湿陷性黄土隧道及其防护措施

论湿陷性黄土及其对隧道的危害和防护措施摘要：近年来,随着我国国民经济的快速发展,各种资源开发和工程建设活动等人类工程活动的力度也普遍增大,给我国本就十分脆弱的地质环境带来了巨大的压力,地质灾害的频度和规模有逐年增加的趋势。

为此,本文对湿陷性黄土进行了阐释，以及在隧道施工中湿陷性黄土的影响危害进行了说明，并提出了一些防护措施。

关键词：湿陷性黄土;地质灾害;防治措施；隧道自20世纪80年代末,90年代初,我国产生了一个新的学科——地质工程学。

地质工程学,是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。

它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待,这显然符合大系统工程学的思想,它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面,但以后者对其特点的反映更为深刻。

岩土工程是指工程建设中涉及岩土体的开挖与加固;地质灾害防治工程是对自然或人为作用产生的有害地质现象进行防范与防治。

后者包含了更全面地对地质生态环境合理开发与管理的思想。

一概念和工程特性湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物的危害性大。

(湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土)。

我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约50～70％，而粉土颗粒中又以0．05～O．01ram的粗粉土颗粒为多，占总重约40.60％，小于0．005ram 的粘土颗粒较少，占总重约14.28％，大于0．1rnm的细砂颗粒占总重在5％以内，基本上无大于0．25mm的中砂颗粒。

西宁地区的湿陷性黄土是粉质土，且低阶地一般为粉质亚粘土为主，高阶地以粉质亚砂土为主1.黄土湿陷性判定通过室内压缩试验在一定压力下的湿陷程度。

湿陷性系数's()/p p oh h h δ=-δs≧0.15 湿陷性黄土δs<0.15 非湿陷性黄土2.湿陷类型判别自重湿陷性判别（在饱和自重压力下的湿陷程度）自重湿陷性系数δzsδzs≧0.015 自重湿陷性黄土δzs<0.015 非自重湿陷性黄土场地湿陷类型（实测自重湿陷量或计算自重湿陷量Δzs）s si o iz z h βδ∆=∑Δzs ≧7cm 自重湿陷性黄土场地Δzs <7cm 非自重湿陷性黄土场地 3.湿陷等级判别（总湿陷量s ∆、自重湿陷量Δzs ）s si i h βδ∆=∑通常：s ∆≧50，Δzs ≧30可判定为Ⅲ级，30<s ∆<50，7<Δzs<30可判定为Ⅱ级4、工程特性1.湿陷性：在天然含水量时往往具有较高的强度和较小的压缩性，但在浸水后，在土的自重或外部荷载或二者的共同作用下，其结构很快破坏，发生剧烈变形，强度也随之迅速降低，亦即黄土的湿陷性。

2.崩解性：湿陷性黄土大多遇水后迅速崩解，且以块状崩解为主，崩解曲线陡立，呈片状崩解的湿陷性黄土。

3.多裂隙性：黄土垂直节理发育，垂直方向渗透性强，裂隙发育。

二、成因及影响因素湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉，除了其在遇水时颗粒接触点处胶结物的软化作用外，还在于土的欠压密状态。

干旱气候条件下，无论是风积或是坡积和洪积的黄土层，其蒸发影响深度大于大气降水的影响深度，在其形成过程中，充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具备，导致土层的压密欠佳。

接近地表2--3米的土层，受大气降水的影响，一般具有适宜压密的湿度，但此时上覆土重很小，土层得不到充分的压密，便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土。

湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。

我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250～500ram，而蒸发量却远远超过降雨量，因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右，或更低一些。

架空孔隙和集粒内微孔隙的同时存在是黄土产生湿陷性的主要原因湿陷性影响因素1.易溶盐、2.天然含水率和塑限、3.饱和度、4.天然孔隙比、5.深度、6.地貌位置及成因。

三、湿陷性黄土给隧道带来的问题、隧道施工方案的原则湿陷性黄土具有多裂隙性、崩解性和湿陷性等工程特性，黄土垂直节理发育，垂直方向渗透性强，地表水很快渗透至地下，使深部黄土处于饱水状态，其原有结构完全丧失，从而使强度和承载力降低，当隧道开挖至饱水黄土层时，围岩随即因失去支撑而失稳，黄土彼此在水平方向的连接力较弱。

在干燥时，黄土的强度较高，衬砌受力较小；遇水后颗粒黏结力削弱，黄土强度随之降低，此时极易引起衬砌受力不均匀。

当隧道跨度较大，且遇黄土饱和时，或隧道埋深较浅，也可坍塌到地表。

黄土的这种湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性，极易导致隧道基础沉降、衬砌开裂等，对隧道产生严重危害。

施工中极易发生大变形甚至塌方、冒顶等事故，洞外地表沉降及洞内拱顶下沉难以控制。

在大断面湿陷性黄土隧道施工中，经常发生围岩失稳、大段落大变形现象，结果是变形侵入二次衬砌限界需返工处理，在处理过程中安全隐患大，造成大量的成本流失。

事先进行地表预加固和超前支护，使隧道自开挖成临空至支护发生作用这段的时间围岩能自承重;开挖中对围岩的扰动控制至最低限度内，维护围岩的自稳能力;开挖后及时进行支护，尽快使围岩达到稳定。

在黄土隧道施工过程中，必须严格遵循“早预报、管超前、预注浆、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测、早成环”的原则，稳扎稳打，安全施工。

