黃土隧道常見病害防治措施探討

吝罡

摘要：現階段，由于黃土隧道的地質條件具備一定的特殊性，因此，這就對于施工工序以及相關的施工工藝提出了非常嚴格的要求，明確規定相關人員在具體隧道施工期間，需要引進新型的施工技術，再加上施工過程因為經常受到相關因素的影響而發生病害問題，所以，在具體的施工期間，就需要根據實際情況制定相關的預防策略，加大對相關問題的解決力度。在本文中，主要是針對黃土隧道施工中經常遇到的問題進行了詳細的研究，然后根據其特點以及黃土隧道施工中病害發生的原因進行了有效的分析，提出了相應的黃土隧道病害防治措施。

關鍵詞：黃土隧道；病害；防治措施

黃土隧道本身是屬于干旱半干旱區域的沉積物，其特點為多孔，并且是以粉土顆粒為主，在這其中包含了較多的碳酸鹽，然后顏色為黃色。再者，黃土的滲透性和濕陷性特點非常的明顯，這樣一來，就會發生崩潰情況。而在外荷的壓力下，經常會受到水侵蝕的影響，進而發生形變以及失陷情況。其主要是以風積為主，有大孔性，垂直節理以及架空孔隙發育，可溶性鹽以及膨脹性粘土礦物質含量比較的大，所以濕陷性較強，其承擔的壓力比較差，容易引發黃土隧道工程質量問題。其中，經常出現的病害表現為：二襯環向裂縫、仰拱縱向裂縫以及路面短板等一系列問題。基于此，本文對于黃土隧道施工常見病害的提出的預防措施如下所示。

1、 當前黃土工程的基本特點

在黃土隧道工程施工期間，比較重要的問題是在最大程度上保護黃土的天然結構強度，這個是為了防止因為變形產生裂縫而出現強度危害問題，因此，就需要選擇出科學合理的支護結構方式，這是因為黃土隧道和巖石隧道不一樣，黃土隧道會隨著開挖圍巖的收斂變形而出現一定的壓力，從而達到新的平衡點，而在這樣的情況下就會根據變形的增加使得破壞力度隨之增加，最后引起混凝土襯砌的變形情況。不僅如此，在施工過程中，還需要做好方式層、排水系統的分布和質量的保障措施。

1.1黃土滲透性分析

在老黃土中，內部結構的情況比較的明顯，比如，斜節理以及新黃土中的原生柱狀垂直節理并沒有完全發育好，也沒有發現帶有結構性的節理。這個僅僅是存在于黃土結構中，而該種情況的出現會直接影響到路基邊坡的牢固性。之后在具體的結構節理黃土表層中，還需要對邊坡進行開挖，在這其中，破壞的方式大多數為節理面進行滑落，當然還有著垂直節理中的黃土邊坡，可能就會直接表現出破壞方式的倒塌，另外，在沒有節理中的黃土邊坡中，會帶來一定的影響。

1.3黃土的濕陷性分析

一般情況下，黃土中比較重要的工程性質就是濕陷性，所以在承載壓力的情況下，經常會受到水的侵蝕，這樣的話就會直接對黃土體結構帶來一定的破壞，最后就會使得黃土體出現沉降。然而這個并不是所有的黃土有比較強的沉陷性。另外具有沉陷性的黃土厚度也不是很大，經常情況下在上部的20m范圍內。

2、 黃土隧道施工常見病害發生的主要原因

2.1 黃土工程中存在的特點

黃土的縫隙率相對而言還是比較大的，并且有著比較強的透水性，其地表水也是比較容易向下滲透的，而且有著垂直就節理發育的主要特點。所以垂直方式中的滲透系數會一直超過水平方式的。所以，地表水還是會以垂直滲入為主要方式，其水平方式范圍比較小，而且根本沒有豎向的摩擦力進行運行。一方面，黃土需要以垂直節理切割的方式直接使用在襯砌上，在這樣的情況下，襯砌會出現豎向開裂的情況。另外一方面，如果是因為垂直節理的發育或者是地表水下滲，那么就會產生膨脹以及土崩情況，嚴重時會出現下沉和濕陷問題，其周圍巖石的承載壓力也會隨之加大，由此一來，就會使得黃土出現膨脹以及崩解的情況，進而向下沉陷，最后使得圍巖側壓力不斷提高，其支護拱腳也會發生變形問題，圍巖失穩，這就代表著沉降發生變化。

2.2 地表水原因

在正常情況下，因為地表縫隙的出現，這個時候黃土隧道上部分土體會沿著裂縫處剪切破裂面。首先，在黃土隧道中，上部分土體所產生的應力會重新進行布置，而在隧道的頂部中，可能黃土陷穴的出現，就會使得地表縫隙會朝著縱向方式發展，由此一來，就會使得內部結構在整體性發生很大的改變。其次，地表水的滲透原因，隧道基底還會因為潮濕的現象會發生很大的改變，最后黃土隧道出現沉降以及變形的情況。

