黄土隧道施工常见病害防治措施简析

尹秀岩

中铁五局集团第二工程有限责任公司，湖南衡阳 421002

黄土为干旱半干旱地区的沉积物，其特征为多孔、以粉土颗粒为主，含有大量的碳酸盐， 颜色为黄色。此外，黄土的渗透性和湿陷性非常明显，容易崩解。在外荷及自重的作用下，受到水侵蚀时，很容易发生变形及失陷。其主要以风积为主，有大孔性，垂直节理和架空孔隙均较发育，可溶性盐以及膨胀性粘土矿物质含量非常大，所以湿陷性较强、承载力较差，容易引起黄土隧道工程质量问题，其中常见的病害包括：二衬环向裂缝、仰拱纵向裂缝、路面断板、隧道洞顶陷穴及裂缝、洞口滑坡体威胁行车安全、姜结石堵塞中心排水沟等问题。因此，本文针对黄土隧道施工常见病害防治措施做出了如下探究。

1 黄土工程的特征

在黄土隧道施工中，存在的一项非常重要的问题便是需要最大限度地保护黄土的天然结构强度, 避免因变形产生裂缝造成强度损失，选择能够有效控制变形的支护结构形式，因为黄土隧道不像岩石隧道那样会随着开挖围岩的收敛变形而发生应力的重分布, 达到新的平衡, 它只会随着变形的增大加剧破坏, 引发混凝土衬砌的变形。此外，另一个十分关键的问题为，在施工的过程中要做好防水层与排水系统的布设与质量的保证措施。

1.1 黄土的渗透性

在老黄土中，构造节理的情况非常普遍。例如：斜节理、新黄土当中的原生柱状垂直节理没有发育，没有发现有构造性的节理。存在于黄土中的节理，会控制路基边坡的稳定性。在具有结构节理的黄土层当中，对于边坡的开挖，其中的破坏形式为沿着节理面进行滑落，有着垂直节理当中的黄土边坡，呈现出来的破坏形式为倒塌，在没有构造节理当中的黄土边坡，呈现出来的破坏形式为滑坡[1]。

1.2 黄土的湿陷性

黄土最主要的工程性质便是其湿陷性，为在较强的压力作用下，受到水的浸湿，迅速对土体结构产生破坏，最终导致下沉[2]。但是，并不是全部的黄土都有很强的沉陷性。具有沉陷性的黄土厚度并不非常的大，通常情况下会在上部的20m之内。

2 黄土隧道施工常见病害发生的整体原因

2.1 黄土工程存在的特征

黄土的空隙率比较大，有极强的透水性，地表水非常容易向下渗透，并具有垂直节理发育的特征。这样，垂直方向当中的渗透系数会远远超过水平的方向。其中，地表水会以垂直渗入为主要的形式，水平方向的围压比较小，并且没有竖向的摩擦力。黄土会以垂直节理切割的土柱形式将其全部应用在衬砌上[3]。这样衬砌会出现竖向开裂的情况。并且，因垂直节理的发育、地表水下渗，会使黄土产生膨胀和土崩，发生下沉和湿陷，围岩的侧压力会明显增大，使黄土出现膨胀以及崩解的现象，向下沉陷，使围岩侧压力增强，支护拱脚会出现变形的情况，围岩失稳，使隧道出现明显的沉降变化。

2.2 地表水

通常情况下，由于地表裂缝的出现，隧道上部土体会沿着裂缝处出现剪切的破裂面。隧道的上部土体产生的应力会重新进行分布[4]。在隧道的顶部，由于黄土陷穴的出现，会导致地表的裂缝不断向纵深方向发展，这样便使内层结构的整体性受到极大的破坏。此外，由于地表水的渗透等，隧道的基底会出现因为潮湿发生的变形，这样隧道便出现了沉降变形以及开裂的问题。

2.3 隧道埋深

在隧道的深埋段，受到地表水带来的影响，围岩自身的重力增大，承载力变小等，都会使隧道出现强烈的变形和沉降。此外，因为地裂对围岩造成的破坏，隧道内较为集中的病害主要在深浅埋的过渡段。

