大斷面濕陷性黃土隧道施工技術的應用研究

馮大財

四川公路橋梁建設集團有限公司公路二分公司 四川 成都 610200

在隧道工程領域，大斷面隧道的建設是一個重要且具有挑戰(zhàn)性的課題。隨著交通需求的增加和城市化的發(fā)展，大斷面隧道作為承載大規(guī)模交通和基礎設施的重要組成部分，受到了廣泛的關注。然而，在濕陷性黃土地區(qū)建設大斷面隧道會因濕陷性黃土的特性而面臨著獨特的挑戰(zhàn)，會對隧道的施工和穩(wěn)定性產生影響。因此，研究大斷面濕陷性黃土隧道施工技術的應用具有重要的理論和實踐價值。

1 濕陷性黃土的特性及其對隧道施工的影響

1.1 濕陷性黃土的特性

濕陷性黃土是一種特殊的土壤類型，具有一系列獨特的特性，這些特性對于隧道施工具有重要的影響。首先，其含水量較高，通常處于飽和狀態(tài)或高度飽和狀態(tài)。這導致其居較高的液態(tài)指數和較低的固態(tài)指數，使得黃土具有較低的強度和剛度。其次，它的脹縮性較強，這是其最顯著的特點之一。在干燥條件下，黃土會發(fā)生干縮現(xiàn)象，導致體積減小。相反，在含水量增加時，黃土會發(fā)生脹土現(xiàn)象，導致體積膨脹[1]。這種脹縮性使得濕陷性黃土在水分條件改變時發(fā)生體積變化，從而對隧道結構產生明顯的影響。這種變化可能引起隧道結構的變形、沉降和開裂，甚至對隧道的穩(wěn)定性產生潛在威脅。

此外，濕陷性黃土還具有較低的抗剪強度和較大的變形能力。其內部顆粒間的結構較松散，因此容易發(fā)生剪切破壞。同時，黃土的變形性能較高，其剪切變形和壓縮變形較為顯著。這使得濕陷性黃土在受到外界荷載時容易發(fā)生較大的變形和沉降。

總之，濕陷性黃土的高含水量、強烈的脹縮性、較低的強度和較大的變形能力是其特性的主要體現(xiàn)。對于隧道施工而言，這些特性需要被充分考慮和處理，以確保隧道結構的安全和穩(wěn)定。深入了解濕陷性黃土的特性，對于制定合適的施工技術和工程措施具有重要意義。

1.2 濕陷性黃土對隧道施工的影響

濕陷性黃土在隧道施工中對隧道的安全性和工程質量產生重要影響。其特性使得隧道結構在施工過程中面臨穩(wěn)定性和變形風險的挑戰(zhàn)。土體的流變性增加和體積變化可能導致隧道結構的沉降、變形甚至破壞。

首先濕陷性黃土的不均勻性和變異性使得土體的性質在空間上存在較大的差異，這增加了隧道施工過程中的不確定性。不同區(qū)域的土體特性差異可能導致施工條件的不一致性，需要針對不同地段采取適當的施工措施。其次濕陷性黃土的特點要求在隧道的設計、施工技術和支護系統(tǒng)中考慮其影響。需要采用合適的支護措施和施工方法，以確保隧道結構的穩(wěn)定性和安全性。此外，土體特性的變化還可能要求對隧道的設計參數進行調整，以適應濕陷性黃土的特殊條件。

總體來說，濕陷性黃土對大斷面隧道施工帶來了諸多挑戰(zhàn)，包括降低穩(wěn)定性、增加變形風險、不確定性以及對設計、施工技術和支護系統(tǒng)的影響。

針對濕陷性黃土對大斷面隧道施工的影響，需要采取一系列應對措施。在設計階段，進行詳盡的地質勘察和工程地質分析，以了解濕陷性黃土的分布、特性和變異性。這為隧道設計提供重要的基礎數據，并幫助確定適當的設計參數和施工方案[2]。在施工過程中，針對濕陷性黃土的高含水量問題，采取有效的排水措施。通過合理的排水系統(tǒng)，如排水井、水平排水帶等，可以有效降低土體的含水量，減少土體的流變性，提高土體的強度和穩(wěn)定性。

