黃土隧道常見(jiàn)病害防治措施探討

吝罡

摘要：現(xiàn)階段，由于黃土隧道的地質(zhì)條件具備一定的特殊性，因此，這就對(duì)于施工工序以及相關(guān)的施工工藝提出了非常嚴(yán)格的要求，明確規(guī)定相關(guān)人員在具體隧道施工期間，需要引進(jìn)新型的施工技術(shù)，再加上施工過(guò)程因?yàn)榻?jīng)常受到相關(guān)因素的影響而發(fā)生病害問(wèn)題，所以，在具體的施工期間，就需要根據(jù)實(shí)際情況制定相關(guān)的預(yù)防策略，加大對(duì)相關(guān)問(wèn)題的解決力度。在本文中，主要是針對(duì)黃土隧道施工中經(jīng)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的研究，然后根據(jù)其特點(diǎn)以及黃土隧道施工中病害發(fā)生的原因進(jìn)行了有效的分析，提出了相應(yīng)的黃土隧道病害防治措施。

關(guān)鍵詞：黃土隧道；病害；防治措施

黃土隧道本身是屬于干旱半干旱區(qū)域的沉積物，其特點(diǎn)為多孔，并且是以粉土顆粒為主，在這其中包含了較多的碳酸鹽，然后顏色為黃色。再者，黃土的滲透性和濕陷性特點(diǎn)非常的明顯，這樣一來(lái)，就會(huì)發(fā)生崩潰情況。而在外荷的壓力下，經(jīng)常會(huì)受到水侵蝕的影響，進(jìn)而發(fā)生形變以及失陷情況。其主要是以風(fēng)積為主，有大孔性，垂直節(jié)理以及架空孔隙發(fā)育，可溶性鹽以及膨脹性粘土礦物質(zhì)含量比較的大，所以濕陷性較強(qiáng)，其承擔(dān)的壓力比較差，容易引發(fā)黃土隧道工程質(zhì)量問(wèn)題。其中，經(jīng)常出現(xiàn)的病害表現(xiàn)為：二襯環(huán)向裂縫、仰拱縱向裂縫以及路面短板等一系列問(wèn)題?；诖耍疚膶?duì)于黃土隧道施工常見(jiàn)病害的提出的預(yù)防措施如下所示。

1、 當(dāng)前黃土工程的基本特點(diǎn)

在黃土隧道工程施工期間，比較重要的問(wèn)題是在最大程度上保護(hù)黃土的天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這個(gè)是為了防止因?yàn)樽冃萎a(chǎn)生裂縫而出現(xiàn)強(qiáng)度危害問(wèn)題，因此，就需要選擇出科學(xué)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方式，這是因?yàn)辄S土隧道和巖石隧道不一樣，黃土隧道會(huì)隨著開(kāi)挖圍巖的收斂變形而出現(xiàn)一定的壓力，從而達(dá)到新的平衡點(diǎn)，而在這樣的情況下就會(huì)根據(jù)變形的增加使得破壞力度隨之增加，最后引起混凝土襯砌的變形情況。不僅如此，在施工過(guò)程中，還需要做好方式層、排水系統(tǒng)的分布和質(zhì)量的保障措施。

1.1黃土滲透性分析

在老黃土中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況比較的明顯，比如，斜節(jié)理以及新黃土中的原生柱狀垂直節(jié)理并沒(méi)有完全發(fā)育好，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)帶有結(jié)構(gòu)性的節(jié)理。這個(gè)僅僅是存在于黃土結(jié)構(gòu)中，而該種情況的出現(xiàn)會(huì)直接影響到路基邊坡的牢固性。之后在具體的結(jié)構(gòu)節(jié)理黃土表層中，還需要對(duì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖，在這其中，破壞的方式大多數(shù)為節(jié)理面進(jìn)行滑落，當(dāng)然還有著垂直節(jié)理中的黃土邊坡，可能就會(huì)直接表現(xiàn)出破壞方式的倒塌，另外，在沒(méi)有節(jié)理中的黃土邊坡中，會(huì)帶來(lái)一定的影響。

