浅析黄土隧道选址要点

高宏刚

中国黄土分布面积广、厚度大、层位齐全，具有特殊成分和工程地质特性。在特殊的自然条件和地质构造背景下，黄土区形成了塬、梁、峁、沟谷等地形地貌，在这些切割强烈、地形起伏较大的黄土区，随着国家基础建设力度的加大和西部大开发的深入，我省陆续修建了一些高等级公路黄土隧道，如甘肃馋(口)柳(河沟)高速公路新庄岭隧道、平(凉)定(西)高速公路的太平隧道和静宁隧道。这些在黄土中修建的隧道明显区别于山岭石质隧道和南方土质隧道，具有典型的黄土工程特性，产生了一些新的工程地质灾害。因此有必要研究黄土隧道可能产生的工程地质灾害，为隧道设计、施工提供新的依据。

1 黄土隧道围岩类型的划分

黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊的大陆松散沉积物，并在古地形基础上继承性堆积形成幔覆结构。黄土按成因可分为原生黄土和次生黄土，习惯上把原生黄土也叫典型黄土，次生黄土也叫黄土状土。

1.1 典型黄土地质类型

典型黄土具有以下特征:颜色多呈黄色、淡灰黄色和褐黄色，以粉粒成分为主，结构均匀无层理，疏松具大空隙，垂直节理发育，富含碳酸盐，具有湿陷性。根据黄土形成的年代远近及工程性质的差别，典型黄土可分为以下三种:甲类:中下更新统黄土(Q～Q1)，土质坚硬密实，物理力学性能高，无湿陷性。这种类型的隧道一般安全稳定性好。乙类:中更新统上部黄土(Q)，土质较新黄土密实，夹3层～5层古土壤。一般有轻微湿陷性，物理力学指标较新黄土高，但低于下部黄土，应区别对待。丙类:新黄土(Q4～Q3)，新黄土组织疏松，大孔隙发育，柱状节理较多，渗透性强，一般有强烈的湿陷性。特别是自重湿陷性黄土，甚至混凝土的护养水都可造成隧道的变形和裂缝。隧道必须采取严密的防渗措施，避免湿陷变形而导致隧道的破坏。

1.2 黄土状土的地质类型

甲类:冲洪积成因的黄土状土经过流水冲刷、搬运和重新沉积，一般具有层理，并含有砂砾，细砂砾。多分布于黄土塬下部及河流两岸阶地，有时砂层厚10多米。在含地下水的情况下，最易产生喷砂冒水坍塌、冒顶等事故，特别是砂层在拱顶分布者对隧道稳定性最为不利。

乙类:古老滑坡体:有的隧道不可避免的要经过古老滑坡体，滑坡体内裂隙发育，底层紊乱，有时有地下水及砂砾石层，地质条件极为复杂。

2 黄土隧道的线路选择

2.1 从地形上考虑

路线应选择隧道最短的位置穿过黄土塬，在隧道进、出口地带均有大小不同的冲沟或弯道，而梁两侧相对较大的沟道可能是洞身最短的路线位置。值得注意的是，隧道位置的塬梁地面，应该是平整或凸起的地形。在隧道位置的塬梁地面不应有洼地存在，特别避免封闭式的存贮地表径流的洼地。洞线也应该避开塬面上的较大渠道，否则，集流洼地和渠道的水，可能成为隧道的不稳定因素。

2.2 从黄土构造方面考虑

从构造方面应该考虑黄土构造的大裂隙，黄土地区区域性的大裂隙一般有几组，要通过调查、访问和勘探，找出影响路线安全的几组。

该类型的裂隙宽度大，影响深，平时被地表黄土覆盖，大暴雨或地震时，部分裂开暴露，有的沿沟谷或洼地发育，成为地表水的排泄通道。路线选择在大裂缝同一方向上是极不利的选择。

2.3 岩性上的选择

黄土时代越老，强度就越高，作为隧道围岩的稳定性就越好。工程勘察时应查明湿陷性黄土的分布深度、新老黄土的分层界面，可以调整路线坡降使隧道处在无湿陷性的黄土中或古土壤和钙质结核互层的老黄土中，最好是厚层钙质结核层作为隧道洞顶围岩，将是理想的路线方案。

2.4 隧道与滑坡体

在黄土地区应避免隧道穿越滑坡体，如无法避免或有经济比选价值，应首先查明该滑坡的滑动面深度，各滑块的位置关系，滑坡体岩性分布及地下水情况。证明该滑坡体早已稳定且不可能再复活。其次研究隧道穿越滑坡体的方案。最有利的路线方案是滑坡体中段的较大滑块的中部，而且选择整体滑移，岩层错乱少、岩性均一的滑块。各滑块的交界处，裂隙发育，岩性混杂，对隧道和滑坡稳定均不利，应注意绕避。