并在各工序施工中始终强调“快速和干燥”这一核心思想，及时抑制黄土围岩的持续变形，杜绝因施工造成的安全隐患。

四、湿陷性黄土隧道处理措施及注意事项1.洞口防护加固：由于黄土浸水后易产生湿陷性，因而在该段隧道施工前，搞好洞口黄土地段的防、排水及加固工作尤为重要。

2.开挖工序：①掌子面开挖后稳定性差，应采用合理的的方法进行洞身施工。

②由于中槽边墙比较单薄，所以边墙落底不宜距离掌子面太远，应在保证相互不干扰施工的情况下紧随掌子面进行(左右两边错位进行以防止因两侧同时落底造成掉拱)，以防止因边墙土体的塑性变形造成掉块或坍塌导致掉拱。

③开挖进尺应控制在0．5一1．0 m之间，缩短循环周期时间。

3.支护工序：开挖后及时进行初期支护，及早封闭成环。

提高围岩的承载能力。

①为了缩短围岩的暴露时间，应先施作网喷混凝土(因未施作锚杆，可预先在围岩中打入一定数量的短钢筋用来挂钢筋网)，以便在地下水未沁至围岩表面前及时封闭围岩，防止围岩裂隙水渗出后造成掉块或崩塌。

随之架立钢架、喷混凝土至设计厚度。

最后施作锚杆。

②提高钢架加工的精度，尽量缩短钢架在洞内架立时的焊接作业时间。

4.二次衬砌：①由于黄土的塑性变形特点，洞身开挖后的围岩内敛性很强，所以在保证掌子面开挖及支护作业面的情况下应尽早修筑仰拱衬砌，抵抗围岩的进一步变形，必要时应先修筑仰拱。

②尽早修筑二次衬砌以抑制围岩的后续变形，以不影响作业面施工为宜，保证衬砌紧跟。

5.围岩监控量测：由于黄土的塑性变形较大，变形周期较长，监控量测就显得更为重要。

加强超前地质预报和围岩监控最测工作，为正确采用、修改相应的开挖和支护参数提供依据，以确保施工安全和工程质量。

超前预报包括：洞内掌子面地质索描和地面地形地貌踏勘贯通以及超前物探(地质雷达和红外探水)贯通，必要时增加超前水平钻孔。

为隧道开挖提供地质资料。

另外需要对支护进行监控量测。

监控量测主要包括以下几个项目：洞口及浅埋地段的地面沉降观测、拱顶下沉量测、周边收敛量测、仰拱隆起量测和开挖断面的地质素描。

黄土隧道的收敛量测项目，除与一般软弱围岩相同的地方外，还要针对柔性支护的几个薄弱点(即钢支撑的接头位置)进行布线监控。

6.隧道基底的处理(1)垫层法。

换填深度一般不大于8 In，可置换部份湿陷性土层，可扩散附加应力，减小沉降量，提高地基土的承载能力。

(2)重锤夯实法。

处理深度可达10—15 m，不同处理厚度采用不同的夯击能量，在有效加固范围内均可消除湿陷性，改善压缩性。

(3)灰土(水泥)挤密法。

处理深度可达12—20 m，在挤密深度范围内均可消除湿陷性，提高土层密实度，形成桩土复合地基。

(4)桩基础法。

建筑物当采用其它地基处理方法不能满足要求时，采取此法效果良好，但费用较高。

其他还有高压旋喷注浆、水泥搅拌桩等方法。

7.水的处理：(重点,关键)妥善处理好渗入洞内的地下水和各种施工用水是湿陷性黄土隧道施工得以顺利进行的关键环节。

①地下水的处理：围岩裂隙水渗入洞内将浸泡洞内的黄土路面，影响施工车辆运行，从而影响正常的施工作业。

因此，应在边墙开挖及支护后于洞的两侧及时修筑临时浆砌水沟，及时排出围岩裂隙水。

②施工用水的管理：要妥善管理好洞内的各种施工用水，严防因施工用水浸泡洞内路面而影响施工。

8.超挖回填：在开挖及支护时应该力求轮廓线准确，封闭迅速以控制超挖。

对于已超挖的部位应用同等级的混凝土回填密实，严禁空洞存在。

否则可能因空洞处的围岩进一步剥落而延及附近围岩，从而产生大的崩塌甚至导致支护变形。

9 注意事项(1)首先做好洞口、洞门及洞顶的排水系统，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

(2)施工时应严格遵循“短进尺、快循环、少扰动、强支护、紧封闭、勤量测”的原则，如对土体产生大的扰动，将使土体产生沉降，致使施作完毕的结构产生细小的裂纹。

因此，在施工时要严格控制对黄土的扰(3)施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护。

(4)在雨季到来之前，应经常检查洞外地表，看是否有裂纹，防止雨水从裂纹中下渗浸泡土体，造成不安全事故的发生。

(5)在稳定性较好的黄土地层中隧道施工，应充分利用黄土具有的自稳能力，尽量减少开挖分部，采用简便高效的工艺。

致灾地质作用都是在一定的动力诱发（破坏）下发生的。

诱发动力有的是天然的，有的是人为的。

据此，地质灾害也可按动力成因概分为自然地质灾害和人为地质灾害两大类。

本文中讲述的湿陷性黄土所造成的危害大多是天然的，但防治却都应该是人为的，而且它造成的影响很恶劣，所以防治是重中之重。

参考文献．[1] 曲用新，张永双等，陕北晋西黄土湿陷的初步研究，工程地质学报，第九卷，第三期（2001）[2]柳源，论地质灾害的基本属性，中国地质灾害与防治学报，第九卷，增刊（1999）[3]李铁峰灾害地质学（2002）[4]百度文库论湿陷性黄土（2009）。