高養(yǎng)育

摘 要： 黃土本身的土質(zhì)孔隙大，整體比較疏松，在該土質(zhì)條件下建設(shè)的隧道常常會遇到濕陷性黃土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致建筑地基承載力小，一旦受到流水侵蝕和大荷載就會出現(xiàn)地基坍塌、隧道大面積沉降的現(xiàn)象，一定要對隧道進(jìn)行加固處理。本文就濕陷性黃土隧道工程基底處理方法展開研究，首先對該工程進(jìn)行了產(chǎn)生，其次論述了該工程的地基處理原則，最后就摩天嶺2#隧道基底介紹了一些處理方法，希望能夠為其隧道建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞： 濕陷性;黃土隧道工程;加固處治

【中圖分類號】U445.4 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）04-0144-02

西部大開發(fā)戰(zhàn)略的提出使得西部交通建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但是西部地區(qū)地形條件不佳，交通運(yùn)輸建設(shè)難度大，尤其是隧道建設(shè)難度更大，比如在黃土區(qū)域，濕陷性黃土地質(zhì)結(jié)構(gòu)使得其稱重力差，基底承載無法滿足隧道需求，非常易出現(xiàn)隧道大面積嚴(yán)重、隧道基底變形、初支或二襯開裂等等的問題，影響了隧道和交通的正常運(yùn)行。因此，對于濕陷性換土隧道的建設(shè)而言，其需要要處理好基底，做好加固處治，確保摩天嶺2#隧道的基底穩(wěn)固，正常運(yùn)行。

1 工程概況

摩天嶺2#隧道屬于高速公路建設(shè)路段，其采用分離式隧道，隧道長度為798.00m，隧道洞底最大埋深約81.63m，屬中隧道。該隧道位于大通縣，處于青藏高原與黃土高原的過渡帶，屬于高原大陸性氣候，降雨量分布不均，隧址區(qū)位于大同縣城附近，隧址區(qū)凍深92厘米。隧道進(jìn)、出口發(fā)育有沖溝，溝谷坡降較陡，屬季節(jié)性流水溝谷，隧址區(qū)主要為剝蝕—侵蝕構(gòu)造地形，隧道施工時會出現(xiàn)滲 水極線狀流水現(xiàn)象。摩天嶺2#隧道位于剝蝕-侵蝕黃土丘陵地貌區(qū)，隧址區(qū)地層主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土層、殘坡積層含礫粉土、粉質(zhì)粘土等多個地層，其中濕陷性黃土主要分布在山體表層，濕陷深度在 7.50～11.50m。

2 濕陷性黃土隧道工程探析

2.1 工程特點

通過上述的介紹可以了解到摩天嶺2#隧道屬于濕陷性黃土隧道工程，這種隧道工程穿越黃土結(jié)構(gòu)，其特征主要表現(xiàn)在以下幾點：

（1）該隧道成洞開挖也就是圍巖土體卸荷，其豎向和側(cè)向壓力下降，剪力會上升，地基應(yīng)力下降。濕陷性黃土隧道一般選擇的成洞方法是暗挖法或盾構(gòu)法，這種挖洞方法對其基底加固治理不利[1]。

（2）該濕陷性黃土隧道進(jìn)出口要穿越傾斜的黃土邊坡，其邊坡由于降水沖刷而逐漸平臺，但是會導(dǎo)致地基積水。

（3）該隧道在開挖的時候極易產(chǎn)生拱頂松動現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致上層土層下沉，破壞黃土結(jié)構(gòu)，引發(fā)黃土層開裂。

（4）該隧道地標(biāo)浸水導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)圍巖土層松動，其荷載增大，隧道基底應(yīng)力上升，導(dǎo)致基底出現(xiàn)濕陷性變形。

2.2 危害分析

摩天嶺2#隧道屬于濕陷性黃土隧道，該黃土隧道工程極易出現(xiàn)地表裂縫、塌陷等問題，施工時，沿隧道走向會出現(xiàn)裂縫，且隨著開挖的深度，裂縫也會從拱腳延伸到地表，最終與山體裂縫相連，對隧道產(chǎn)生了極大的危害。同時，由于施工時出現(xiàn)冒頂、拱頂下沉等現(xiàn)象，因此地表會出現(xiàn)連續(xù)下沉，進(jìn)而引發(fā)地面塌陷，形成環(huán)形裂縫，而該隧道建設(shè)區(qū)域受到降水影響，使得地表極易出現(xiàn)陷穴和落水洞等危害[2]。

