濕陷黃土隧道結構破壞形式及處理措施分析

中圖分類號 U451 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）08-0156-04

0 引言

黃土作為一種特殊土體，廣泛分布于我國西北地區，其獨特的工程性質對隧道建設提出了嚴峻挑戰。濕陷性黃土在天然狀態下具有較高的強度，但遇水后結構迅速破壞，強度顯著降低，產生顯著附加沉降，導致隧道結構承受不均勻應力，進而引發開裂、錯臺、剝落、變形等病害，威脅隧道運營安全。近年來，隨著我國西部大開發戰略的深入推進，黃土地區交通基礎設施建設步伐不斷加快，隧道工程規模和數量持續增長，且隨著居民生活質量的提高，對生活質量（便捷性、靈活性、舒適性和安全性）將提出更高的要求，出行時對軌道交通的首選性，促使軌道交通不斷發展，然而由于黃土濕陷性引發的隧道問題日益增多，存在不同程度的濕陷性病害，易造成經濟損失和社會影響。

因此，深入研究濕陷黃土隧道結構破壞形式及其機理，提出科學合理的處理措施，對于保障濕陷黃土地區隧道工程安全建設和運營具有重要的理論意義和現實價值。該文將從濕陷性黃土的工程特性出發，分析濕陷黃土隧道結構的主要破壞形式及其成因，并針對不同破壞形式提出相應的處理措施，研究成果以期為濕陷黃王隧道工程的設計、施工和運營后期維護提供參考依據。

1隧道結構

1.1 區間介紹

某城市原地面線高低起伏，現地面線為約 2 . 8 % 地面縱坡，地鐵盾構法區間隧道坡度較大，縱向最大坡度 ，豎曲線半徑 R = 2 9 0 0 m ，隧道拱頂最深埋深約1 1 0 0 0 m m ，在區間中間部位設聯絡通道一處。

隧道管片外徑 6 0 0 0 m m ，內徑 5 4 0 0 m m ，管片厚度3 0 0 m m ，管片寬度 1 5 0 0 m m ，每環管片分6塊 3 B + 2 C + F ，B為標準塊，L為鄰接塊，F為封頂塊）。管片配筋采用HPB300、HRB400，混凝土強度等級為C50，抗滲等級P10，隧道襯砌環縱、環縫采用彎6.8級M27螺栓連接為整體，隧道盾構掘進管片采用錯縫拼裝。

1.2 管片現狀

通過對隧道病害實際情況的調研統計，隧道結構出現不同的破壞，且有局部變形，病害大多出現在濕陷性黃土地層中，主要表觀表現如下：

調研結果顯示病害形式多種多樣，有破損、剝離、裂縫、錯臺、空響、變形、滲漏水等濕陷性病害，部分隧道出現道床脫空現象以及排水溝脫空情況，調研統計的實際情況如圖1為管片結構破損病害情況，圖2為管片結構裂縫病害情況。