此外，針對濕陷性黃土的不均勻性和變異性，采取合適的支護設計和施工技術。例如，選擇合適的支護結構，如鋼筋混凝土襯砌、錨桿錨網等，以增加隧道的穩(wěn)定性和承載能力。同時，采用合理的施工方法，如分段開挖、先進支護等，以逐步控制土體的變形和沉降。例如，某西北濕陷性黃土地區(qū)的一座大斷面隧道工程，在應用上述措施后，成功地克服了濕陷性黃土帶來的挑戰(zhàn)。通過排水措施，土體的含水量得到有效降低，土體的強度和穩(wěn)定性得到提高。合理的支護設計和施工方法確保了隧道結構的安全性和穩(wěn)定性。在工程驗收中，該隧道工程達到了預期的要求，未出現(xiàn)明顯的地質災害和結構問題。

雖然濕陷性黃土對大斷面隧道施工帶來了一系列挑戰(zhàn)，包括高含水量、體積變化和較低的強度特性。但是，通過詳細的地質勘察、有效的排水措施和合適的支護設計與施工方法，這些挑戰(zhàn)可以得到有效應對。實際案例的成功應用證明了這些措施的可行性和有效性，為今后在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道施工提供了有益的經驗。

2 大斷面濕陷性黃土隧道的施工挑戰(zhàn)

2.1 大斷面隧道的定義

大斷面隧道是指橫截面面積較大的隧道工程，其橫截面面積通常超過一定的標準值。具體的定義可能會因地區(qū)、工程標準和設計要求的不同而有所差異。大斷面隧道的特點是其橫截面面積相對較大，可以容納更大尺寸的交通工具或提供更寬敞的通行空間。

在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道的施工面臨著一系列特殊挑戰(zhàn)。首先，濕陷性黃土的高含水量和強脹縮性會增加施工過程中土體的不穩(wěn)定性和變形風險。濕陷性黃土的流變特性使其容易發(fā)生流動和沉降，需要采取有效的排水和地下水位控制措施，以減少土體變形對隧道結構的影響。

其次，濕陷性黃土的低強度和較大的變形能力對大斷面隧道的支護和穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。在施工過程中，對濕陷性黃土進行有效的支護和加固措施是確保隧道結構安全的關鍵[3]。這可能涉及到采用合適的支護結構、土工合成材料和加固技術，以增加土體的強度和剛度，防止隧道結構的破壞和沉降。

此外，大斷面隧道的施工還需要考慮濕陷性黃土的不均勻性和空間變異性。濕陷性黃土地層的分布和性質在空間上存在差異，這對隧道施工的設計和施工方案提出了要求。在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道施工時，需要進行詳細的地質勘察和工程地質分析，充分了解黃土的分布特征和工程性質，以制定相應的施工策略和支護方案。

2.2 克服挑戰(zhàn)的策略和技術

首先是詳細的地質調查和工程地質分析，在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道施工前，進行詳細的地質調查和工程地質分析特別重要。通過收集和分析地質數據，包括其分布、特性和變異性，可以更好地了解地質條件，并為隧道設計和施工提供準確的基礎數據。通過綜合分析，可以確定潛在的地質風險和挑戰(zhàn)，并采取相應的對策。

其次是有效的排水措施以降低含水量，濕陷性黃土的高含水量是施工中的一個主要挑戰(zhàn)。因此，采取有效的排水措施是克服這一挑戰(zhàn)的關鍵策略之一。通過合理設計和實施排水系統(tǒng)，如排水井、水平排水帶等，可以降低土體的含水量，減少土體的流變性，從而提高土體的強度和穩(wěn)定性。排水措施的選擇應基于具體的工程條件和地質特征，以確保有效的水分管理和土體穩(wěn)定。

