濕陷黃土隧道結(jié)構(gòu)破壞形式及處理措施分析

中圖分類號(hào) U451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）08-0156-04

0 引言

黃土作為一種特殊土體，廣泛分布于我國西北地區(qū)，其獨(dú)特的工程性質(zhì)對隧道建設(shè)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。濕陷性黃土在天然狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度，但遇水后結(jié)構(gòu)迅速破壞，強(qiáng)度顯著降低，產(chǎn)生顯著附加沉降，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)承受不均勻應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)開裂、錯(cuò)臺(tái)、剝落、變形等病害，威脅隧道運(yùn)營安全。近年來，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，黃土地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐不斷加快，隧道工程規(guī)模和數(shù)量持續(xù)增長，且隨著居民生活質(zhì)量的提高，對生活質(zhì)量（便捷性、靈活性、舒適性和安全性）將提出更高的要求，出行時(shí)對軌道交通的首選性，促使軌道交通不斷發(fā)展，然而由于黃土濕陷性引發(fā)的隧道問題日益增多，存在不同程度的濕陷性病害，易造成經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

因此，深入研究濕陷黃土隧道結(jié)構(gòu)破壞形式及其機(jī)理，提出科學(xué)合理的處理措施，對于保障濕陷黃土地區(qū)隧道工程安全建設(shè)和運(yùn)營具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。該文將從濕陷性黃土的工程特性出發(fā)，分析濕陷黃土隧道結(jié)構(gòu)的主要破壞形式及其成因，并針對不同破壞形式提出相應(yīng)的處理措施，研究成果以期為濕陷黃王隧道工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營后期維護(hù)提供參考依據(jù)。

1隧道結(jié)構(gòu)

1.1 區(qū)間介紹

某城市原地面線高低起伏，現(xiàn)地面線為約 2 . 8 % 地面縱坡，地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道坡度較大，縱向最大坡度 ，豎曲線半徑 R = 2 9 0 0 m ，隧道拱頂最深埋深約1 1 0 0 0 m m ，在區(qū)間中間部位設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一處。

隧道管片外徑 6 0 0 0 m m ，內(nèi)徑 5 4 0 0 m m ，管片厚度3 0 0 m m ，管片寬度 1 5 0 0 m m ，每環(huán)管片分6塊 3 B + 2 C + F ，B為標(biāo)準(zhǔn)塊，L為鄰接塊，F(xiàn)為封頂塊）。管片配筋采用HPB300、HRB400，混凝土強(qiáng)度等級為C50，抗?jié)B等級P10，隧道襯砌環(huán)縱、環(huán)縫采用彎6.8級M27螺栓連接為整體，隧道盾構(gòu)掘進(jìn)管片采用錯(cuò)縫拼裝。

1.2 管片現(xiàn)狀

通過對隧道病害實(shí)際情況的調(diào)研統(tǒng)計(jì)，隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的破壞，且有局部變形，病害大多出現(xiàn)在濕陷性黃土地層中，主要表觀表現(xiàn)如下：

調(diào)研結(jié)果顯示病害形式多種多樣，有破損、剝離、裂縫、錯(cuò)臺(tái)、空響、變形、滲漏水等濕陷性病害，部分隧道出現(xiàn)道床脫空現(xiàn)象以及排水溝脫空情況，調(diào)研統(tǒng)計(jì)的實(shí)際情況如圖1為管片結(jié)構(gòu)破損病害情況，圖2為管片結(jié)構(gòu)裂縫病害情況。

1.3環(huán)境調(diào)查

（1）隧道病害較為嚴(yán)重范圍路段為該區(qū)域最低點(diǎn)，路口以北、以南、以東的雨污水在交叉口匯集后集中向西排放，但向西市政道路及雨污水管均未實(shí)施，井內(nèi)長期滿管積水。

