黃土隧道施工常見病害防治措施簡析

尹秀巖

中鐵五局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司，湖南衡陽 421002

黃土為干旱半干旱地區(qū)的沉積物，其特征為多孔、以粉土顆粒為主，含有大量的碳酸鹽， 顏色為黃色。此外，黃土的滲透性和濕陷性非常明顯，容易崩解。在外荷及自重的作用下，受到水侵蝕時(shí)，很容易發(fā)生變形及失陷。其主要以風(fēng)積為主，有大孔性，垂直節(jié)理和架空孔隙均較發(fā)育，可溶性鹽以及膨脹性粘土礦物質(zhì)含量非常大，所以濕陷性較強(qiáng)、承載力較差，容易引起黃土隧道工程質(zhì)量問題，其中常見的病害包括：二襯環(huán)向裂縫、仰拱縱向裂縫、路面斷板、隧道洞頂陷穴及裂縫、洞口滑坡體威脅行車安全、姜結(jié)石堵塞中心排水溝等問題。因此，本文針對黃土隧道施工常見病害防治措施做出了如下探究。

1 黃土工程的特征

在黃土隧道施工中，存在的一項(xiàng)非常重要的問題便是需要最大限度地保護(hù)黃土的天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度, 避免因變形產(chǎn)生裂縫造成強(qiáng)度損失，選擇能夠有效控制變形的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)辄S土隧道不像巖石隧道那樣會隨著開挖圍巖的收斂變形而發(fā)生應(yīng)力的重分布, 達(dá)到新的平衡, 它只會隨著變形的增大加劇破壞, 引發(fā)混凝土襯砌的變形。此外，另一個(gè)十分關(guān)鍵的問題為，在施工的過程中要做好防水層與排水系統(tǒng)的布設(shè)與質(zhì)量的保證措施。

1.1 黃土的滲透性

在老黃土中，構(gòu)造節(jié)理的情況非常普遍。例如：斜節(jié)理、新黃土當(dāng)中的原生柱狀垂直節(jié)理沒有發(fā)育，沒有發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造性的節(jié)理。存在于黃土中的節(jié)理，會控制路基邊坡的穩(wěn)定性。在具有結(jié)構(gòu)節(jié)理的黃土層當(dāng)中，對于邊坡的開挖，其中的破壞形式為沿著節(jié)理面進(jìn)行滑落，有著垂直節(jié)理當(dāng)中的黃土邊坡，呈現(xiàn)出來的破壞形式為倒塌，在沒有構(gòu)造節(jié)理當(dāng)中的黃土邊坡，呈現(xiàn)出來的破壞形式為滑坡[1]。

1.2 黃土的濕陷性

黃土最主要的工程性質(zhì)便是其濕陷性，為在較強(qiáng)的壓力作用下，受到水的浸濕，迅速對土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致下沉[2]。但是，并不是全部的黃土都有很強(qiáng)的沉陷性。具有沉陷性的黃土厚度并不非常的大，通常情況下會在上部的20m之內(nèi)。

2 黃土隧道施工常見病害發(fā)生的整體原因

2.1 黃土工程存在的特征

黃土的空隙率比較大，有極強(qiáng)的透水性，地表水非常容易向下滲透，并具有垂直節(jié)理發(fā)育的特征。這樣，垂直方向當(dāng)中的滲透系數(shù)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水平的方向。其中，地表水會以垂直滲入為主要的形式，水平方向的圍壓比較小，并且沒有豎向的摩擦力。黃土?xí)源怪惫?jié)理切割的土柱形式將其全部應(yīng)用在襯砌上[3]。這樣襯砌會出現(xiàn)豎向開裂的情況。并且，因垂直節(jié)理的發(fā)育、地表水下滲，會使黃土產(chǎn)生膨脹和土崩，發(fā)生下沉和濕陷，圍巖的側(cè)壓力會明顯增大，使黃土出現(xiàn)膨脹以及崩解的現(xiàn)象，向下沉陷，使圍巖側(cè)壓力增強(qiáng)，支護(hù)拱腳會出現(xiàn)變形的情況，圍巖失穩(wěn)，使隧道出現(xiàn)明顯的沉降變化。

2.2 地表水

通常情況下，由于地表裂縫的出現(xiàn)，隧道上部土體會沿著裂縫處出現(xiàn)剪切的破裂面。隧道的上部土體產(chǎn)生的應(yīng)力會重新進(jìn)行分布[4]。在隧道的頂部，由于黃土陷穴的出現(xiàn)，會導(dǎo)致地表的裂縫不斷向縱深方向發(fā)展，這樣便使內(nèi)層結(jié)構(gòu)的整體性受到極大的破壞。此外，由于地表水的滲透等，隧道的基底會出現(xiàn)因?yàn)槌睗癜l(fā)生的變形，這樣隧道便出現(xiàn)了沉降變形以及開裂的問題。