3 黄土隧道施工常见病害防治措施

在实际施工的过程中，要在地下水比较严重的地方注意是否会有涌水的现象发生，并做好安全检查等各项工作，针对隧道的顶拱及拱脚等部分，特别是拱顶有无纵向裂缝等问题，初期支护要观察工字钢是否出现下沉及变形；衬砌施工完毕后，注意查看混凝土衬砌是否有开裂和渗水等现象。

3.1 二衬环向裂缝

3.1.1 主要原因

（1） 地层不均匀沉降；

（2） 衬砌钢筋保护层太厚；

（3） 台车一模施工过长。针对这一病害，在施工的过程中，要给予重视。

3.1.2 预防措施

（1） 仰拱及二衬施工缝在一条线上；（2） 衬砌钢筋保护层按设计施工，每环钢筋在施工缝处断开；（3） 如条件允许尽量采取9m衬砌台车，减小12m台车使用频率。

3.1.3 处治的措施

对小于0. 3mm的裂缝，先清洗，然后涂刷环氧树脂浆液直接封闭；对大于0. 3mm的裂缝，先沿裂缝方向凿成宽1.5～2.0cm、深3cm的V形槽, 然后用环氧树脂水泥砂浆锚固，每隔20cm设置一个注射口，推注环氧树脂浆液。

3.2 仰拱纵向裂缝

3.2.1 主要原因

（1） 围岩压力增大，地质变形；

（2） 仰拱设计支护参数较弱，如仰拱无钢筋；（3） 仰拱及填充一起施工。

3.2.2 预防措施

（1） 仰拱开挖要形成平滑圆顺的弧形，防止开挖不规则而引起应力集中，尽量减少对围岩的扰动；

（2） 增强支护参数，尤其是衬砌钢筋成环；

（3） 将仰拱及填充分开施工，防止仰拱裂缝反射至填充层。3.2.3 处治措施

沿裂缝两侧各40cm切成1∶0.15斜坡，深度60cm正梯形，然后植筋焊接双层钢筋网，高标号膨胀混凝土重新浇筑。

3.3 混凝土路面断板

3.3.1 主要原因

（1） 仰拱不均匀沉降；

（2） 切缝时间不及时；

（3） 混凝土强度不足即通车；

（4） 施工时温度过低，当温度升高时路面板拱起，重车一压形成断板。

3.3.2 预防措施

（1） 采用注浆及挤压桩等措施提高仰拱基层承载力；

（2） 不崩边掉角即可开始路面切缝工作；

（3） 路面混凝土强度达到100%方可通车；

（4） 尽量常温天气施工路面，如温度低时施工可多设置涨缝。

3.3.3 处治措施

沿裂缝两侧各20cm宽切成1∶0.15斜坡，切至板底，然后植筋焊接双层钢筋网，高标号膨胀混凝土重新浇筑。

3.4 隧道洞顶陷穴及裂缝

隧道施工的过程中，经常会沿着隧道的走向在两侧产生地表裂缝，而裂缝长期在水的浸润下，土体崩解形成陷穴。

3.4.1 主要原因

（1） 黄土陷穴主要因为黄土具有的湿陷性，在雨水及灌溉用水侵蚀而成；

（2） 根据经验黄土隧道地表裂缝多见于60m埋深以下，主要是由于隧道开挖对围岩的扰动，衬砌回填不够密实，黄土向下堆积的层层累加在地表形成裂缝，裂缝多与隧道掘进方向相同，范围与黄土地层的破裂角有关，一般为隧道两边墙拱脚开挖线斜向上45°～57°度左右，多为裂缝出现区域[5]。

3.4.2 预防措施

首先，在施工的过程中，做好地表排水工作，要制定相应的预防措施，并根据具体的情况进行治理。其次，在对隧道洞顶陷穴及裂缝进行预防的过程中，可通过“快开挖、强支护、快封闭”减少对围岩的扰动，缩短围岩的暴露时间；增大拱脚减少沉降，从而有效减少地表裂缝的出现[6]。