1.3黃土的濕陷性分析

一般情況下，黃土中比較重要的工程性質(zhì)就是濕陷性，所以在承載壓力的情況下，經(jīng)常會(huì)受到水的侵蝕，這樣的話就會(huì)直接對(duì)黃土體結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的破壞，最后就會(huì)使得黃土體出現(xiàn)沉降。然而這個(gè)并不是所有的黃土有比較強(qiáng)的沉陷性。另外具有沉陷性的黃土厚度也不是很大，經(jīng)常情況下在上部的20m范圍內(nèi)。

2、 黃土隧道施工常見(jiàn)病害發(fā)生的主要原因

2.1 黃土工程中存在的特點(diǎn)

黃土的縫隙率相對(duì)而言還是比較大的，并且有著比較強(qiáng)的透水性，其地表水也是比較容易向下滲透的，而且有著垂直就節(jié)理發(fā)育的主要特點(diǎn)。所以垂直方式中的滲透系數(shù)會(huì)一直超過(guò)水平方式的。所以，地表水還是會(huì)以垂直滲入為主要方式，其水平方式范圍比較小，而且根本沒(méi)有豎向的摩擦力進(jìn)行運(yùn)行。一方面，黃土需要以垂直節(jié)理切割的方式直接使用在襯砌上，在這樣的情況下，襯砌會(huì)出現(xiàn)豎向開(kāi)裂的情況。另外一方面，如果是因?yàn)榇怪惫?jié)理的發(fā)育或者是地表水下滲，那么就會(huì)產(chǎn)生膨脹以及土崩情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)下沉和濕陷問(wèn)題，其周圍巖石的承載壓力也會(huì)隨之加大，由此一來(lái)，就會(huì)使得黃土出現(xiàn)膨脹以及崩解的情況，進(jìn)而向下沉陷，最后使得圍巖側(cè)壓力不斷提高，其支護(hù)拱腳也會(huì)發(fā)生變形問(wèn)題，圍巖失穩(wěn)，這就代表著沉降發(fā)生變化。

2.2 地表水原因

在正常情況下，因?yàn)榈乇砜p隙的出現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候黃土隧道上部分土體會(huì)沿著裂縫處剪切破裂面。首先，在黃土隧道中，上部分土體所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)重新進(jìn)行布置，而在隧道的頂部中，可能黃土陷穴的出現(xiàn)，就會(huì)使得地表縫隙會(huì)朝著縱向方式發(fā)展，由此一來(lái)，就會(huì)使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)在整體性發(fā)生很大的改變。其次，地表水的滲透原因，隧道基底還會(huì)因?yàn)槌睗竦默F(xiàn)象會(huì)發(fā)生很大的改變，最后黃土隧道出現(xiàn)沉降以及變形的情況。

2.3 隧道深埋原因

其實(shí)在黃土隧道深埋地段中，經(jīng)常會(huì)受到地表水帶來(lái)的各種影響，并且圍巖本身的承載力度也會(huì)比較大，所以在這樣的情況下，就會(huì)使得隧道出現(xiàn)比較大的變形情況。另外，由于地表會(huì)對(duì)圍巖帶來(lái)很大的影響，所以隧道內(nèi)部比較集中的病害還是深淺埋的過(guò)程。

