論公路黃土隧道的主要病害與施工技術

張永濤

陜西省交通建設集團公司寶坪高速公路建設管理處，陜西寶雞 721013

黃土是一種較干旱地區的黃色沉積物，往往具有多孔、碳酸鹽含量較高、粉土顆粒所占比例較大等特點。另外，由于黃土具有濕陷性、滲透性、易分解等特點，所以在重力和外部負載的作用下，很容易發生形變。如果受到雨水侵蝕，則產生失陷現象。黃土的產生主要依靠風積，可溶性鹽及礦物質比例都較高，承載能力差，濕陷性較強。以上情況極易造成公路黃土隧道的病害產生，導致施工困難。目前，常見病害有洞口滑坡、隧道洞頂破裂、路面斷板等。本文首先對公路黃土隧道在施工過程中遇到的常見病害進行分析，探討了尋防治措施，并論述了施工過程中的核心技術及注意事項。

1 公路黃土隧道工程的特征

在公路黃土隧道施工過程中，最重要的是保證黃土先天結構強度最大化，減少使形變產生的裂痕造成的強度損害。黃土隧道不同于普通隧道，能夠隨著工程的進行產生應力再分布，從而達到再平衡，而是隨著變形的嚴重破壞也越來越嚴重，進而引發混凝土工程結構變形。所以，選擇可以有效抑制形變的支撐結構就顯得異常重要。另外，在施工中確保防水裝置布局良好及排水系統的平穩運行也是十分重要的。

1.1 黃土的滲透性

在年代久遠的黃土中，存在非常普遍的構造節理現象，如斜節理、垂直節理及構造節理等，新產生的黃土一般不會出現構造性節理。節理可對路基邊坡穩定起到一定作用，但如果工程在老黃土中進行，則在邊坡施工中沿著節理面進行滑落式破壞；如果在垂直節理中進行施工，則可能出現倒塌式破壞；如黃土層中沒有構造節理，則邊坡工程中可能出現滑坡式破壞。

1.2 黃土的濕陷性

黃土的主要屬性之一 ——濕陷性，即在降水作用下，如被作用與較強的壓力，土體結構將受到嚴重破壞，甚至下沉。但也有例外，有些黃土濕陷性較差，或黃土土層較薄，因而不會對施工造成較大影響，一般情況下土層在隧道20m以下。

2 黃土隧道施工常見病害發生的整體原因

2.1 黃土工程存在的特征

由于黃土空隙較大，并具有垂直節理等現象，導致黃土層往往有很強滲水性，從而造成地表水向下滲透。基于以上情況，地表水向下滲透程度要遠遠大于水平方向。地表水滲透主要以垂直方向進行。水平方向的壓力較小，垂直方向的摩擦力為零。黃土土柱被全部應用于襯砌之上，導致襯砌開裂嚴重。此外，由于垂直節理的不斷發展及地表水的日益滲透，黃土層膨脹和土崩現象也越來越明顯，產生沉陷現象，加重圍巖側面的壓力，造成支護裝置變形，嚴重的話會使圍巖失穩，隧道出現明顯下沉。

2.2 地表水

一般來說，地表裂痕會導致公路隧道上方的土層出現破裂面，并沿著裂痕不斷發展，進而隧道上方土層受力再分布。如果在公路隧道頂部出現黃土陷穴，造成地表裂痕不斷沿著裂痕擴展，內部結構的一體性下降。在地表水的下滲的作用下，隧道基底會逐漸發生形變，從而導致隧道出現變形或破壞。

2.3 隧道埋深

由于地表水的滲透作用使圍巖重力加大，承重能力減小，所以在隧道深埋階段極易出現嚴重下沉和變形。另外，地裂容易對圍巖產生較大的破壞，在施工時往往病害發生在埋深的中間階段。

3 黃土地區隧道病害類型

3.1 滲水漏水

由于不同地區黃土水質及土質各不相同，所以工程中病害情況也不相同。從目前實際工程來看，一般是洞體漏水，也有現場出現局部隧道沿著基巖縫隙漏水等現象。

3.2 隧道塌方

一般來說，此類病害的發生規模較大，且存在突然發生、較難預測等特點，主要發生在施工階段或運營中，發生地點往往在公路隧道進出口處或圍巖突變點。典型的塌方隧道有閻家嶺土石交界隧道、土家灣隧道等。