2.3 隧道埋深

在隧道的深埋段，受到地表水帶來的影響，圍巖自身的重力增大，承載力變小等，都會使隧道出現(xiàn)強(qiáng)烈的變形和沉降。此外，因?yàn)榈亓褜鷰r造成的破壞，隧道內(nèi)較為集中的病害主要在深淺埋的過渡段。

3 黃土隧道施工常見病害防治措施

在實(shí)際施工的過程中，要在地下水比較嚴(yán)重的地方注意是否會有涌水的現(xiàn)象發(fā)生，并做好安全檢查等各項(xiàng)工作，針對隧道的頂拱及拱腳等部分，特別是拱頂有無縱向裂縫等問題，初期支護(hù)要觀察工字鋼是否出現(xiàn)下沉及變形；襯砌施工完畢后，注意查看混凝土襯砌是否有開裂和滲水等現(xiàn)象。

3.1 二襯環(huán)向裂縫

3.1.1 主要原因

（1） 地層不均勻沉降；

（2） 襯砌鋼筋保護(hù)層太厚；

（3） 臺車一模施工過長。針對這一病害，在施工的過程中，要給予重視。

3.1.2 預(yù)防措施

（1） 仰拱及二襯施工縫在一條線上；（2） 襯砌鋼筋保護(hù)層按設(shè)計(jì)施工，每環(huán)鋼筋在施工縫處斷開；（3） 如條件允許盡量采取9m襯砌臺車，減小12m臺車使用頻率。

3.1.3 處治的措施

對小于0. 3mm的裂縫，先清洗，然后涂刷環(huán)氧樹脂漿液直接封閉；對大于0. 3mm的裂縫，先沿裂縫方向鑿成寬1.5～2.0cm、深3cm的V形槽, 然后用環(huán)氧樹脂水泥砂漿錨固，每隔20cm設(shè)置一個(gè)注射口，推注環(huán)氧樹脂漿液。

3.2 仰拱縱向裂縫

3.2.1 主要原因

（1） 圍巖壓力增大，地質(zhì)變形；

（2） 仰拱設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)較弱，如仰拱無鋼筋；（3） 仰拱及填充一起施工。

3.2.2 預(yù)防措施

（1） 仰拱開挖要形成平滑圓順的弧形，防止開挖不規(guī)則而引起應(yīng)力集中，盡量減少對圍巖的擾動；

（2） 增強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，尤其是襯砌鋼筋成環(huán)；

（3） 將仰拱及填充分開施工，防止仰拱裂縫反射至填充層。3.2.3 處治措施

沿裂縫兩側(cè)各40cm切成1∶0.15斜坡，深度60cm正梯形，然后植筋焊接雙層鋼筋網(wǎng)，高標(biāo)號膨脹混凝土重新澆筑。

3.3 混凝土路面斷板

3.3.1 主要原因

（1） 仰拱不均勻沉降；

（2） 切縫時(shí)間不及時(shí)；

（3） 混凝土強(qiáng)度不足即通車；

（4） 施工時(shí)溫度過低，當(dāng)溫度升高時(shí)路面板拱起，重車一壓形成斷板。

3.3.2 預(yù)防措施

（1） 采用注漿及擠壓樁等措施提高仰拱基層承載力；

（2） 不崩邊掉角即可開始路面切縫工作；

（3） 路面混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%方可通車；

（4） 盡量常溫天氣施工路面，如溫度低時(shí)施工可多設(shè)置漲縫。

3.3.3 處治措施

沿裂縫兩側(cè)各20cm寬切成1∶0.15斜坡，切至板底，然后植筋焊接雙層鋼筋網(wǎng)，高標(biāo)號膨脹混凝土重新澆筑。

3.4 隧道洞頂陷穴及裂縫

隧道施工的過程中，經(jīng)常會沿著隧道的走向在兩側(cè)產(chǎn)生地表裂縫，而裂縫長期在水的浸潤下，土體崩解形成陷穴。

3.4.1 主要原因

（1） 黃土陷穴主要因?yàn)辄S土具有的濕陷性，在雨水及灌溉用水侵蝕而成；

（2） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)黃土隧道地表裂縫多見于60m埋深以下，主要是由于隧道開挖對圍巖的擾動，襯砌回填不夠密實(shí)，黃土向下堆積的層層累加在地表形成裂縫，裂縫多與隧道掘進(jìn)方向相同，范圍與黃土地層的破裂角有關(guān)，一般為隧道兩邊墻拱腳開挖線斜向上45°～57°度左右，多為裂縫出現(xiàn)區(qū)域[5]。