（2）隧道施工后，因周邊村子拆遷，建筑垃圾清運(yùn)以及遺留垃圾，使隧道上方存在填埋周邊拆遷的建筑垃圾的情況。

（3）周邊安置小區(qū)項(xiàng)目基坑已施工完成，但肥槽未進(jìn)行回填，肥槽長期積水。

（4）隧道上方的地面道路實(shí)施完成后，該道路有大型運(yùn)輸車輛經(jīng)過。

2 隧道破壞形式

2.1原因分類

根據(jù)隧道周邊環(huán)境因素調(diào)查分析隧道病害原因主要是如下兩方面：

（1）隧道頂部未啟用管道長期積水，及安置小區(qū)項(xiàng)目肥槽長期積水，導(dǎo)致隧道周邊濕陷性黃土土體遇水軟化，強(qiáng)度驟降，對隧道約束力下降，致使隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害。

（2）隧道頂部地面以下 覆土均存在大量填埋的磚渣、混凝土等拆遷建筑垃圾，使隧道覆土存在大量空隙，土體不密實(shí)，荷載不均勻，導(dǎo)致隧道管片結(jié)構(gòu)受力不均。

（3）隧道完成后對應(yīng)地面道路荷載發(fā)生變化，前期有建筑垃圾清運(yùn)，后期有大型運(yùn)輸車通過，致使結(jié)構(gòu)所受荷載發(fā)生變化。

2.2 破壞特征分析

對地鐵區(qū)間整個(gè)隧道管片結(jié)構(gòu)病害情況詳細(xì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)受損表面特征與大型管片結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)平臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果基本一致，總結(jié)如下：

（1）拱頂管片出現(xiàn)不同程度的裂縫，均集中在拱頂部位的連接塊上，隨著壓力不斷增大，裂縫寬度及深度不斷發(fā)展增大；實(shí)際隧道情況表現(xiàn)為隧道兩側(cè)土體不斷軟化，約束力不斷下降，拱頂下沉，裂縫不斷增大加深。

（2）加載過程，首先出現(xiàn)管片混凝土內(nèi)部空響，說 明鋼筋受拉或者受壓后，與混凝土有脫離現(xiàn)象，或者混 凝土內(nèi)部出現(xiàn)崩開；實(shí)際隧道初期表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)內(nèi)部空響。

（3）管片結(jié)構(gòu)內(nèi)部崩開，敲擊出現(xiàn)空響過后，結(jié)構(gòu)部分位置出現(xiàn)破損剝落，甚至直接掉塊，大部分破壞集中在拱頂以及拱腰，分析拱頂鋼筋受拉，拱腰鋼筋受壓；根據(jù)對實(shí)際管管片結(jié)構(gòu)破壞的跟蹤，空響變?yōu)槠茡p剝落。

（4）破損剝落集中在管片拼縫位置以及連接螺栓孔周邊位置，連接位置為整環(huán)管片受力中比較薄弱位置，易發(fā)生位移，拱頂下沉，管片拼縫出現(xiàn)張開，管片鋼筋及連接螺栓受拉，混凝土已發(fā)生崩塊剝落；拱腰收斂增大，管片結(jié)構(gòu)受壓，拼縫受到擠壓，混凝土發(fā)生崩開剝落。

3 處理技術(shù)

3.1 裂縫處理

根據(jù)現(xiàn)場裂縫檢測統(tǒng)計(jì)，部分裂縫寬度較大，拱頂裂縫根據(jù)裂縫寬度分為兩種情況，不同的寬度采用不同的處理措施。

（1）裂縫寬度小于 0 . 2 m m 時(shí)，采用封閉法。

首先對裂縫兩側(cè)管片基面清理干凈，為封閉施工美觀度，在裂縫兩側(cè) 5 0 m m 位置貼美紋紙，對裂縫位置涂刷 2 ～ 3 次剛性環(huán)氧樹脂，利用虹吸法吸入環(huán)氧樹脂漿液填充結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫，表面封閉裂縫。如圖3封閉效果，待凝固后采用環(huán)氧膠泥二次封閉，最后撕掉美紋紙。

（2）裂縫寬度大于等于 0 . 2 m m 時(shí)，采用騎縫注漿[1]的方法處理。

將裂縫兩側(cè)管片基面清理干凈，在裂縫部位鉆孔安裝專用注漿嘴，如圖4騎縫注漿嘴構(gòu)造示意圖，單條裂縫注漿嘴間距在 1 0 0 ～ 3 0 0 m m 之間。

