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 o

h 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δzs

δzs≧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 i

z 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

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。