黃土隧道施工常見病害防治措施簡析

尹秀巖

中鐵五局集團第二工程有限責任公司，湖南衡陽 421002

黃土為干旱半干旱地區的沉積物，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，很容易發生變形及失陷。其主要以風積為主，有大孔性，垂直節理和架空孔隙均較發育，可溶性鹽以及膨脹性粘土礦物質含量非常大，所以濕陷性較強、承載力較差，容易引起黃土隧道工程質量問題，其中常見的病害包括：二襯環向裂縫、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，存在的一項非常重要的問題便是需要最大限度地保護黃土的天然結構強度, 避免因變形產生裂縫造成強度損失，選擇能夠有效控制變形的支護結構形式，因為黃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生應力的重分布, 達到新的平衡, 它只會隨著變形的增大加劇破壞, 引發混凝土襯砌的變形。此外，另一個十分關鍵的問題為，在施工的過程中要做好防水層與排水系統的布設與質量的保證措施。

1.1 黃土的滲透性

在老黃土中，構造節理的情況非常普遍。例如：斜節理、新黃土當中的原生柱狀垂直節理沒有發育，沒有發現有構造性的節理。存在于黃土中的節理，會控制路基邊坡的穩定性。在具有結構節理的黃土層當中，對于邊坡的開挖，其中的破壞形式為沿著節理面進行滑落，有著垂直節理當中的黃土邊坡，呈現出來的破壞形式為倒塌，在沒有構造節理當中的黃土邊坡，呈現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便是其濕陷性，為在較強的壓力作用下，受到水的浸濕，迅速對土體結構產生破壞，最終導致下沉[2]。但是，并不是全部的黃土都有很強的沉陷性。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。

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

黃土的空隙率比較大，有極強的透水性，地表水非常容易向下滲透，并具有垂直節理發育的特征。這樣，垂直方向當中的滲透系數會遠遠超過水平的方向。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。黃土會以垂直節理切割的土柱形式將其全部應用在襯砌上[3]。這樣襯砌會出現豎向開裂的情況。并且，因垂直節理的發育、地表水下滲，會使黃土產生膨脹和土崩，發生下沉和濕陷，圍巖的側壓力會明顯增大，使黃土出現膨脹以及崩解的現象，向下沉陷，使圍巖側壓力增強，支護拱腳會出現變形的情況，圍巖失穩，使隧道出現明顯的沉降變化。

2.2 地表水

通常情況下，由于地表裂縫的出現，隧道上部土體會沿著裂縫處出現剪切的破裂面。隧道的上部土體產生的應力會重新進行分布[4]。在隧道的頂部，由于黃土陷穴的出現，會導致地表的裂縫不斷向縱深方向發展，這樣便使內層結構的整體性受到極大的破壞。此外，由于地表水的滲透等，隧道的基底會出現因為潮濕發生的變形，這樣隧道便出現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，都會使隧道出現強烈的變形和沉降。此外，因為地裂對圍巖造成的破壞，隧道內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

在實際施工的過程中，要在地下水比較嚴重的地方注意是否會有涌水的現象發生，并做好安全檢查等各項工作，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，初期支護要觀察工字鋼是否出現下沉及變形；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象。

3.1 二襯環向裂縫

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 預防措施

（1） 仰拱及二襯施工縫在一條線上；（2） 襯砌鋼筋保護層按設計施工，每環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, 然后用環氧樹脂水泥砂漿錨固，每隔20cm設置一個注射口，推注環氧樹脂漿液。

3.2 仰拱縱向裂縫

3.2.1 主要原因

（1） 圍巖壓力增大，地質變形；

（2） 仰拱設計支護參數較弱，如仰拱無鋼筋；（3） 仰拱及填充一起施工。

3.2.2 預防措施

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

（2） 增強支護參數，尤其是襯砌鋼筋成環；

（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，高標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） 切縫時間不及時；

（3） 混凝土強度不足即通車；

（4） 施工時溫度過低，當溫度升高時路面板拱起，重車一壓形成斷板。

3.3.2 預防措施

（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） 路面混凝土強度達到100%方可通車；

（4） 盡量常溫天氣施工路面，如溫度低時施工可多設置漲縫。

3.3.3 處治措施

沿裂縫兩側各20cm寬切成1∶0.15斜坡，切至板底，然后植筋焊接雙層鋼筋網，高標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，經常會沿著隧道的走向在兩側產生地表裂縫，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） 黃土陷穴主要因為黃土具有的濕陷性，在雨水及灌溉用水侵蝕而成；

（2） 根據經驗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，黃土向下堆積的層層累加在地表形成裂縫，裂縫多與隧道掘進方向相同，范圍與黃土地層的破裂角有關，一般為隧道兩邊墻拱腳開挖線斜向上45°～57°度左右，多為裂縫出現區域[5]。

3.4.2 預防措施

首先，在施工的過程中，做好地表排水工作，要制定相應的預防措施，并根據具體的情況進行治理。其次，在對隧道洞頂陷穴及裂縫進行預防的過程中，可通過“快開挖、強支護、快封閉”減少對圍巖的擾動，縮短圍巖的暴露時間；增大拱腳減少沉降，從而有效減少地表裂縫的出現[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以內的陷穴采用開挖后分層夯實的方式；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，采用小型夯實機械或人工石錘進行分層夯實，回填高度高出原地面10cm。溝槽開挖完成后及時回填，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，出口左側形成光滑的滑動面，平時經常有土滑下，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小于45°。

3.5.3 處治措施

如已經出現了洞口滑坡的情況，可增加錨桿框格梁對邊坡進行防護。

3.6 姜結石堵塞中心排水溝

在隧道施工的過程中，還出現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，對其進行疏通時，會支出很大一筆費用，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合，隨水介質運移，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石阻塞中心排水溝。

3.6.2 預防措施

圖1 洞口滑坡體威脅行車安全

防治黃土隧道產生姜結石最根本的辦法就是防水與排水，即避免水與黃土接觸，打破姜結石形成的內環境，進而杜絕姜結石的產生；第一，截斷地表水入侵，回填黃土隧道洞頂的陷穴及裂縫；第二，在非黃土地段增加環向排水管及橫向排水管，及時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置截水墻，防止水從防水板后進入黃土地段。

3.6.3 處治措施

對于姜結石堵塞的中心排水溝，可采用化學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帶出阻塞物。

4 結語

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，受到水的侵蝕的時候，很容易變形以及失陷。所以，在正常施工的過程中，要嚴格依照施工的流程，如注意控水、加強支護、所檢測等原則進行施工，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的程序，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。

[1] 劉濤.山嶺區公路隧道施工安全保障及常見病害處治[J].城市道橋與防洪, 2016（8） ：228-229, 247, 22.

[2] 湯新福.貴州隧道施工中常見的巖溶病害形式[J].交通建設與管理,2014（12） ：104-106.

[3] 紀召啟. 土巖組合地層拱蓋法隧道施工動態風險評估[D].青島： 中國海洋大學, 2014.

[4] 聶利超. 隧道施工含水構造激發極化定量超前地質預報理論及其應用[D].濟南： 山東大學, 2014.

[5] 葉朝良. 黃土隧道施工地表裂縫形成機理及控制技術研究[D].成都：西南交通大學, 2012.

[6] 張東星.千枚巖隧道施工及常見地質病害防治技術[J].科技傳播,2012（1） ：134-136, 129.

[7] 石玉玲. 濕陷性黃土地區公路路基陷穴治理方法研究[D].西安： 長安大學, 2003.

[8] 張風生. 大斷面黃土隧道地表地表裂縫預防處理技術 [J].鐵道建筑技術, 2013（增1）