注漿嘴安裝完成后，使用環(huán)氧膠泥將裂縫及兩側(cè) 5 0 m m 范圍內(nèi)封閉，以防漿液外溢，如圖5騎縫注漿實(shí)際圖。

3.2 破損剝落處理

破損情況在隧道結(jié)構(gòu)病害中較為常見[2]，工程中根據(jù)不同部位危害影響程度制定不同的措施。

（1）破損位置在拱腰以上，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)[3]處理，防止二次掉塊傷害運(yùn)營車輛，影響正常運(yùn)營。

清理干凈破損部位基面，不能存在松動(dòng)的浮渣浮塵，且需要露出堅(jiān)實(shí)基面，鉆孔植入鋼筋頭，安裝鋼絲網(wǎng)片，并固定牢固，如圖6安裝鋼絲網(wǎng)片施工圖。

先用水濕潤基面，以便黏結(jié)劑[5]更好地附著在基面，再采用黏結(jié)劑噴涂待修復(fù)基面，及時(shí)采用環(huán)氧砂漿逐層堆砌，如圖7修復(fù)現(xiàn)場施工圖。

（2）破損剝落位置在拱腰以下部位，對運(yùn)營車輛影響較小，可直接采用環(huán)氧砂漿逐層堆砌修復(fù)；如破損較深，仍采用鉆孔安裝鋼筋頭固定鐵絲網(wǎng)，再用環(huán)氧砂漿逐層堆砌修復(fù)，修復(fù)表面光滑平整，調(diào)整與管片色差。

3.3管片結(jié)構(gòu)內(nèi)空響處理

管片空響根據(jù)是否能敲擊掉塊，分兩種情況制定不同的處理措施。

（1）對空響位置敲擊，能掉塊時(shí)，采用電錘鑿除空響表面混凝土，但仍需要根據(jù)空響所在位置及其大小深度判斷是否鑿除；鑿除后根據(jù)破損處理措施進(jìn)行修復(fù)。

（2）敲擊不能掉塊時(shí)，處理措施同裂縫寬度大于等于 0 . 2 m m 的情況，在空響范圍鉆孔安裝專用注漿嘴，注射環(huán)氧樹脂填充空響范圍，邊注射填充，邊敲擊填充部位，根據(jù)實(shí)際情況移動(dòng)填充部位以及改變填充壓力以保證填充效果。

3.4管片結(jié)構(gòu)變形處理

隧道兩側(cè)濕陷性黃土遇水軟化后，對隧道的約束力驟降，地層承載力不足，導(dǎo)致圓形管片發(fā)生橢變，為提高管片結(jié)構(gòu)的承載能力和隧道穩(wěn)定性，改變管片受力狀態(tài)。常采用的結(jié)構(gòu)加固方法包括鋼架加固、黏鋼加固[、錨桿加固、注漿加固、套拱加固等措施。

隧道管片變形處理需要遵循“監(jiān)測預(yù)警一原因分析—?jiǎng)討B(tài)治理一長期維護(hù)”的閉環(huán)流程，注重多種技術(shù)措施協(xié)同應(yīng)用。預(yù)防性維護(hù)（如施工期精細(xì)化控制）比事后修復(fù)更經(jīng)濟(jì)、有效。未來可結(jié)合BIM技術(shù)、智能傳感等手段提升病害治理效率。

4施工難點(diǎn)

4.1有效時(shí)間短

運(yùn)營隧道處理是在地鐵停運(yùn)以后進(jìn)入隧道施工，攜帶工器具較多，作業(yè)支架復(fù)雜，施工前準(zhǔn)備及施工后場地清理花費(fèi)大量的必要時(shí)間，使施工作業(yè)有效作業(yè)時(shí)間短。

