淺析黃土隧道選址要點

高宏剛

中國黃土分布面積廣、厚度大、層位齊全，具有特殊成分和工程地質特性。在特殊的自然條件和地質構造背景下，黃土區形成了塬、梁、峁、溝谷等地形地貌，在這些切割強烈、地形起伏較大的黃土區，隨著國家基礎建設力度的加大和西部大開發的深入，我省陸續修建了一些高等級公路黃土隧道，如甘肅饞(口)柳(河溝)高速公路新莊嶺隧道、平(涼)定(西)高速公路的太平隧道和靜寧隧道。這些在黃土中修建的隧道明顯區別于山嶺石質隧道和南方土質隧道，具有典型的黃土工程特性，產生了一些新的工程地質災害。因此有必要研究黃土隧道可能產生的工程地質災害，為隧道設計、施工提供新的依據。

1 黃土隧道圍巖類型的劃分

黃土是第四紀干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊的大陸松散沉積物，并在古地形基礎上繼承性堆積形成幔覆結構。黃土按成因可分為原生黃土和次生黃土，習慣上把原生黃土也叫典型黃土，次生黃土也叫黃土狀土。

1.1 典型黃土地質類型

典型黃土具有以下特征:顏色多呈黃色、淡灰黃色和褐黃色，以粉粒成分為主，結構均勻無層理，疏松具大空隙，垂直節理發育，富含碳酸鹽，具有濕陷性。根據黃土形成的年代遠近及工程性質的差別，典型黃土可分為以下三種:甲類:中下更新統黃土(Q～Q1)，土質堅硬密實，物理力學性能高，無濕陷性。這種類型的隧道一般安全穩定性好。乙類:中更新統上部黃土(Q)，土質較新黃土密實，夾3層～5層古土壤。一般有輕微濕陷性，物理力學指標較新黃土高，但低于下部黃土，應區別對待。丙類:新黃土(Q4～Q3)，新黃土組織疏松，大孔隙發育，柱狀節理較多，滲透性強，一般有強烈的濕陷性。特別是自重濕陷性黃土，甚至混凝土的護養水都可造成隧道的變形和裂縫。隧道必須采取嚴密的防滲措施，避免濕陷變形而導致隧道的破壞。

1.2 黃土狀土的地質類型

甲類:沖洪積成因的黃土狀土經過流水沖刷、搬運和重新沉積，一般具有層理，并含有砂礫，細砂礫。多分布于黃土塬下部及河流兩岸階地，有時砂層厚10多米。在含地下水的情況下，最易產生噴砂冒水坍塌、冒頂等事故，特別是砂層在拱頂分布者對隧道穩定性最為不利。

乙類:古老滑坡體:有的隧道不可避免的要經過古老滑坡體，滑坡體內裂隙發育，底層紊亂，有時有地下水及砂礫石層，地質條件極為復雜。

2 黃土隧道的線路選擇

2.1 從地形上考慮

路線應選擇隧道最短的位置穿過黃土塬，在隧道進、出口地帶均有大小不同的沖溝或彎道，而梁兩側相對較大的溝道可能是洞身最短的路線位置。值得注意的是，隧道位置的塬梁地面，應該是平整或凸起的地形。在隧道位置的塬梁地面不應有洼地存在，特別避免封閉式的存貯地表徑流的洼地。洞線也應該避開塬面上的較大渠道，否則，集流洼地和渠道的水，可能成為隧道的不穩定因素。

2.2 從黃土構造方面考慮

從構造方面應該考慮黃土構造的大裂隙，黃土地區區域性的大裂隙一般有幾組，要通過調查、訪問和勘探，找出影響路線安全的幾組。

該類型的裂隙寬度大，影響深，平時被地表黃土覆蓋，大暴雨或地震時，部分裂開暴露，有的沿溝谷或洼地發育，成為地表水的排泄通道。路線選擇在大裂縫同一方向上是極不利的選擇。

2.3 巖性上的選擇

黃土時代越老，強度就越高，作為隧道圍巖的穩定性就越好。工程勘察時應查明濕陷性黃土的分布深度、新老黃土的分層界面，可以調整路線坡降使隧道處在無濕陷性的黃土中或古土壤和鈣質結核互層的老黃土中，最好是厚層鈣質結核層作為隧道洞頂圍巖，將是理想的路線方案。

2.4 隧道與滑坡體

在黃土地區應避免隧道穿越滑坡體，如無法避免或有經濟比選價值，應首先查明該滑坡的滑動面深度，各滑塊的位置關系，滑坡體巖性分布及地下水情況。證明該滑坡體早已穩定且不可能再復活。其次研究隧道穿越滑坡體的方案。最有利的路線方案是滑坡體中段的較大滑塊的中部，而且選擇整體滑移，巖層錯亂少、巖性均一的滑塊。各滑塊的交界處，裂隙發育，巖性混雜，對隧道和滑坡穩定均不利，應注意繞避。

