论陷性黄土隧道施工沉降的处治

高养育

摘 要： 黄土本身的土质孔隙大，整体比较疏松，在该土质条件下建设的隧道常常会遇到湿陷性黄土结构，这种结构导致建筑地基承载力小，一旦受到流水侵蚀和大荷载就会出现地基坍塌、隧道大面积沉降的现象，一定要对隧道进行加固处理。本文就湿陷性黄土隧道工程基底处理方法展开研究，首先对该工程进行了产生，其次论述了该工程的地基处理原则，最后就摩天岭2#隧道基底介绍了一些处理方法，希望能够为其隧道建设提供参考。

关键词： 湿陷性;黄土隧道工程;加固处治

【中图分类号】U445.4     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0144-02

西部大开发战略的提出使得西部交通建设规模逐渐扩大，但是西部地区地形条件不佳，交通运输建设难度大，尤其是隧道建设难度更大，比如在黄土区域，湿陷性黄土地质结构使得其称重力差，基底承载无法满足隧道需求，非常易出现隧道大面积严重、隧道基底变形、初支或二衬开裂等等的问题，影响了隧道和交通的正常运行。因此，对于湿陷性换土隧道的建设而言，其需要要处理好基底，做好加固处治，确保摩天岭2#隧道的基底稳固，正常运行。

1 工程概况

摩天岭2#隧道属于高速公路建设路段，其采用分离式隧道，隧道长度为798.00m，隧道洞底最大埋深約81.63m，属中隧道。该隧道位于大通县，处于青藏高原与黄土高原的过渡带，属于高原大陆性气候，降雨量分布不均，隧址区位于大同县城附近，隧址区冻深92厘米。隧道进、出口发育有冲沟，沟谷坡降较陡，属季节性流水沟谷，隧址区主要为剥蚀—侵蚀构造地形，隧道施工时会出现渗 水极线状流水现象。摩天岭2#隧道位于剥蚀-侵蚀黄土丘陵地貌区，隧址区地层主要为第四系上更新统风积黄土层、残坡积层含砾粉土、粉质粘土等多个地层，其中湿陷性黄土主要分布在山体表层，湿陷深度在 7.50～11.50m。

2 湿陷性黄土隧道工程探析

2.1 工程特点

通过上述的介绍可以了解到摩天岭2#隧道属于湿陷性黄土隧道工程，这种隧道工程穿越黄土结构，其特征主要表现在以下几点：

（1）该隧道成洞开挖也就是围岩土体卸荷，其竖向和侧向压力下降，剪力会上升，地基应力下降。湿陷性黄土隧道一般选择的成洞方法是暗挖法或盾构法，这种挖洞方法对其基底加固治理不利[1]。

（2）该湿陷性黄土隧道进出口要穿越倾斜的黄土边坡，其边坡由于降水冲刷而逐渐平台，但是会导致地基积水。

（3）该隧道在开挖的时候极易产生拱顶松动现象，进而导致上层土层下沉，破坏黄土结构，引发黄土层开裂。

（4）该隧道地标浸水导致衬砌结构围岩土层松动，其荷载增大，隧道基底应力上升，导致基底出现湿陷性变形。

2.2 危害分析

摩天岭2#隧道属于湿陷性黄土隧道，该黄土隧道工程极易出现地表裂缝、塌陷等问题，施工时，沿隧道走向会出现裂缝，且随着开挖的深度，裂缝也会从拱脚延伸到地表，最终与山体裂缝相连，对隧道产生了极大的危害。同时，由于施工时出现冒顶、拱顶下沉等现象，因此地表会出现连续下沉，进而引发地面塌陷，形成环形裂缝，而该隧道建设区域受到降水影响，使得地表极易出现陷穴和落水洞等危害[2]。