4.2既有設(shè)施設(shè)備保護(hù)難度大

病害處理期間，既有設(shè)施設(shè)備的保護(hù)面臨多重技術(shù)與管理挑戰(zhàn)。首先，設(shè)施設(shè)備復(fù)雜性高，專業(yè)性高。運(yùn)營隧道內(nèi)通常集成通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、通信、電力等多類系統(tǒng)，設(shè)備種類繁多且分布密集。其次，施工空間受限與動(dòng)態(tài)干擾并存。隧道內(nèi)部空間狹窄，既有設(shè)備占據(jù)大量有效作業(yè)面，大型機(jī)具難以展開，此外，設(shè)備關(guān)聯(lián)性與敏感性突出，隧道設(shè)備系統(tǒng)具有強(qiáng)聯(lián)動(dòng)性，局部改造可能觸發(fā)連鎖反應(yīng)。最后，既有設(shè)備多處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，施工中需確保其功能不受損，管理界面復(fù)雜，容錯(cuò)空間極小。所以運(yùn)營隧道施工中的設(shè)備保護(hù)需兼顧空間約束、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及多專業(yè)協(xié)同，難度較大。

4.3 拱頂作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大

運(yùn)營隧道施工不能影響次日正常運(yùn)行，拱頂施工應(yīng)確保結(jié)束之前表面凝固，不存在二次掉塊的情況。時(shí)間短，風(fēng)險(xiǎn)大施工難度大。

4.4 隧道出清風(fēng)險(xiǎn)

施工結(jié)束后殘留物清理與設(shè)備復(fù)位時(shí)效性極強(qiáng)，應(yīng)在限定的時(shí)間內(nèi)對所有作業(yè)面進(jìn)行清理干凈，對照工器具統(tǒng)計(jì)表檢查復(fù)查，不能遺留任何工器具或者物品，以防影響列車正常運(yùn)營。

構(gòu)類似受損管片具有較好的指導(dǎo)意義，可為濕陷黃土地區(qū)隧道工程的安全建設(shè)和運(yùn)營提供更加可靠的技術(shù)保障。

5總結(jié)

隨著城市地鐵運(yùn)營隧道里程越來越多，運(yùn)行時(shí)間越來越長，外部環(huán)境變化或者其他不同因素導(dǎo)致隧道受損越來越多，需要在運(yùn)行期間及時(shí)處理，以保證地鐵列車運(yùn)營安全。

該文以某城市濕陷性黃土中地鐵隧道出現(xiàn)病害為背景，利用統(tǒng)計(jì)法和試驗(yàn)結(jié)合的方法系統(tǒng)地分析了濕陷性黃土中地鐵隧道管片結(jié)構(gòu)受損的典型特征以及破壞表觀形式，并針對不同的破壞形式特點(diǎn)制定不同的針對性的措施，以保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及地鐵運(yùn)營期間的安全。

在實(shí)際施工過程中，更是需要嚴(yán)格按照工藝流程以及技術(shù)措施控制要點(diǎn)進(jìn)行施工，通過卡控措施的有效性、及時(shí)性，加強(qiáng)過程實(shí)施的質(zhì)量管控，提高措施實(shí)施效果。該文針對不同的病害特征分類使用不同的措施，使?jié)裣菪圆『Φ奶幚砀嗅槍π裕岣吡耸軗p結(jié)構(gòu)處理的精確度，實(shí)際工程中取得了良好的效果，研究成果對隧道結(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]李宗田.混凝土構(gòu)件裂縫的形成與修復(fù)方法研究[S].江西建材，2022（6）：1006-2890.

[2]應(yīng)卓清.盾構(gòu)隧道管片邊緣局部破損機(jī)制研究[S].上海建設(shè)科技，2024（4）：80-85.

[3]周俊宏，周順華，等.盾構(gòu)隧道破損管片修補(bǔ)強(qiáng)度的理論與試驗(yàn)研究[S].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013（Z2）：3643-3649.

[4]鞠向偉，彭海龍，高培偉，等.適用于隧道混凝土裂縫修補(bǔ)的水性環(huán)氧樹脂改性砂漿性能研究[S].隧道建設(shè)，2016（36）：1672-741.

[5]徐少云.地鐵混凝土管片開裂機(jī)理與修復(fù)加固研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2023（2）：67-69.

[6]舒鵬，吳祥紅，等.運(yùn)營地鐵隧道管片修復(fù)加固技術(shù)研究[S].江西建材，2023（9）：219-221.

[7]田豐華，湯憲高.粘貼鋼帶技術(shù)在隧道加固中的應(yīng)用[S].城市建筑，2016（5）：306-307.