1.3環境調查

（1）隧道病害較為嚴重范圍路段為該區域最低點，路口以北、以南、以東的雨污水在交叉口匯集后集中向西排放，但向西市政道路及雨污水管均未實施，井內長期滿管積水。

（2）隧道施工后，因周邊村子拆遷，建筑垃圾清運以及遺留垃圾，使隧道上方存在填埋周邊拆遷的建筑垃圾的情況。

（3）周邊安置小區項目基坑已施工完成，但肥槽未進行回填，肥槽長期積水。

（4）隧道上方的地面道路實施完成后，該道路有大型運輸車輛經過。

2 隧道破壞形式

2.1原因分類

根據隧道周邊環境因素調查分析隧道病害原因主要是如下兩方面：

（1）隧道頂部未啟用管道長期積水，及安置小區項目肥槽長期積水，導致隧道周邊濕陷性黃土土體遇水軟化，強度驟降，對隧道約束力下降，致使隧道結構出現病害。

（2）隧道頂部地面以下 覆土均存在大量填埋的磚渣、混凝土等拆遷建筑垃圾，使隧道覆土存在大量空隙，土體不密實，荷載不均勻，導致隧道管片結構受力不均。

（3）隧道完成后對應地面道路荷載發生變化，前期有建筑垃圾清運，后期有大型運輸車通過，致使結構所受荷載發生變化。

2.2 破壞特征分析

對地鐵區間整個隧道管片結構病害情況詳細調查統計后，發現受損表面特征與大型管片結構加載試驗平臺試驗結果基本一致，總結如下：

（1）拱頂管片出現不同程度的裂縫，均集中在拱頂部位的連接塊上，隨著壓力不斷增大，裂縫寬度及深度不斷發展增大；實際隧道情況表現為隧道兩側土體不斷軟化，約束力不斷下降，拱頂下沉，裂縫不斷增大加深。

（2）加載過程，首先出現管片混凝土內部空響，說 明鋼筋受拉或者受壓后，與混凝土有脫離現象，或者混 凝土內部出現崩開；實際隧道初期表現為結構內部空響。

（3）管片結構內部崩開，敲擊出現空響過后，結構部分位置出現破損剝落，甚至直接掉塊，大部分破壞集中在拱頂以及拱腰，分析拱頂鋼筋受拉，拱腰鋼筋受壓；根據對實際管管片結構破壞的跟蹤，空響變為破損剝落。

（4）破損剝落集中在管片拼縫位置以及連接螺栓孔周邊位置，連接位置為整環管片受力中比較薄弱位置，易發生位移，拱頂下沉，管片拼縫出現張開，管片鋼筋及連接螺栓受拉，混凝土已發生崩塊剝落；拱腰收斂增大，管片結構受壓，拼縫受到擠壓，混凝土發生崩開剝落。

3 處理技術

3.1 裂縫處理

根據現場裂縫檢測統計，部分裂縫寬度較大，拱頂裂縫根據裂縫寬度分為兩種情況，不同的寬度采用不同的處理措施。

（1）裂縫寬度小于 0 . 2 m m 時，采用封閉法。

首先對裂縫兩側管片基面清理干凈，為封閉施工美觀度，在裂縫兩側 5 0 m m 位置貼美紋紙，對裂縫位置涂刷 2 ～ 3 次剛性環氧樹脂，利用虹吸法吸入環氧樹脂漿液填充結構內部裂縫，表面封閉裂縫。如圖3封閉效果，待凝固后采用環氧膠泥二次封閉，最后撕掉美紋紙。

（2）裂縫寬度大于等于 0 . 2 m m 時，采用騎縫注漿[1]的方法處理。

將裂縫兩側管片基面清理干凈，在裂縫部位鉆孔安裝專用注漿嘴，如圖4騎縫注漿嘴構造示意圖，單條裂縫注漿嘴間距在 1 0 0 ～ 3 0 0 m m 之間。

注漿嘴安裝完成后，使用環氧膠泥將裂縫及兩側 5 0 m m 范圍內封閉，以防漿液外溢，如圖5騎縫注漿實際圖。

3.2 破損剝落處理

破損情況在隧道結構病害中較為常見[2]，工程中根據不同部位危害影響程度制定不同的措施。

（1）破損位置在拱腰以上，進行補強[3]處理，防止二次掉塊傷害運營車輛，影響正常運營。

清理干凈破損部位基面，不能存在松動的浮渣浮塵，且需要露出堅實基面，鉆孔植入鋼筋頭，安裝鋼絲網片，并固定牢固，如圖6安裝鋼絲網片施工圖。

先用水濕潤基面，以便黏結劑[5]更好地附著在基面，再采用黏結劑噴涂待修復基面，及時采用環氧砂漿逐層堆砌，如圖7修復現場施工圖。

（2）破損剝落位置在拱腰以下部位，對運營車輛影響較小，可直接采用環氧砂漿逐層堆砌修復；如破損較深，仍采用鉆孔安裝鋼筋頭固定鐵絲網，再用環氧砂漿逐層堆砌修復，修復表面光滑平整，調整與管片色差。