3.4.3 处治措施

对于隧道洞顶陷穴及裂缝病害的处理，可对埋藏1m以内的陷穴采用开挖后分层夯实的方式；对埋藏较深的陷穴灌注加部分水泥的粘稠泥浆（1∶8的泥浆比）[7]；沿地表裂缝开挖深度50cm，宽50cm的沟槽，用三七灰土回填，采用小型夯实机械或人工石锤进行分层夯实，回填高度高出原地面10cm。沟槽开挖完成后及时回填，避免雨水倒灌[8]。

3.5 洞口滑坡体威胁行车安全

如图一所示隧道，削竹式洞门，桥隧相接，出口左侧形成光滑的滑动面，平时经常有土滑下，造成一定的安全隐患。

3.5.1 主要原因

明洞过短，隧道出口边坡坡度大于边坡破裂角。

3.5.2 预防措施

减少一跨桥梁，增加明洞长度，明洞洞口与山体形成的坡度应小于45°。

3.5.3 处治措施

如已经出现了洞口滑坡的情况，可增加锚杆框格梁对边坡进行防护。

3.6 姜结石堵塞中心排水沟

在隧道施工的过程中，还出现一些黄土隧道中心排水沟常被灰白色絮状物阻塞的情况，造成路面渗水，对其进行疏通时，会支出很大一笔费用，增加了施工成本。

3.6.1 主要原因

黄土中富含碳酸盐，与水中或地层中钙相结合，随水介质运移，形成胶体溶液（胶体碳酸钙） ，在沉积作用过程中逐步凝聚形成姜结石阻塞中心排水沟。

3.6.2 预防措施

图1 洞口滑坡体威胁行车安全

防治黄土隧道产生姜结石最根本的办法就是防水与排水，即避免水与黄土接触，打破姜结石形成的内环境，进而杜绝姜结石的产生；第一，截断地表水入侵，回填黄土隧道洞顶的陷穴及裂缝；第二，在非黄土地段增加环向排水管及横向排水管，及时将水排入中心排水沟中；第三，在黄土与其它地层交界处提前设置截水墙，防止水从防水板后进入黄土地段。

3.6.3 处治措施

对于姜结石堵塞的中心排水沟，可采用化学及物理两种办法解决，首先，如隧道中的水不作为饮用或灌溉用水，可适当加入稀盐酸来溶解堵塞物；其次，如外部原因所限，人员可下到中心检查井，用长硬塑管来回抽拉，再配合大功率抽水机带出阻塞物。

4 结语

总之，在施工的过程中，由于黄土存在一定的特殊性，干旱半干旱地区的沉积物多以孔、粉土颗粒为主，含有大量的碳酸盐，颜色为黄色，渗透性和湿陷性非常明显，非常容易崩解。在外荷作用以及自重的作用下，受到水的侵蚀的时候，很容易变形以及失陷。所以，在正常施工的过程中，要严格依照施工的流程，如注意控水、加强支护、所检测等原则进行施工，认真做好预防病害的措施，找出其中的规律和特征，严格落实每一道施工的程序，可有效并避免施工过程中出现的病害和事故，保障施工的安全和质量。

[1] 刘涛.山岭区公路隧道施工安全保障及常见病害处治[J].城市道桥与防洪, 2016（8） ：228-229, 247, 22.

[2] 汤新福.贵州隧道施工中常见的岩溶病害形式[J].交通建设与管理,2014（12） ：104-106.

[3] 纪召启. 土岩组合地层拱盖法隧道施工动态风险评估[D].青岛： 中国海洋大学, 2014.

[4] 聂利超. 隧道施工含水构造激发极化定量超前地质预报理论及其应用[D].济南： 山东大学, 2014.

[5] 叶朝良. 黄土隧道施工地表裂缝形成机理及控制技术研究[D].成都：西南交通大学, 2012.

[6] 张东星.千枚岩隧道施工及常见地质病害防治技术[J].科技传播,2012（1） ：134-136, 129.

[7] 石玉玲. 湿陷性黄土地区公路路基陷穴治理方法研究[D].西安： 长安大学, 2003.

[8] 张风生. 大断面黄土隧道地表地表裂缝预防处理技术 [J].铁道建筑技术, 2013（增1）