濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道沉降對地鐵安全的影響

楊寧

摘 要：近年來我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市化水平不斷提升。為了緩解道路交通壓力，我國一方面擴大了城市道路建設(shè)的規(guī)模，另一方面積極修建地鐵工程。眾所周知，地鐵工程建設(shè)為地下施工工程，受環(huán)境、地基等各方面影響程度較大，修建難度相對較大，尤其在我國一些濕陷性黃土地區(qū)，地鐵隧道的建設(shè)和運營都長期受到隧道沉降的困擾，對地鐵的正常運行甚至運行安全造成了極大的影響，因此針對這一現(xiàn)象，對濕陷性黃土地區(qū)地鐵沉降問題進行研究并找到有效地解決措施具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土；地鐵；隧道沉降

中圖分類號：U45 文獻標志碼：A

0 引言

為了進一步加快我國地區(qū)的城市化建設(shè)，減輕城市交通壓力，國內(nèi)很多城市都修建了地鐵，地鐵的修建能夠在很大程度上緩解城市地面交通壓力，提升居民的交通出行效率。在此背景下，如何能夠保證地鐵運行的穩(wěn)定性和安全性已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的話題。地鐵施工具有較高的難度，如果地鐵隧道發(fā)生沉降將會對地鐵工程的建設(shè)甚至后期地鐵的正常運行帶來安全隱患，分析原因，造成地鐵隧道沉降的因素有很多，最主要的原因包括土壤中含水量較高、土壤硬度較低以及施工技術(shù)不合理等，因此在施工過程中相關(guān)人員應(yīng)該及時發(fā)現(xiàn)可能造成地鐵隧道沉降的因素并解決，從而避免隧道沉降現(xiàn)象的進一步加劇，甚至發(fā)生隧道塌方等事故?；诖?，該文首先對濕陷性黃土的概念以及工程特性進行了簡要的介紹，接著分析了濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道長期沉降對地鐵安全造成的影響，最后作者根據(jù)實際的工作經(jīng)驗總結(jié)了濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道沉降的幾個處理方法。

1 濕陷性黃土的概念及特性

1.1 濕陷性黃土概念

濕陷性黃土在正常自然含水狀態(tài)下具有較高的強度，且抗壓能力較強，但是在上層土層重力以及上層建筑物壓力的作用下，這種黃土如果遇水，水分會迅速將其原有結(jié)構(gòu)破壞，使其發(fā)生明顯的沉降現(xiàn)象，土壤的強度也迅速降低。通常來說，濕陷性黃土顏色為黃色或者黃褐色，成分中含有大量的碳酸鹽和氯化物，相對于正常土壤來說孔隙比較大，在1.0上下，呈多孔松散結(jié)構(gòu)。

1.2 濕陷性黃土特性

1.2.1 濕陷性

黃土最顯著的特性之一就是濕陷性，造成土壤濕陷的原因很多，一般包括地下水位的升高、地下管道滲水，降雨后地表大量積水以及生產(chǎn)生活用水的排放等。黃土在一定外力的作用下遇到濕陷條件就造成了黃土濕陷性特征。含水量增加是導(dǎo)致黃土發(fā)生形變的表面原因，究其根源，導(dǎo)致黃土發(fā)生濕陷形變的原因是黃土自身結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)組成在含水量過高的環(huán)境下會發(fā)生改變。黃土的組成成分中60 %是粉粒，另外還包括一定的黏料與砂料，從黃土的組成成分中我們可知黃土只有在干旱或者半干旱的環(huán)境下才能具有較高的強度；在干旱的環(huán)境下，黃土中含有的少量水分同其成分中的鹽類會形成膠類物質(zhì)，增加了黃土顆粒間的黏性，從而提升了其強度。當(dāng)黃土受到水分浸濕后，這種膠類物質(zhì)會慢慢溶解，黃土中顆粒的黏性降低，各組成成分重新組合排列，這時如果黃土再受到上層建筑物的壓力，其支撐股價會迅速遭到破壞，土壤間的空隙受到壓縮變小，導(dǎo)致黃土濕陷形變性。

1.2.2 壓縮性

土壤的壓縮性指的是土壤在一定外力條件下其自身產(chǎn)生的壓縮形變的大小，對于黃土來說壓縮性指的是其在天然含水環(huán)境下，受到外界壓力發(fā)生的結(jié)構(gòu)形變，而非在受到水分浸濕條件下產(chǎn)生的濕陷性形變。

1.2.3 結(jié)構(gòu)性

黃土在含有少量水分的環(huán)境中，隨著溫度的不斷升高，其內(nèi)部的水分會與鹽類形成膠結(jié)物質(zhì)，這種膠結(jié)物質(zhì)將黃土內(nèi)粗粉顆粒結(jié)構(gòu)固定形成支撐骨架，在沒有受到過多水分浸濕時，這種結(jié)構(gòu)具有較高的強度，但是一旦吸收過多的水分，這種單元結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，喪失結(jié)構(gòu)強度，表現(xiàn)出濕陷性。