3 濕陷性黃土隧道工程基底具體處理方案

3.1 處理原則

根據(jù)濕陷性黃土隧道工程特性及其基底處理經(jīng)驗可以得到，摩天嶺2#隧道的加固處理要遵循內(nèi)外加固、先保護(hù)后加固的處理原則保護(hù)隧道基底。

導(dǎo)致黃土發(fā)生濕陷性變形的原因就是水，因此在對該隧道防沉降加固處理的時候要考慮水對黃土和隧道的影響，做好排水和防水工作，而加固處理的目的就是為了改善黃土工程特性，降低水的滲透率，防止?jié)裣莠F(xiàn)象出現(xiàn)[3]，減小隧道的整體沉降。因此，通常選用加密或換土等方式處理濕陷性黃土隧道工程基底，消除基底的濕陷性和部分濕陷性，使其在規(guī)定范圍內(nèi);選用擴(kuò)大拱腳、增加支護(hù)中間部位的支撐及洞外防排水疏導(dǎo)等方式加固隧道支護(hù)，使隧道沉降可控。

3.2 處理方法

摩天嶺2#濕陷性黃土隧道經(jīng)過的地層位第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土層，該土層垂直節(jié)理，基底濕陷性黃土層比較厚，承載力小，圍巖條件不佳，無啊滿足隧道地基承載力要求。而交通部門就隧道設(shè)計規(guī)范中也提出了荷載結(jié)構(gòu)模型計算，規(guī)定通過基底的承載力計算就是底板承載力計算，所得的結(jié)果就是隧道基底本身的承載力，同時將其與地基本上承載力比較[4]。這類隧道的墻拱腳和仰拱區(qū)地基的承載力無法滿足隧道承載力。因此，這種地質(zhì)情況下的地基不能給滿足摩天嶺2#隧道建設(shè)條件，必須要對基底進(jìn)行加固處理。

摩天嶺2#隧道屬于黃土隧道，先是濕陷性黃土后是弱膠結(jié)砂土夾礫巖，我們現(xiàn)場根據(jù)設(shè)計和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用濕陷性黃土施工噴選樁、全斷面后退式分段注漿、增加中導(dǎo)拱架牛腿、擴(kuò)大下導(dǎo)拱架基礎(chǔ)拱腳、施作雙排鎖腳錨管、洞頂淺埋段卸載、洞頂薄弱地段覆蓋等措施降低隧道內(nèi)沉降及收斂，確保隧道內(nèi)的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)可控。

（1）水泥旋噴樁。見圖1，首先，設(shè)計洞外試樁，確定狀體的強(qiáng)度和直徑、配比好水灰比，并調(diào)整樁體底部參數(shù)，形成旋噴樁，提高單樁的承載力，樁位與隧道主樁點位放樣一致。其次，準(zhǔn)備好鉆機(jī)、泥漿攪拌機(jī)、廢漿池。最后，進(jìn)行旋噴工作，鉆頭提升速度在25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為22cm/min，首次噴漿壓力是26MPa，再次噴漿壓力是30MPa，效果比一次噴漿要好。旋噴時為使鉆桿接頭噴漿效果更好，其長度要超過10cm[5]。

（2）水泥擠密樁。該濕陷性黃土隧道工程中，水泥性擠密樁屬于常見的隧道基底處理方法，由于濕陷性黃土本身的孔隙比較大，水泥擠密樁通過夯實黃土中的大孔隙，進(jìn)而將濕陷性消除，以加固基底。在夯實樁基時，樁孔將土質(zhì)原有的強(qiáng)制性擠出，樁周區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)被重塑以及壓縮，但是由于其隧道內(nèi)的施工作業(yè)面不大，一旦發(fā)生震動就會影響圍巖，需要優(yōu)化擠密樁材料和施工機(jī)械等。