再次是合理的支護系統(tǒng)，在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道施工時，設計和實施適當的支護系統(tǒng)至關重要。支護系統(tǒng)的目標是提供足夠的支撐和保護，以確保隧道結構的穩(wěn)定性和安全性。在選擇支護結構時，應考慮土體的特性和工程要求。常用的支護結構包括鋼筋混凝土襯砌、錨桿錨網等。同時，采用適當的施工方法和先進支護技術，可以控制土體的變形和沉降，減少對隧道結構的不利影響。

最后是監(jiān)測和控制土壤變形和沉降，在濕陷性黃土地區(qū)進行大斷面隧道施工時，監(jiān)測和控制土壤的變形和沉降是必要的。通過使用高精度的測量設備和監(jiān)測系統(tǒng)，及時獲取土體變形和沉降數據，并進行有效的分析和評估。根據監(jiān)測結果，采取必要的措施來控制土體的變形，以保證隧道結構的穩(wěn)定性和安全性。監(jiān)測數據的及時反饋和分析對于隧道施工至關重要，因為它可以提供準確的工程性能信息，幫助技術人員及時做出調整和決策。

總而言之，克服濕陷性黃土地區(qū)大斷面隧道施工中的挑戰(zhàn)需要采取綜合的策略和技術。詳細的地質調查和工程地質分析可以提供準確的地質信息，幫助確定潛在的地質風險并采取相應對策。有效的排水措施可以降低土體的含水量，提高土體的強度和穩(wěn)定性。合理的支護系統(tǒng)可以確保隧道結構的穩(wěn)定性和安全性。監(jiān)測和控制土壤變形和沉降可以及時獲取土體的變形數據，并采取必要的措施來保證隧道的穩(wěn)定性。

3 在濕陷性黃土地區(qū)成功應用施工技術的大斷面隧道

3.1 濕陷性黃土地區(qū)大斷面隧道工程概況

某濕陷性黃土地區(qū)大斷面隧道工程位于山區(qū)，公路特長隧道，橫斷面較大。施工過程中面臨著濕陷性黃土的嚴重挑戰(zhàn)。該大斷面隧道的設計目標是提供通行大型交通工具的通道，以滿足日益增長的交通需求。隧道的設計橫截面面積較大，考慮了車輛的通行要求和乘客的舒適度[4]。工程地處濕陷性黃土地區(qū)，該地區(qū)的黃土具有高含水量、強脹縮性和不均勻性等特點，給施工帶來了嚴重的影響和挑戰(zhàn)。

在進行工程施工前，對該濕陷性黃土地區(qū)進行了詳細的地質勘察和工程地質分析。通過采集樣本和實地測試，獲取了黃土的物理、力學性質和水文特性等關鍵數據。根據勘察結果，確定了隧道施工中需要面對的地層特點和工程難點，為施工方案的制定和支護設計提供了基礎。

3.2 濕陷性黃土隧道施工的措施

首先根據各方資料，找準該項目位于濕陷性黃土地區(qū)的特定地理位置，具體的地理信息包括項目的地理坐標、地形地貌特征以及相關的氣候條件。通過準確描述項目的地理位置細節(jié)，為后續(xù)的分析、論證以及采取對應的施工措施提供基礎。

其次是特定施工技術的實施，該案例中，針對濕陷性黃土地區(qū)的特點和挑戰(zhàn)，采用了特定的施工技術來應對問題。這些技術可能包括詳細的地質調查和工程地質分析，以了解黃土的分布、特性和變異性。此外，針對高含水量問題，采取了有效的排水措施，以降低土體的含水量并提高土體的強度。此外，合理的支護設計和施工方法也被采用，以確保隧道結構的穩(wěn)定性和安全性。具體實施的技術措施應在該部分進行詳細描述。