3.3 襯砌開裂

此類故障一般表現為隧道內一襯混凝土環向開裂或支撐保護裝置在初期破壞或變形。此外，還有局部拱頂開裂、路面開裂及電纜槽之間的橫向開裂。病害的典型隧道有羊馬河隧道及辛莊領隧道的出入口處。襯砌開裂病害在施工及運營期間均可發生。

3.4 地表變形

地表產生形變取決于多種因素，如降水、隧道掘進工程、水體下滲等。施工時，地表裂痕一般按照隧道走勢在左右兩邊產生裂痕。隨著工期的推進，山體裂縫也愈來愈劇烈。此外，在施工過程中由于塌方和下沉等因素影響，也可能在地表形成裂痕和塌陷。

4 黃土隧道施工技術控制要點

由于公路黃土隧道在施工時可能出現異常天氣狀況，而且不允許造成環境污染和破壞，這就要求施工一定要合理、規范。基于此，對公路黃土施工技術進行研究就顯得尤為重要。

4.1 支護參數的確定

黃土隧道的施工效果很大程度上取決于支撐保護裝置的參數是否合理。通常情況下支護參數主要關注以下幾個方面：

（1） 對黃土的物理性質進行確定。不同地區黃土性質各不相同，只有確定了工程周邊的黃土性質后，才能進一步制定合理的施工計劃及技術標準，減少施工過程的不確定因素，提高施工效率。

（2） 對施工跨度進行規劃。公路黃土隧道工程的難關之一：施工場地不是隨意選取的，如果山體強度較小，需要重新選取施工地。確定工程跨度包括制定施工量及技術參數，要通過周密調研測量計算來制定。

4.2 設計措施

（1） 支護措施在實現最終襯砌過程中起著重要作用，一定要確保有足夠的強度、剛度和穩定性，以控制黃土隧道變形，預防工程中可能出現的塌方。

（2） 在開展初期支護工程時，可將噴混凝土角度及墻角相對位置增大到1m左右。針對鋼架底部的連接也可以使用槽鋼完成。

（3） 在新公路黃土隧道進行淺埋時，拱部施工可不安裝錨桿。在老黃土隧道深埋時，支護鋼架的材質可以使用型鋼或格柵材料。

5 黃土隧道施工的核心技術方案

在進行充分調研及資料搜集后，工作人員應依據實際情況制定合理的黃土隧道施工技術方案。在作業中要嚴格遵守施工計劃，盡可能減少中途改變技術方案的情況。

5.1 新黃土層的對策

在公路黃土隧道的施工過程中，必然會涉及到新的黃土層，由于新黃土層節理發育等特點，給工程人員造成了一定的困難，因此在針對新黃土層施工時筆者認為可以主要從以下幾方面進行考慮：

在對公路黃土隧道的兩側作業時，在施工作業時，必須加強安保措施，在支護方面也要提高穩定性。

在埋深較大的地點經常產生塌陷及石塊掉落，在作業時施工人員必須嚴格按照作業指導進行作業，同時強化安保措施，以免發生危險。

在施工時要全方位加強支護措施，使工程暴露的時間最小化，在襯砌工作時，一定要盡快完成，以免出現塌陷情況，造成人員傷亡。

5.2 老黃土地層的對策

老黃土地層在埋深較大的施工地點容易產生屈服形變，進而造成支護結構的形變甚至破壞，因此要根據監控測量對支護襯砌參數進行修正。老黃土地層也經常出現裂痕發生坍塌及石塊掉落，對工作人員和設備都造成巨大威脅，并且經常由于施工不當造成大面積的塌方現象。所以在施工時，要將周邊環境納入考量，并提前做好應對自然災害及非正常天氣的準備。

6 結語

總之，在施工過程中，由于黃土存在一定特殊性，干旱及半干旱地區的沉積物多以孔、粉土顆粒為主，含有大量碳酸鹽，顏色為黃色，滲透性和濕陷性非常明顯，非常容易崩解。在外荷作用和自重作用下，受到水侵蝕時，很容易變形以及失陷。所以，在正常施工過程中，要嚴格依照施工流程，如注意控水、加強支護、檢測等原則，認真做好預防病害的措施，找出其中的規律和特征，嚴格落實每一道施工程序，可有效并避免施工過程中出現的病害和事故，保障施工的安全和質量。