3 湿陷性黄土隧道工程基底具体处理方案

3.1 处理原则

根据湿陷性黄土隧道工程特性及其基底处理经验可以得到，摩天岭2#隧道的加固处理要遵循内外加固、先保护后加固的处理原则保护隧道基底。

导致黄土发生湿陷性变形的原因就是水，因此在对该隧道防沉降加固处理的时候要考虑水对黄土和隧道的影响，做好排水和防水工作，而加固处理的目的就是为了改善黄土工程特性，降低水的渗透率，防止湿陷现象出现[3]，减小隧道的整体沉降。因此，通常选用加密或换土等方式处理湿陷性黄土隧道工程基底，消除基底的湿陷性和部分湿陷性，使其在规定范围内;选用扩大拱脚、增加支护中间部位的支撑及洞外防排水疏导等方式加固隧道支护，使隧道沉降可控。

3.2 处理方法

摩天岭2#湿陷性黄土隧道经过的地层位第四系上更新统风积黄土层，该土层垂直节理，基底湿陷性黄土层比较厚，承载力小，围岩条件不佳，无啊满足隧道地基承载力要求。而交通部门就隧道设计规范中也提出了荷载结构模型计算，规定通过基底的承载力计算就是底板承载力计算，所得的结果就是隧道基底本身的承载力，同时将其与地基本上承载力比较[4]。这类隧道的墙拱脚和仰拱区地基的承载力无法满足隧道承载力。因此，这种地质情况下的地基不能给满足摩天岭2#隧道建设条件，必须要对基底进行加固处理。

摩天岭2#隧道属于黄土隧道，先是湿陷性黄土后是弱胶结砂土夹砾岩，我们现场根据设计和实际监测数据，采用湿陷性黄土施工喷选桩、全断面后退式分段注浆、增加中导拱架牛腿、扩大下导拱架基础拱脚、施作双排锁脚锚管、洞顶浅埋段卸载、洞顶薄弱地段覆盖等措施降低隧道内沉降及收敛，确保隧道内的监控量测数据可控。

（1）水泥旋喷桩。见图1，首先，设计洞外试桩，确定状体的强度和直径、配比好水灰比，并调整桩体底部参数，形成旋喷桩，提高单桩的承载力，桩位与隧道主桩点位放样一致。其次，准备好钻机、泥浆搅拌机、废浆池。最后，进行旋喷工作，钻头提升速度在25cm/min，旋转速度为22cm/min，首次喷浆压力是26MPa，再次喷浆压力是30MPa，效果比一次喷浆要好。旋喷时为使钻杆接头喷浆效果更好，其长度要超过10cm[5]。

（2）水泥挤密桩。该湿陷性黄土隧道工程中，水泥性挤密桩属于常见的隧道基底处理方法，由于湿陷性黄土本身的孔隙比较大，水泥挤密桩通过夯实黄土中的大孔隙，进而将湿陷性消除，以加固基底。在夯实桩基时，桩孔将土质原有的强制性挤出，桩周区域内的土质被重塑以及压缩，但是由于其隧道内的施工作业面不大，一旦发生震动就会影响围岩，需要优化挤密桩材料和施工机械等。

（3）改变黄土性质。黄土本身的土质压密性不佳，且由于盐类胶结材料本身的易溶性导致黄土呈现湿陷性。因此，对于湿陷性黄土地基处理而言，可以采用土体加密、土体加固以及加密加固等方法来消除内应，以提高黄土基底的稳固性。其中，土地加密就是利用各种施工措施使黄土密度加大，例如强夯法、素土垫层法等;土体加固则是利用焙烧或加入胶结材料使黄土性质得以改变的物质结构，使黄土本身抗水性以及力学指标得以提高;加密加固则是对黄土同时实行加密、加固方法，例如灰土垫层法的实行。