2.5 地下水条件

黄土处于饱和状态和非饱和状态的工程地质性质差别很大，如果隧道洞身处于冲积饱和状态的黄土中夹水平层理的细砂或砂砾层，将会产生流沙破坏或排水困难的问题。路线选择或设计时应调整坡降，设法使洞身处于地下水位以上。

3 黄土隧道进出口位置的布置

3.1 隧道进、出口的岩性变化

隧道洞身深埋于地下，大多置于老黄土地层或相对稳定、密实的新黄土中。进、出口埋深浅，且处于斜坡地段，多有新黄土或新近堆积黄土堆积，该黄土工程性质较差且多有湿陷性，路线选择时应对厚层的湿陷性黄土绕避，对薄层的进行挖除。

3.2 进、出口边坡的稳定问题

隧道进出口边坡常被削成人工边坡，这种黄土高边坡如果有大的崩塌和滑移，将堵塞洞口造成交通事故，因而进出口边坡的稳定问题是隧道进出口方案比较的主要因素之一。因此，在勘察时应选择有代表性的剖面，布置勘探工作，取样试验并演算边坡稳定，对不稳定的边坡提供处理措施方案。

4 黄土隧道的破坏形式

许多工程实践证明，随着隧道的开挖，在掘进方向的前方，从地面至隧道高程的不同层位的土层，相继发生沉降，即“前期沉降”。其范围从掌子面向前约2.5倍的洞跨间距，沉降量大约为最终沉降量的30%～40%。隧道正在开挖的部位，沉降发展的最为活跃，以后由于衬砌对土体的稳定作用沉降明显降低。当沉降大部分完成，土体就处于稳定了，这部分沉降成为“后续沉降”。在无支护的情况下，一般毛洞开挖3 d以后，洞壁开始有细微裂纹出现，逐渐扩大，5 d以后开始有零星掉块和塌落。10 d～15 d后有较大规模的坍塌，数月后有大规模的坍塌。因此，黄土隧道围岩变形破坏的时间效应特别显著，一般开挖后及时衬砌和回填，坍塌则可以避免。另外，隧道与支洞或通风竖井的交汇处、不规则的突变点、严重超挖及轴线偏离段，都易产生较大的塌方和掉块。从坍塌土体的机构面看，它们大多是开挖前就已潜存于土体中的软弱结构面，并往往构成地下水的运动通道。所以，黄土隧道中有水滴出的软弱结构面地段往往是严重塌方地段，必须特别注意。

5 结语

黄土是第四纪大陆松散堆积物，与人类活动密切相关，近年来陆续修建了一些黄土道路隧道，黄土隧道施工技术取得突破性进展。而黄土地层中修建的隧道明显区别于山岭隧道和南方土质隧道，具有明显的黄土工程特性。

1 )路线应选择隧道最短的位置穿过黄土塬，在隧道位置的塬梁地面不应有洼地存在，特别避免封闭式的存贮地表径流的洼地。洞线也应该避开塬面上的较大渠道。2)工程勘察时应查明湿陷性黄土的分布深度、新老黄土的分层界面，可以调整路线坡降使隧道处在无湿陷性的黄土中或古土壤和钙质结核互层的老黄土中。3)在黄土地区应避免隧道穿越滑坡体，如无法避免或有经济比选价值，应首先查明该滑坡的滑动面深度，各滑块的位置关系，滑坡体岩性分布及地下水情况。4)黄土处于饱和状态和非饱和状态的工程地质性质差别很大，路线选择或设计时应调整坡降，设法使洞身处于地下水位以上。5)隧道进、出口路线选择时应对厚层的湿陷性黄土绕避，对薄层的进行挖除。边坡常被削成人工边坡，在勘察时应选择有代表性的剖面，布置勘探工作，取样试验并演算边坡稳定，对不稳定的边坡提供处理措施方案。6)黄土隧道围岩变形破坏的时间效应特别显著，一般开挖后及时衬砌和回填，坍塌则可以避免。隧道与支洞或通风竖井的交汇处、不规则的突变点、严重超挖及轴线偏离段，都易产生较大的塌方和掉块。另外，黄土隧道中有水滴出的软弱结构面地段往往是严重塌方地段，必须特别注意。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［2］ JTJ 064-98，公路工程地质勘察规范［S］.

［3］ GB 50021-2001，岩土工程勘察规范［S］.

［4］ 乔平定，李增钧.黄土地区工程地质［M］.北京：水利电力出版社，2010.