2.3 隧道深埋原因

其實在黃土隧道深埋地段中，經常會受到地表水帶來的各種影響，并且圍巖本身的承載力度也會比較大，所以在這樣的情況下，就會使得隧道出現比較大的變形情況。另外，由于地表會對圍巖帶來很大的影響，所以隧道內部比較集中的病害還是深淺埋的過程。

2.4 黃土隧道中錨桿存在問題

黃土隧道拱部系統錨桿起到作用還是比較大的，尤其是在淺埋隧道拱部隧道系統錨桿設置問題上，就已經成為當前黃土隧道要面臨的問題，當前對于黃土隧道錨桿還是有著兩種不同的看法：第一，在鋼架支護下，黃土隧道中的系統錨桿其實沒有完全發揮出自身的作用，所以不需要進行設立；第二，面對系統錨桿而言，要想在最大程度上提高的牢固性還是有著比較明顯的作用，那么在這個時候需要提前設置好系統錨桿。如果相關的 工程有自己的意見，其理由還需要充分，怎樣設立好正確的系統錨桿，這個有中立和客觀的觀念，分別是系統錨桿需要結合工程的實際情況進行設立，具體可以直接分析為深埋黃土隧道以及土體塑性區范圍中。而面對隧道開挖以后洞頂土體就會直接呈現出沉降趨勢，相應的土體還會發生塑性變形，如果再考慮到黃土地表層垂直節理發育的特點，那么淺埋黃土隧道系統錨桿并沒有很大的深埋隧道大，然而還是需要根據設計中進行取消或者是結合實際情況下定論。

2.5 片幫以及襯砌裂縫

首先，片幫是在黃土隧道以后開始的，并且軟期結構年還是存在一定的開挖結構，這樣的話就會使得局部應力不集中，從而會產生不良的現象。而圍巖不穩定初期的大體表現其實是襯砌前后發生裂縫的，隨著縫隙寬度的不斷提高，襯砌結構就會出現很大的壓力，而在這個時候圍巖結構的壓力就會出現很大的變化，從變形壓力轉向松散壓力，由此一來，就會導致襯砌出現裂縫、格柵或者是鋼拱架如果發生變形的話，那么其原因是因為襯砌方式和實際壓力分布不符合，或者是還有其他一個原因是在硬化的時候本身收縮和施工過程中溫度所形成的，這個就直接分為縱向縫隙和環向縫隙。此外，襯砌縫隙是黃土隧道施工中經常出現的問題。

3、 黃土隧道運行期間存在的問題

3.1 運行期間襯砌防排水出現的問題

從當前國內已經竣工的運行情況能夠看出來，還是存在隧道襯砌結構滲漏水的問題。尤其是在隧道中，比較嚴重，可能還會直接形成隧道襯砌漏水以及涌水等情況。一方面，在黃土隧道排水系統的運行過程中，可能就會使得黃土隧道圍巖附近發生很大的變化，直接關系到隧道運行的安全性。另外一方面，黃土隧道滲漏水病害的原因有地質條件以及人為因素兩種類型。而在地質條件中就會包括到黃土的工程特點以及內部結構和水文地質條件等。在人為因素中可能是對水文地質條件不合理性，根本沒有采取有效的解決措施。

3.2 運行期間襯砌裂損以及腐蝕

因為隧道襯砌出現縫隙或者是變形會直接影響到圍巖的承載能力，而且還會給隧道內部凈空收斂侵入帶來很大的影響，會直接關系到運行車輛的安全性。同樣的情況下，隧道拱部襯砌滑落，就會危及到過往車輛的安全性。不僅如此，隧道維護以及養護的工程量會有所提高。此外，隧道在正常運行情況下會對損壞襯砌進行維修，這樣的話對于施工干擾力度會比較大，其維修費用不斷提高。

面對不同隧道所穿越的地層來講，地質條件上也有著很大的不同，在這其中地層中就 有比較多的腐蝕性介質，并且這些帶有腐蝕性五十的滲漏水會關系到襯砌結構產生發腐蝕作用，這個就可以直接劃分為物理性腐蝕和化學性腐蝕兩種情況。而隧道襯砌結構腐蝕的主要因素是襯砌在進行運行的時候質量以及使用到的水泥規格，其滲入襯砌結構的滲漏水中包括的腐蝕性物質類型和濃度和所處環境溫度和濕度相等。

3.3 隧道凍害存在的問題

隧道凍害簡單是指位于嚴寒區域內的隧道洞內水流和圍巖內部積水而直接凍結形成的，這樣的話，就會使得隧道拱頂掛水以及邊墻結冰等多種問題都會直接關系到線路的安全性和結構正常的使用性。另外，隧道凍害的形成的根本原因會經常受到寒冷溫度或者是季節凍結圈的形成等施工影響的作用。