2.5 地下水條件

黃土處于飽和狀態和非飽和狀態的工程地質性質差別很大，如果隧道洞身處于沖積飽和狀態的黃土中夾水平層理的細砂或砂礫層，將會產生流沙破壞或排水困難的問題。路線選擇或設計時應調整坡降，設法使洞身處于地下水位以上。

3 黃土隧道進出口位置的布置

3.1 隧道進、出口的巖性變化

隧道洞身深埋于地下，大多置于老黃土地層或相對穩定、密實的新黃土中。進、出口埋深淺，且處于斜坡地段，多有新黃土或新近堆積黃土堆積，該黃土工程性質較差且多有濕陷性，路線選擇時應對厚層的濕陷性黃土繞避，對薄層的進行挖除。

3.2 進、出口邊坡的穩定問題

隧道進出口邊坡常被削成人工邊坡，這種黃土高邊坡如果有大的崩塌和滑移，將堵塞洞口造成交通事故，因而進出口邊坡的穩定問題是隧道進出口方案比較的主要因素之一。因此，在勘察時應選擇有代表性的剖面，布置勘探工作，取樣試驗并演算邊坡穩定，對不穩定的邊坡提供處理措施方案。

4 黃土隧道的破壞形式

許多工程實踐證明，隨著隧道的開挖，在掘進方向的前方，從地面至隧道高程的不同層位的土層，相繼發生沉降，即“前期沉降”。其范圍從掌子面向前約2.5倍的洞跨間距，沉降量大約為最終沉降量的30%～40%。隧道正在開挖的部位，沉降發展的最為活躍，以后由于襯砌對土體的穩定作用沉降明顯降低。當沉降大部分完成，土體就處于穩定了，這部分沉降成為“后續沉降”。在無支護的情況下，一般毛洞開挖3 d以后，洞壁開始有細微裂紋出現，逐漸擴大，5 d以后開始有零星掉塊和塌落。10 d～15 d后有較大規模的坍塌，數月后有大規模的坍塌。因此，黃土隧道圍巖變形破壞的時間效應特別顯著，一般開挖后及時襯砌和回填，坍塌則可以避免。另外，隧道與支洞或通風豎井的交匯處、不規則的突變點、嚴重超挖及軸線偏離段，都易產生較大的塌方和掉塊。從坍塌土體的機構面看，它們大多是開挖前就已潛存于土體中的軟弱結構面，并往往構成地下水的運動通道。所以，黃土隧道中有水滴出的軟弱結構面地段往往是嚴重塌方地段，必須特別注意。

5 結語

黃土是第四紀大陸松散堆積物，與人類活動密切相關，近年來陸續修建了一些黃土道路隧道，黃土隧道施工技術取得突破性進展。而黃土地層中修建的隧道明顯區別于山嶺隧道和南方土質隧道，具有明顯的黃土工程特性。

1 )路線應選擇隧道最短的位置穿過黃土塬，在隧道位置的塬梁地面不應有洼地存在，特別避免封閉式的存貯地表徑流的洼地。洞線也應該避開塬面上的較大渠道。2)工程勘察時應查明濕陷性黃土的分布深度、新老黃土的分層界面，可以調整路線坡降使隧道處在無濕陷性的黃土中或古土壤和鈣質結核互層的老黃土中。3)在黃土地區應避免隧道穿越滑坡體，如無法避免或有經濟比選價值，應首先查明該滑坡的滑動面深度，各滑塊的位置關系，滑坡體巖性分布及地下水情況。4)黃土處于飽和狀態和非飽和狀態的工程地質性質差別很大，路線選擇或設計時應調整坡降，設法使洞身處于地下水位以上。5)隧道進、出口路線選擇時應對厚層的濕陷性黃土繞避，對薄層的進行挖除。邊坡常被削成人工邊坡，在勘察時應選擇有代表性的剖面，布置勘探工作，取樣試驗并演算邊坡穩定，對不穩定的邊坡提供處理措施方案。6)黃土隧道圍巖變形破壞的時間效應特別顯著，一般開挖后及時襯砌和回填，坍塌則可以避免。隧道與支洞或通風豎井的交匯處、不規則的突變點、嚴重超挖及軸線偏離段，都易產生較大的塌方和掉塊。另外，黃土隧道中有水滴出的軟弱結構面地段往往是嚴重塌方地段，必須特別注意。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［2］ JTJ 064-98，公路工程地質勘察規范［S］.

［3］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規范［S］.

［4］ 喬平定，李增鈞.黃土地區工程地質［M］.北京：水利電力出版社，2010.