3.2.2 施工工藝

a）根據測量放線固定孔位，采用孔徑為250 mm鉆頭開孔，鉆孔伸入基巖下1 m處停止鉆孔，拔出鉆桿。

b）制作Φ180厚6 mm的鋼花管，管壁上采用孔徑為5 mm的滲水孔，梅花型交錯布置，縱向間距7.5 cm。

c）在鋼花管外側包裹滲水土工布，用鐵絲綁扎牢固。

d）安裝鋼花管，安裝時要確保鋼花管落到基巖上，再在鋼花管與孔壁之間填充3～5 mm大小的碎石。

e）填充碎石后，將250 mm鉆頭更換為150 mm鉆頭，在該孔內繼續鉆孔，鉆至破碎層后繼續鉆孔深度5 m終孔。然后安裝Φ116 PVC管。

4 結語

隧道襯砌裂縫病害處治范圍覆蓋整個隧道，在施工過程中嚴格控制施工質量，滿足處治方案的技術要求。處治施工完成后為檢驗處治效果，工程技術人員開展了如下監測工作：

a）對隧道二襯環向收斂變形量測，發現未出現明顯變化。

b）通過對仰拱及二襯裂縫進行觀測，發現裂縫未出現擴張現象，也未發現新增裂縫。

c）對隧道洞內鉆井內水位進行觀測，發現水位明顯下降，并趨于穩定。

以上監測結果表明，針對富水黃土隧道出現滲水并對襯砌結構造成損傷的現象，采用隧道仰拱加固和洞內集水井降水的處治方案是可行有效的。