3.4.2 預(yù)防措施

首先，在施工的過程中，做好地表排水工作，要制定相應(yīng)的預(yù)防措施，并根據(jù)具體的情況進(jìn)行治理。其次，在對隧道洞頂陷穴及裂縫進(jìn)行預(yù)防的過程中，可通過“快開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉”減少對圍巖的擾動，縮短圍巖的暴露時(shí)間；增大拱腳減少沉降，從而有效減少地表裂縫的出現(xiàn)[6]。

3.4.3 處治措施

對于隧道洞頂陷穴及裂縫病害的處理，可對埋藏1m以內(nèi)的陷穴采用開挖后分層夯實(shí)的方式；對埋藏較深的陷穴灌注加部分水泥的粘稠泥漿（1∶8的泥漿比）[7]；沿地表裂縫開挖深度50cm，寬50cm的溝槽，用三七灰土回填，采用小型夯實(shí)機(jī)械或人工石錘進(jìn)行分層夯實(shí)，回填高度高出原地面10cm。溝槽開挖完成后及時(shí)回填，避免雨水倒灌[8]。

3.5 洞口滑坡體威脅行車安全

如圖一所示隧道，削竹式洞門，橋隧相接，出口左側(cè)形成光滑的滑動面，平時(shí)經(jīng)常有土滑下，造成一定的安全隱患。

3.5.1 主要原因

明洞過短，隧道出口邊坡坡度大于邊坡破裂角。

3.5.2 預(yù)防措施

減少一跨橋梁，增加明洞長度，明洞洞口與山體形成的坡度應(yīng)小于45°。

3.5.3 處治措施

如已經(jīng)出現(xiàn)了洞口滑坡的情況，可增加錨桿框格梁對邊坡進(jìn)行防護(hù)。

3.6 姜結(jié)石堵塞中心排水溝

在隧道施工的過程中，還出現(xiàn)一些黃土隧道中心排水溝常被灰白色絮狀物阻塞的情況，造成路面滲水，對其進(jìn)行疏通時(shí)，會支出很大一筆費(fèi)用，增加了施工成本。

3.6.1 主要原因

黃土中富含碳酸鹽，與水中或地層中鈣相結(jié)合，隨水介質(zhì)運(yùn)移，形成膠體溶液（膠體碳酸鈣） ，在沉積作用過程中逐步凝聚形成姜結(jié)石阻塞中心排水溝。

3.6.2 預(yù)防措施

圖1 洞口滑坡體威脅行車安全

防治黃土隧道產(chǎn)生姜結(jié)石最根本的辦法就是防水與排水，即避免水與黃土接觸，打破姜結(jié)石形成的內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而杜絕姜結(jié)石的產(chǎn)生；第一，截?cái)嗟乇硭肭郑靥铧S土隧道洞頂?shù)南菅傲芽p；第二，在非黃土地段增加環(huán)向排水管及橫向排水管，及時(shí)將水排入中心排水溝中；第三，在黃土與其它地層交界處提前設(shè)置截水墻，防止水從防水板后進(jìn)入黃土地段。

3.6.3 處治措施

對于姜結(jié)石堵塞的中心排水溝，可采用化學(xué)及物理兩種辦法解決，首先，如隧道中的水不作為飲用或灌溉用水，可適當(dāng)加入稀鹽酸來溶解堵塞物；其次，如外部原因所限，人員可下到中心檢查井，用長硬塑管來回抽拉，再配合大功率抽水機(jī)帶出阻塞物。

4 結(jié)語

總之，在施工的過程中，由于黃土存在一定的特殊性，干旱半干旱地區(qū)的沉積物多以孔、粉土顆粒為主，含有大量的碳酸鹽，顏色為黃色，滲透性和濕陷性非常明顯，非常容易崩解。在外荷作用以及自重的作用下，受到水的侵蝕的時(shí)候，很容易變形以及失陷。所以，在正常施工的過程中，要嚴(yán)格依照施工的流程，如注意控水、加強(qiáng)支護(hù)、所檢測等原則進(jìn)行施工，認(rèn)真做好預(yù)防病害的措施，找出其中的規(guī)律和特征，嚴(yán)格落實(shí)每一道施工的程序，可有效并避免施工過程中出現(xiàn)的病害和事故，保障施工的安全和質(zhì)量。

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