3.4 隧道震害存在的問題

因為地震隧道經常會受到破壞，普遍的就是震害停運形成的經濟損失會直接超過隧道自身的維修費用。由此一來，就會使得隧道地震破壞的原因有工程地質條件和抗震設計以及工程質量等。

4、 黃土隧道在施工中遇到病害的解決措施

通常情況下，在具體施工的時候，需要在地下水比較嚴重的地方注意到是否會出現涌水情況，而且還需要做到相應的安全檢查工作，更要根據隧道的頂拱以及拱腳等多個部分，尤其是拱頂是否有縱向縫隙等多種問題，在初期支護階段需要觀察到工字鋼是否會出現變形情況；所以在襯砌施工完成以后，還要注意到混凝土襯砌施工有縫隙和滲水現象。

4.1二襯環向裂縫

①形成的主要原因：第一地層不均勻沉降；第二襯砌鋼筋保護層比較厚；第三，臺車在進行施工的時候，根據存在的病害需要引起關注。

②解決措施：第一，仰拱或者是二襯施工需要保持在一條線上；第二，襯砌鋼筋保護層需要結合施工實際情況進行操作，而每環鋼筋在施工縫隙處會出現斷開的情況；第三，在條件可以的情況下，要盡可能的選擇使用9m襯砌臺車，當然還需要不斷降低12m臺車使用頻率。

③處理的解決措施：從縫隙角度出發，需要先對縫隙進行清洗，之后要涂刷環氧樹脂漿液直接進行密封；如果是大于縫隙范圍的話，還需要沿著縫隙方向鑿成寬為1.5-2.0cm的小形糟，最后需要使用環氧樹脂水泥砂漿進行錨固，或者是每間隔20cm要設立一個注射口，最后直接推注環氧樹脂漿液。

4.2仰拱縱向縫隙

①存在的主要原因：第一，圍巖壓力比較大，地質會出現變形；第二，仰拱在設計支護參數比較弱，比如仰拱沒有鋼筋；第三，仰拱以及填充需要一起進行施工。

②處理措施：第一仰拱在進行挖掘的時候需要形成平滑圓順的弧形，這是避免開挖不規則面形成的應力集中，當然還需要盡可能的降低對圍巖的干擾；第二，要不斷提高支護參數，特別是在襯砌鋼筋成環中；第三，需要將仰拱以及填充進行分開施工，這是避免仰拱縫隙會直接反射到填充層內。

③解決措施：需要沿著縫隙的兩邊直接分為1：0：15斜坡，其深度需要保持在合理的范圍內，之后要植筋焊接雙層鋼筋網以及高標號膨脹混凝土重新進行澆筑。

4.3 對于混凝土路面斷板問題

①形成的原因：在對黃土隧道進行施工的時候，還是會存在很多問題，這就包括到仰拱不均勻沉降以及切縫時間不及時、混凝土強度不夠，特別是在施工過程中溫度下降，會使得路面板拱起，重車會直接形成斷板。

②解決措施：需要選擇使用注漿以及擠壓的方式不斷提高對仰拱承載壓力；在不出現崩邊的情況下就開始進行切縫工作；路面混凝土強度達到百分之百的時候就可以通車；盡可能在常溫溫度下進行施工，如果是溫度低的時候需要設置好漲縫。

4.4隧道洞頂陷穴以及出現的縫隙

其實在實際的隧道施工過程中，如果裂縫長時間在水的侵蝕下，那么土體崩解就會直接形成陷穴。

①形成的主要原因：黃土陷穴出現的原因是因為黃土有著濕陷性，并且在雨水以及灌溉水直接形成的；結合以往經驗能夠看出來，因為隧道開挖對于圍巖有很大的干擾性，襯砌回填不夠密實，其黃土會向下不斷堆積地表形成裂縫，而在這個時候裂縫和隧道前進方式會一樣，范圍和黃土地層裂角有著很大的關系，大多數為隧道兩邊墻拱腳開挖線斜向上45°左右范圍內。

②解決措施：首先，在進行具體施工的時候，需要做好地表排水工作，更要提前制定出科學的解決措施，而且要結合實際情況進行防治；其次，如果對隧道洞頂陷穴以及裂縫進行處理的時候，需要根據快開挖以及強之后的情況進行操作，從而不斷縮小圍巖的暴露時間，最后還可以提高拱腳降低沉降。

5、 小結

以上所述，在對黃土隧道進行施工的時候，要求黃土有一定的特殊性，當然還需要嚴格進行操作，更要注意到控水以及加強支護等多種施工原則，不僅如此，需要做好預防病害的解決措施，找到其中存在的特點，將其落實到實際施工過程中，由此一來，可以很好的防止施工過程中出現的病害，最后還可以保證施工的安全性。

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（作者單位：中交路橋南方工程有限公司，北京通州）