1.2.4 欠壓實性

濕陷性黃土形成過程中，其內(nèi)部顆粒間固化強度要遠大于其上層覆蓋物的壓力，造成濕陷性黃土沒有被充分固結(jié)壓實，具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)特性，這種欠壓實性是黃土遇水發(fā)生濕陷性沉降的充分條件。

2 濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道長期沉降對地鐵安全的影響

濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道長期沉降對地鐵的安全造成極大的影響，具體來說主要包括以下幾點。

2.1 對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響

地鐵隧道長期發(fā)生沉降會導(dǎo)致地鐵隧道產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，一旦地鐵隧道產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，一方面會嚴重影響其承載能力，另一方面還會引發(fā)隧道滲水，對隧道中的鋼筋和混凝土造成腐蝕，嚴重影響地鐵的運行安全。通常情況下，濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道長期沉降導(dǎo)致的隧道結(jié)構(gòu)裂縫主要有以下幾種類型：縱向裂縫、斜向裂縫和環(huán)向裂縫。不同的裂縫類型和程度對地鐵隧道造成的影響也是不同的，象一些細微裂縫對地鐵隧道的穩(wěn)定性和耐久性不會造成太大的影響，而一些裂縫面積較大，程度較深的裂縫則應(yīng)該進行及時修補，另外對于一些沒有出現(xiàn)滲水情況的裂縫可以采用水泥漿進行及時修補，對于出現(xiàn)裂縫引發(fā)漏水的情況則應(yīng)該先進行注漿堵漏，再對裂縫進行封閉。

2.2 造成地鐵隧道滲漏

濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道長期沉降還容易造成地鐵隧道滲漏現(xiàn)象，地鐵隧道出現(xiàn)滲漏不僅會影響地鐵的使用壽命，還會導(dǎo)致地鐵隧道內(nèi)部積水，影響地鐵的正常運行。一般來說，地鐵內(nèi)部滲漏包括根據(jù)影響程度的不同可以分為嚴重滲漏、中等滲漏和輕微滲漏，當(dāng)?shù)罔F地基發(fā)生長時間濕陷性沉降時，就極易發(fā)生嚴重的滲漏現(xiàn)象，因此，對于濕陷性沉降造成的長期滲漏，應(yīng)該充分做好隧道內(nèi)的排水管理，并加強對黃土進行處理解決，防止對地鐵運營造成嚴重影響。

3 濕陷性黃土地區(qū)地鐵隧道沉降處理方法

3.1 墊層法

處理濕陷性黃土地基沉降較為傳統(tǒng)的方法是墊層法，這種方法適用于地下水位以上的黃土層，墊層包括素土墊層和灰土墊層2種，進行墊層處理的新土不能同樣為具有濕陷性的黃土。這種方法的優(yōu)點是施工較為簡便，缺點是只能應(yīng)用于局部有濕陷性黃土且濕陷性黃土層厚度較淺的情況。

3.2 強夯法

強夯法又可以稱為動力固結(jié)法，這種方法將大噸位的重錘提升到一定高度（8 m～40 m）后自由落下，這時重錘的重力勢能轉(zhuǎn)化為其動能，將黃土進行壓實。這種方法只能處理一定深度內(nèi)的濕陷性黃土，且對土壤的含水率改變不大，因此強夯法對具有較厚厚度的濕陷性黃土或者濕陷性較為嚴重的黃土層的改善效果一般。

3.3 擠密法

擠密法是在土中打入帶有通氣樁尖的樁機，一方面當(dāng)樁機下沉的過程中會對土壤產(chǎn)生一定的擠壓作用，減小土壤空隙度，另一方面在土中適當(dāng)添加砂石等材料，分層壓實，使黃土與所成樁成為復(fù)合地基，提升地基的強度和承載能力。另外可以大大減少地表水分下滲，降低土壤濕陷性，從而減少黃土地基的沉降量。

3.4 排水固結(jié)法

通過真空預(yù)壓的方法將黃土空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分排除，并進行土體壓縮的方法稱為排水固結(jié)法。這種方法是使黃土在建筑物修建完成之前將大量沉降釋放完成的一種方法。

3.5 化學(xué)加固法

化學(xué)加固法是指使用一定的化學(xué)試劑，采用灌注、壓入以及攪拌的方法，使黃土內(nèi)部土粒與化學(xué)試劑膠結(jié)，從而改善黃土的結(jié)構(gòu)排列，提升黃土的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)?，F(xiàn)階段主要采用的化學(xué)漿液包括丙烯酰胺、木質(zhì)素等。

3.6 深層攪拌樁法

深層攪拌樁法是近年來應(yīng)用較為廣泛的地基處理方法，它利用深層攪拌機將黃土與水泥漿液進行攪拌，形成水泥混凝土，這種混凝土具有一定的強度，承載能力極好。深層攪拌樁法可以用于處理含水率較高的黃土，且施工簡單、噪聲低、無污染。

參考文獻

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