2.4 黃土隧道中錨桿存在問(wèn)題

黃土隧道拱部系統(tǒng)錨桿起到作用還是比較大的，尤其是在淺埋隧道拱部隧道系統(tǒng)錨桿設(shè)置問(wèn)題上，就已經(jīng)成為當(dāng)前黃土隧道要面臨的問(wèn)題，當(dāng)前對(duì)于黃土隧道錨桿還是有著兩種不同的看法：第一，在鋼架支護(hù)下，黃土隧道中的系統(tǒng)錨桿其實(shí)沒(méi)有完全發(fā)揮出自身的作用，所以不需要進(jìn)行設(shè)立；第二，面對(duì)系統(tǒng)錨桿而言，要想在最大程度上提高的牢固性還是有著比較明顯的作用，那么在這個(gè)時(shí)候需要提前設(shè)置好系統(tǒng)錨桿。如果相關(guān)的 工程有自己的意見(jiàn)，其理由還需要充分，怎樣設(shè)立好正確的系統(tǒng)錨桿，這個(gè)有中立和客觀的觀念，分別是系統(tǒng)錨桿需要結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)立，具體可以直接分析為深埋黃土隧道以及土體塑性區(qū)范圍中。而面對(duì)隧道開(kāi)挖以后洞頂土體就會(huì)直接呈現(xiàn)出沉降趨勢(shì)，相應(yīng)的土體還會(huì)發(fā)生塑性變形，如果再考慮到黃土地表層垂直節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)，那么淺埋黃土隧道系統(tǒng)錨桿并沒(méi)有很大的深埋隧道大，然而還是需要根據(jù)設(shè)計(jì)中進(jìn)行取消或者是結(jié)合實(shí)際情況下定論。

2.5 片幫以及襯砌裂縫

首先，片幫是在黃土隧道以后開(kāi)始的，并且軟期結(jié)構(gòu)年還是存在一定的開(kāi)挖結(jié)構(gòu)，這樣的話就會(huì)使得局部應(yīng)力不集中，從而會(huì)產(chǎn)生不良的現(xiàn)象。而圍巖不穩(wěn)定初期的大體表現(xiàn)其實(shí)是襯砌前后發(fā)生裂縫的，隨著縫隙寬度的不斷提高，襯砌結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)很大的壓力，而在這個(gè)時(shí)候圍巖結(jié)構(gòu)的壓力就會(huì)出現(xiàn)很大的變化，從變形壓力轉(zhuǎn)向松散壓力，由此一來(lái)，就會(huì)導(dǎo)致襯砌出現(xiàn)裂縫、格柵或者是鋼拱架如果發(fā)生變形的話，那么其原因是因?yàn)橐r砌方式和實(shí)際壓力分布不符合，或者是還有其他一個(gè)原因是在硬化的時(shí)候本身收縮和施工過(guò)程中溫度所形成的，這個(gè)就直接分為縱向縫隙和環(huán)向縫隙。此外，襯砌縫隙是黃土隧道施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。

3、 黃土隧道運(yùn)行期間存在的問(wèn)題

3.1 運(yùn)行期間襯砌防排水出現(xiàn)的問(wèn)題

從當(dāng)前國(guó)內(nèi)已經(jīng)竣工的運(yùn)行情況能夠看出來(lái)，還是存在隧道襯砌結(jié)構(gòu)滲漏水的問(wèn)題。尤其是在隧道中，比較嚴(yán)重，可能還會(huì)直接形成隧道襯砌漏水以及涌水等情況。一方面，在黃土隧道排水系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，可能就會(huì)使得黃土隧道圍巖附近發(fā)生很大的變化，直接關(guān)系到隧道運(yùn)行的安全性。另外一方面，黃土隧道滲漏水病害的原因有地質(zhì)條件以及人為因素兩種類型。而在地質(zhì)條件中就會(huì)包括到黃土的工程特點(diǎn)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件等。在人為因素中可能是對(duì)水文地質(zhì)條件不合理性，根本沒(méi)有采取有效的解決措施。

3.2 運(yùn)行期間襯砌裂損以及腐蝕

因?yàn)樗淼酪r砌出現(xiàn)縫隙或者是變形會(huì)直接影響到圍巖的承載能力，而且還會(huì)給隧道內(nèi)部?jī)艨帐諗壳秩霂?lái)很大的影響，會(huì)直接關(guān)系到運(yùn)行車輛的安全性。同樣的情況下，隧道拱部襯砌滑落，就會(huì)危及到過(guò)往車輛的安全性。不僅如此，隧道維護(hù)以及養(yǎng)護(hù)的工程量會(huì)有所提高。此外，隧道在正常運(yùn)行情況下會(huì)對(duì)損壞襯砌進(jìn)行維修，這樣的話對(duì)于施工干擾力度會(huì)比較大，其維修費(fèi)用不斷提高。