再次是根據結構穩(wěn)定性、施工安全性和質量標準評估項目的成功程度，針對該項目，可以根據結構穩(wěn)定性、施工安全性和質量標準等方面來評估其成功程度。結構穩(wěn)定性方面的評估可以包括對隧道結構的靜力和動力性能進行分析，以確保其滿足設計要求和使用標準。施工安全性方面的評估可以考慮施工期間的安全管理措施、事故預防措施以及應急響應能力等方面的表現(xiàn)。質量標準方面的評估可以通過對施工過程中的質量控制和質量檢測進行檢查，確保施工質量符合規(guī)范要求。根據這些評估指標，可以對項目的成功程度進行客觀評價。

最后是數據分析和監(jiān)測結果，為了評估項目的成功程度，對數據進行深入的分析和監(jiān)測結果的研究是必要的。數據分析可以包括對地質勘察數據、土體力學性質數據和監(jiān)測數據等的統(tǒng)計和分析。這些數據的分析可以提供關于隧道施工過程中的關鍵問題和挑戰(zhàn)的重要信息。地質勘察數據的分析可以揭示濕陷性黃土地區(qū)的地質特征、黃土層的厚度、分布和變異性等方面的信息。通過分析地質勘察數據，可以更好地理解黃土地區(qū)的地質條件，為隧道的設計和施工提供依據。土體力學性質數據的分析是評估濕陷性黃土地區(qū)隧道施工成功程度的關鍵步驟之一。這些數據可以包括黃土的含水量、黏聚力、內摩擦角等土體力學參數。通過對這些數據進行統(tǒng)計和分析，可以評估黃土的工程性質和變形特性，為隧道的支護設計和施工提供準確的參數。

3.3 濕陷性黃土隧道施工措施的應用效果

通過應用特定的施工技術，該濕陷性黃土地區(qū)的大斷面隧道工程取得了顯著的效果。在工程驗收過程中，結合理論支持和實際數據分析，可以深入探討該案例的效果。

首先，通過有效的排水措施，成功降低了土體的含水量，從而改善了濕陷性黃土的流變性，提高了土體的強度和穩(wěn)定性。通過合理設置的排水井和抽水系統(tǒng)，成功降低了隧道周圍地下水位，減少了土體的飽和度。實測數據表明，在排水措施實施后，土體的液化風險得到了明顯降低，土體的變形和沉降也得到了有效控制。

其次，合理的支護設計和施工方法確保了隧道結構的安全性和穩(wěn)定性。通過采用鋼筋混凝土襯砌、錨桿支護、噴射混凝土補強等技術，成功增強了隧道的整體剛度和抗變形能力[5]。監(jiān)測數據顯示，在施工過程中，土體的變形和沉降受到了有效控制，隧道結構的穩(wěn)定性得到了顯著提升。

針對該案例，實際的監(jiān)測數據與理論模擬結果進行了比對和分析。通過對土體的應力、變形和沉降等參數的監(jiān)測，驗證了采用的施工技術的有效性。實例中的數據表明，在施工過程中，隧道結構的變形控制在合理范圍內，土體的沉降量符合設計要求。這些數據為所采用的應用路徑提供了直接的實證支持，并證明了其對濕陷性黃土隧道施工的成功應用。

總之，該濕陷性黃土隧道工程的施工效果良好，通過理論支持和實際案例分析，充分證明了采用的措施在處理濕陷性黃土施工問題上的可行性和有效性。該案例為類似地區(qū)的大斷面隧道工程提供了有價值的參考和指導。

4 結束語

綜上所述，通過應用特定的施工技術，成功地克服了濕陷性黃土帶來的困難，并取得了良好的施工效果。在未來的研究和隧道施工實踐中，需要加強對濕陷性黃土地區(qū)的地質特征和土體力學性質的研究，以提高對土壤特性的進一步理解?？梢赃M一步優(yōu)化排水措施和支護系統(tǒng)的設計，提高施工的效率和質量。這將有助于提高在濕陷性黃土地區(qū)建設大斷面隧道的效率、安全性和質量，推動該領域的發(fā)展和進步。