黃土隧道施工的常見病害防治簡(jiǎn)析
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摘要：因?yàn)?a href="http://www.mug-factory.cn/lunwen/nybhfzlw/103061.html" target="_blank">黃土隧道的地質(zhì)條件非常特殊，需要很多的施工工序，并對(duì)施工的工藝有著嚴(yán)格的要求，需要很強(qiáng)的施工技術(shù)，加之容易出現(xiàn)病害，所以在施工的過程中，要做好相應(yīng)的預(yù)防措施，制定有針對(duì)性的解決措施。因此，文章針對(duì)黃土隧道施工常見病害防治措做出了進(jìn)一步的探究，對(duì)黃土工程的特征、黃土隧道施工常見病害發(fā)生的整體原因、黃土隧道施工常見病害防治措施給出了詳細(xì)的分析。
關(guān)鍵詞：黃土隧道；常見病害；預(yù)防措施；簡(jiǎn)析
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(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì)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(lái)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(lái)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(duì)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(huì)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(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水平的方向。其中，地表水會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(lái)的影響，圍巖自身的重力增大，承載力變小等，都會(huì)使隧道出現(xiàn)強(qiáng)烈的變形和沉降。此外，因?yàn)榈亓褜?duì)圍巖造成的破壞，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(huì)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(duì)隧道的頂拱及拱腳等部分，特別是拱頂有無(wú)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(tái)車一模施工過長(zhǎng)。針對(duì)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(tái)車，減小12m臺(tái)車使用頻率。3.1.3處治的措施對(duì)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(duì)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(wú)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(duì)圍巖的擾動(dòng)；（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(hào)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(hào)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(huì)沿著隧道的走向在兩側(cè)產(chǎn)生地表裂縫，而裂縫長(zhǎng)期在水的浸潤(rùn)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(duì)圍巖的擾動(dòng)，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(duì)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(duì)圍巖的擾動(dòng)，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(duì)于隧道洞頂陷穴及裂縫病害的處理，可對(duì)埋藏1m以內(nèi)的陷穴采用開挖后分層夯實(shí)的方式；對(duì)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
削竹式洞門，橋隧相接，出口左側(cè)形成光滑的滑動(dòng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)其進(jìn)行疏通時(shí)，會(huì)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?，回填黃土隧道洞頂?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(duì)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(lái)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(zhǎng)硬塑管來(lái)回抽拉，再配合大功率抽水機(jī)帶出阻塞物。
4結(jié)語(yǔ)
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(cè)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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作者:尹秀巖 單位:中鐵五局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司