面對(duì)不同隧道所穿越的地層來(lái)講，地質(zhì)條件上也有著很大的不同，在這其中地層中就 有比較多的腐蝕性介質(zhì)，并且這些帶有腐蝕性五十的滲漏水會(huì)關(guān)系到襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生發(fā)腐蝕作用，這個(gè)就可以直接劃分為物理性腐蝕和化學(xué)性腐蝕兩種情況。而隧道襯砌結(jié)構(gòu)腐蝕的主要因素是襯砌在進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候質(zhì)量以及使用到的水泥規(guī)格，其滲入襯砌結(jié)構(gòu)的滲漏水中包括的腐蝕性物質(zhì)類型和濃度和所處環(huán)境溫度和濕度相等。

3.3 隧道凍害存在的問(wèn)題

隧道凍害簡(jiǎn)單是指位于嚴(yán)寒區(qū)域內(nèi)的隧道洞內(nèi)水流和圍巖內(nèi)部積水而直接凍結(jié)形成的，這樣的話，就會(huì)使得隧道拱頂掛水以及邊墻結(jié)冰等多種問(wèn)題都會(huì)直接關(guān)系到線路的安全性和結(jié)構(gòu)正常的使用性。另外，隧道凍害的形成的根本原因會(huì)經(jīng)常受到寒冷溫度或者是季節(jié)凍結(jié)圈的形成等施工影響的作用。

3.4 隧道震害存在的問(wèn)題

因?yàn)榈卣鹚淼澜?jīng)常會(huì)受到破壞，普遍的就是震害停運(yùn)形成的經(jīng)濟(jì)損失會(huì)直接超過(guò)隧道自身的維修費(fèi)用。由此一來(lái)，就會(huì)使得隧道地震破壞的原因有工程地質(zhì)條件和抗震設(shè)計(jì)以及工程質(zhì)量等。

4、 黃土隧道在施工中遇到病害的解決措施

通常情況下，在具體施工的時(shí)候，需要在地下水比較嚴(yán)重的地方注意到是否會(huì)出現(xiàn)涌水情況，而且還需要做到相應(yīng)的安全檢查工作，更要根據(jù)隧道的頂拱以及拱腳等多個(gè)部分，尤其是拱頂是否有縱向縫隙等多種問(wèn)題，在初期支護(hù)階段需要觀察到工字鋼是否會(huì)出現(xiàn)變形情況；所以在襯砌施工完成以后，還要注意到混凝土襯砌施工有縫隙和滲水現(xiàn)象。

4.1二襯環(huán)向裂縫

①形成的主要原因：第一地層不均勻沉降；第二襯砌鋼筋保護(hù)層比較厚；第三，臺(tái)車在進(jìn)行施工的時(shí)候，根據(jù)存在的病害需要引起關(guān)注。

②解決措施：第一，仰拱或者是二襯施工需要保持在一條線上；第二，襯砌鋼筋保護(hù)層需要結(jié)合施工實(shí)際情況進(jìn)行操作，而每環(huán)鋼筋在施工縫隙處會(huì)出現(xiàn)斷開(kāi)的情況；第三，在條件可以的情況下，要盡可能的選擇使用9m襯砌臺(tái)車，當(dāng)然還需要不斷降低12m臺(tái)車使用頻率。

③處理的解決措施：從縫隙角度出發(fā)，需要先對(duì)縫隙進(jìn)行清洗，之后要涂刷環(huán)氧樹(shù)脂漿液直接進(jìn)行密封；如果是大于縫隙范圍的話，還需要沿著縫隙方向鑿成寬為1.5-2.0cm的小形糟，最后需要使用環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿進(jìn)行錨固，或者是每間隔20cm要設(shè)立一個(gè)注射口，最后直接推注環(huán)氧樹(shù)脂漿液。