3.3管片結構內空響處理

管片空響根據是否能敲擊掉塊，分兩種情況制定不同的處理措施。

（1）對空響位置敲擊，能掉塊時，采用電錘鑿除空響表面混凝土，但仍需要根據空響所在位置及其大小深度判斷是否鑿除；鑿除后根據破損處理措施進行修復。

（2）敲擊不能掉塊時，處理措施同裂縫寬度大于等于 0 . 2 m m 的情況，在空響范圍鉆孔安裝專用注漿嘴，注射環氧樹脂填充空響范圍，邊注射填充，邊敲擊填充部位，根據實際情況移動填充部位以及改變填充壓力以保證填充效果。

3.4管片結構變形處理

隧道兩側濕陷性黃土遇水軟化后，對隧道的約束力驟降，地層承載力不足，導致圓形管片發生橢變，為提高管片結構的承載能力和隧道穩定性，改變管片受力狀態。常采用的結構加固方法包括鋼架加固、黏鋼加固[、錨桿加固、注漿加固、套拱加固等措施。

隧道管片變形處理需要遵循“監測預警一原因分析—動態治理一長期維護”的閉環流程，注重多種技術措施協同應用。預防性維護（如施工期精細化控制）比事后修復更經濟、有效。未來可結合BIM技術、智能傳感等手段提升病害治理效率。

4施工難點

4.1有效時間短

運營隧道處理是在地鐵停運以后進入隧道施工，攜帶工器具較多，作業支架復雜，施工前準備及施工后場地清理花費大量的必要時間，使施工作業有效作業時間短。

4.2既有設施設備保護難度大

病害處理期間，既有設施設備的保護面臨多重技術與管理挑戰。首先，設施設備復雜性高，專業性高。運營隧道內通常集成通風、照明、消防、監控、通信、電力等多類系統，設備種類繁多且分布密集。其次，施工空間受限與動態干擾并存。隧道內部空間狹窄，既有設備占據大量有效作業面，大型機具難以展開，此外，設備關聯性與敏感性突出，隧道設備系統具有強聯動性，局部改造可能觸發連鎖反應。最后，既有設備多處于持續運行狀態，施工中需確保其功能不受損，管理界面復雜，容錯空間極小。所以運營隧道施工中的設備保護需兼顧空間約束、系統關聯、動態風險及多專業協同，難度較大。

4.3 拱頂作業風險大

運營隧道施工不能影響次日正常運行，拱頂施工應確保結束之前表面凝固，不存在二次掉塊的情況。時間短，風險大施工難度大。

4.4 隧道出清風險

施工結束后殘留物清理與設備復位時效性極強，應在限定的時間內對所有作業面進行清理干凈，對照工器具統計表檢查復查，不能遺留任何工器具或者物品，以防影響列車正常運營。

構類似受損管片具有較好的指導意義，可為濕陷黃土地區隧道工程的安全建設和運營提供更加可靠的技術保障。

5總結

隨著城市地鐵運營隧道里程越來越多，運行時間越來越長，外部環境變化或者其他不同因素導致隧道受損越來越多，需要在運行期間及時處理，以保證地鐵列車運營安全。

該文以某城市濕陷性黃土中地鐵隧道出現病害為背景，利用統計法和試驗結合的方法系統地分析了濕陷性黃土中地鐵隧道管片結構受損的典型特征以及破壞表觀形式，并針對不同的破壞形式特點制定不同的針對性的措施，以保證隧道結構的穩定以及地鐵運營期間的安全。

在實際施工過程中，更是需要嚴格按照工藝流程以及技術措施控制要點進行施工，通過卡控措施的有效性、及時性，加強過程實施的質量管控，提高措施實施效果。該文針對不同的病害特征分類使用不同的措施，使濕陷性病害的處理更有針對性，提高了受損結構處理的精確度，實際工程中取得了良好的效果，研究成果對隧道結。

參考文獻

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