（4）用全断面后退式，分段注浆。利用钻杆钻到设计深度之后，不退钻杆，浆液直接通过钻杆注入孔底，边注边退，避免孔口注浆浆液难以到达孔底的弊端。直接通过钻杆将一定比例配制而成的浆液注入孔底，利用液压和气压原理，浆液以充填、渗透、挤密和劈裂等方式渗透扩散到岩层（砂岩）孔隙中并快速凝固，与周围破碎岩块结成具有一定强度的结石体，注浆过程中由下而上，由里向外，边注边退（压力达到2MPa，后退钻杆0.5米，再注浆），即层层“抬水”方式，在隧道周边及开挖面形成一个固结止水帷幕（加固区），将水堵至固结圈外，切断地下水流通路，阻止水流动，以此来达到固结止水效果，可保持围岩的稳定，增强施工安全性。

（5）增加中导拱架牛腿。为了控制湿陷性黄土隧道的沉降变形现象，施工时增加中导拱架牛腿，也就是将L型钢架焊接到主洞钢拱架上，将其固定在围岩上，增大彼此的接触面，进而降低沉降量，以控制沉降，见图2。

（6）加强拱脚处理。施工时，在每处拱脚增加脚锚管，以防止拱脚出现掉拱和收缩现象，同时也可以对下层开挖工作起到支护的效果，降低变形量。该隧道使用三台阶开挖，各拱脚处都通过增加脚锚管使沉降现象得以缓解，采用无缝钢管使其与钢拱架能够实现紧密焊接，将整个支护连接成整体，在中、小台阶以及仰拱开挖的时候利用连接器将悬空拱脚控制住，防止其沉降变形。

（7）洞顶的处理。通过洞顶浅埋段卸载、洞顶薄弱地段覆盖等措施保护好隧道。对于该隧道而言，由于本段岩石节理裂隙较发育，连通性较差，多充填泥质，赋水性较差，若是连续受到降水冲刷，会导致洞顶用水量大大增加，洞顶极易出现坍塌现象，对此，施工单位提出了在洞顶薄弱地段覆盖的施工方法，采用工字钢和钢管框架，将钢筋网顶入，贴近墙壁，使用C25喷砼护拱封住洞顶塌腔口[6]。

4 对比结果及结论

通过对比沉降结果发现，采取一系列措施后黄土隧道沉降大幅度降低。同时，对于黄土隧道，需要跟不同类型围岩等级、不同类型的突发地质情况采取与之相对应的加固处治方法，从而达到隧道施工的良好效果。

综上所述，黄土本身的土质呈现大孔隙、疏松的现象，隧道建设时常出现湿陷性黄土问题，这种状态下的黄土呈现垂直节理发育，导致隧道进而导致隧道大面积沉降，收敛反而很少。基底承载力相较于普通基底而言要小，进而导致隧道基底出现压缩变形和湿陷变形现象。同时，由于周边水缓解出现了变化，使得基底也不够牢靠，进而发生大面积湿陷变形现象，导致隧道衬砌结构破坏，引发隧道沉降开裂，影响了隧道的运行。摩天岭2#隧道在采用新奥法理念的基础上，提出了围岩加固多措施并举，从基底到初支，进而延伸到隧道外部洞顶，提高了施工安全度，沉降数据分析结果与隧道施工实际动态相符。经过实践检验，分析监控量测数据，该段隧道沉降及洞外裂缝现象明显减少，施工过程中隧道初支变形及收敛均在可控范围内，提高了结构耐久性、稳定性。由此可见，黄土隧道中积极地进行多措施联动的施工工艺肯定是可行的，为同类工程提供了重要的借鉴。

参考文献

[1] 冯振宁.湿陷性黄土隧道施工大变形及其控制技术研究[J].铁道建筑技术，2017（7）：10-13.

[2] 冯科科.湿陷性黄土隧道施工技术探讨[J].低碳世界，2017，000（003）：219-220.

[3] 杜振兵.大斷面湿陷性黄土隧道围岩施工技术分析[J].交通世界，2018（18）.

[4] 刘瑞涛.大跨度浅埋湿陷性黄土隧道施工技术及其安全管理[J].中外建筑，2019（3）：172-174.

[5] 黄训洪.黄土隧道地基纵向局部湿陷对结构的力学行为影响研究[D].2017.

[6] 付明辉.重载铁路黄土隧道复合基底沉降控制分析[D].2017.