4.2仰拱縱向縫隙

①存在的主要原因：第一，圍巖壓力比較大，地質(zhì)會(huì)出現(xiàn)變形；第二，仰拱在設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)比較弱，比如仰拱沒(méi)有鋼筋；第三，仰拱以及填充需要一起進(jìn)行施工。

②處理措施：第一仰拱在進(jìn)行挖掘的時(shí)候需要形成平滑圓順的弧形，這是避免開(kāi)挖不規(guī)則面形成的應(yīng)力集中，當(dāng)然還需要盡可能的降低對(duì)圍巖的干擾；第二，要不斷提高支護(hù)參數(shù)，特別是在襯砌鋼筋成環(huán)中；第三，需要將仰拱以及填充進(jìn)行分開(kāi)施工，這是避免仰拱縫隙會(huì)直接反射到填充層內(nèi)。

③解決措施：需要沿著縫隙的兩邊直接分為1：0：15斜坡，其深度需要保持在合理的范圍內(nèi)，之后要植筋焊接雙層鋼筋網(wǎng)以及高標(biāo)號(hào)膨脹混凝土重新進(jìn)行澆筑。

4.3 對(duì)于混凝土路面斷板問(wèn)題

①形成的原因：在對(duì)黃土隧道進(jìn)行施工的時(shí)候，還是會(huì)存在很多問(wèn)題，這就包括到仰拱不均勻沉降以及切縫時(shí)間不及時(shí)、混凝土強(qiáng)度不夠，特別是在施工過(guò)程中溫度下降，會(huì)使得路面板拱起，重車會(huì)直接形成斷板。

②解決措施：需要選擇使用注漿以及擠壓的方式不斷提高對(duì)仰拱承載壓力；在不出現(xiàn)崩邊的情況下就開(kāi)始進(jìn)行切縫工作；路面混凝土強(qiáng)度達(dá)到百分之百的時(shí)候就可以通車；盡可能在常溫溫度下進(jìn)行施工，如果是溫度低的時(shí)候需要設(shè)置好漲縫。

4.4隧道洞頂陷穴以及出現(xiàn)的縫隙

其實(shí)在實(shí)際的隧道施工過(guò)程中，如果裂縫長(zhǎng)時(shí)間在水的侵蝕下，那么土體崩解就會(huì)直接形成陷穴。

①形成的主要原因：黃土陷穴出現(xiàn)的原因是因?yàn)辄S土有著濕陷性，并且在雨水以及灌溉水直接形成的；結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚩闯鰜?lái)，因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖對(duì)于圍巖有很大的干擾性，襯砌回填不夠密實(shí)，其黃土?xí)蛳虏粩喽逊e地表形成裂縫，而在這個(gè)時(shí)候裂縫和隧道前進(jìn)方式會(huì)一樣，范圍和黃土地層裂角有著很大的關(guān)系，大多數(shù)為隧道兩邊墻拱腳開(kāi)挖線斜向上45°左右范圍內(nèi)。

②解決措施：首先，在進(jìn)行具體施工的時(shí)候，需要做好地表排水工作，更要提前制定出科學(xué)的解決措施，而且要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行防治；其次，如果對(duì)隧道洞頂陷穴以及裂縫進(jìn)行處理的時(shí)候，需要根據(jù)快開(kāi)挖以及強(qiáng)之后的情況進(jìn)行操作，從而不斷縮小圍巖的暴露時(shí)間，最后還可以提高拱腳降低沉降。

5、 小結(jié)

以上所述，在對(duì)黃土隧道進(jìn)行施工的時(shí)候，要求黃土有一定的特殊性，當(dāng)然還需要嚴(yán)格進(jìn)行操作，更要注意到控水以及加強(qiáng)支護(hù)等多種施工原則，不僅如此，需要做好預(yù)防病害的解決措施，找到其中存在的特點(diǎn)，將其落實(shí)到實(shí)際施工過(guò)程中，由此一來(lái)，可以很好的防止施工過(guò)程中出現(xiàn)的病害，最后還可以保證施工的安全性。

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（作者單位：中交路橋南方工程有限公司，北京通州）