（3）改變黃土性質(zhì)。黃土本身的土質(zhì)壓密性不佳，且由于鹽類膠結(jié)材料本身的易溶性導(dǎo)致黃土呈現(xiàn)濕陷性。因此，對于濕陷性黃土地基處理而言，可以采用土體加密、土體加固以及加密加固等方法來消除內(nèi)應(yīng)，以提高黃土基底的穩(wěn)固性。其中，土地加密就是利用各種施工措施使黃土密度加大，例如強(qiáng)夯法、素土墊層法等;土體加固則是利用焙燒或加入膠結(jié)材料使黃土性質(zhì)得以改變的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，使黃土本身抗水性以及力學(xué)指標(biāo)得以提高;加密加固則是對黃土同時實行加密、加固方法，例如灰土墊層法的實行。

（4）用全斷面后退式，分段注漿。利用鉆桿鉆到設(shè)計深度之后，不退鉆桿，漿液直接通過鉆桿注入孔底，邊注邊退，避免孔口注漿漿液難以到達(dá)孔底的弊端。直接通過鉆桿將一定比例配制而成的漿液注入孔底，利用液壓和氣壓原理，漿液以充填、滲透、擠密和劈裂等方式滲透擴(kuò)散到巖層（砂巖）孔隙中并快速凝固，與周圍破碎巖塊結(jié)成具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體，注漿過程中由下而上，由里向外，邊注邊退（壓力達(dá)到2MPa，后退鉆桿0.5米，再注漿），即層層“抬水”方式，在隧道周邊及開挖面形成一個固結(jié)止水帷幕（加固區(qū)），將水堵至固結(jié)圈外，切斷地下水流通路，阻止水流動，以此來達(dá)到固結(jié)止水效果，可保持圍巖的穩(wěn)定，增強(qiáng)施工安全性。

（5）增加中導(dǎo)拱架牛腿。為了控制濕陷性黃土隧道的沉降變形現(xiàn)象，施工時增加中導(dǎo)拱架牛腿，也就是將L型鋼架焊接到主洞鋼拱架上，將其固定在圍巖上，增大彼此的接觸面，進(jìn)而降低沉降量，以控制沉降，見圖2。

（6）加強(qiáng)拱腳處理。施工時，在每處拱腳增加腳錨管，以防止拱腳出現(xiàn)掉拱和收縮現(xiàn)象，同時也可以對下層開挖工作起到支護(hù)的效果，降低變形量。該隧道使用三臺階開挖，各拱腳處都通過增加腳錨管使沉降現(xiàn)象得以緩解，采用無縫鋼管使其與鋼拱架能夠?qū)崿F(xiàn)緊密焊接，將整個支護(hù)連接成整體，在中、小臺階以及仰拱開挖的時候利用連接器將懸空拱腳控制住，防止其沉降變形。

（7）洞頂?shù)奶幚?。通過洞頂淺埋段卸載、洞頂薄弱地段覆蓋等措施保護(hù)好隧道。對于該隧道而言，由于本段巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，連通性較差，多充填泥質(zhì)，賦水性較差，若是連續(xù)受到降水沖刷，會導(dǎo)致洞頂用水量大大增加，洞頂極易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，對此，施工單位提出了在洞頂薄弱地段覆蓋的施工方法，采用工字鋼和鋼管框架，將鋼筋網(wǎng)頂入，貼近墻壁，使用C25噴砼護(hù)拱封住洞頂塌腔口[6]。

4 對比結(jié)果及結(jié)論

通過對比沉降結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采取一系列措施后黃土隧道沉降大幅度降低。同時，對于黃土隧道，需要跟不同類型圍巖等級、不同類型的突發(fā)地質(zhì)情況采取與之相對應(yīng)的加固處治方法，從而達(dá)到隧道施工的良好效果。

綜上所述，黃土本身的土質(zhì)呈現(xiàn)大孔隙、疏松的現(xiàn)象，隧道建設(shè)時常出現(xiàn)濕陷性黃土問題，這種狀態(tài)下的黃土呈現(xiàn)垂直節(jié)理發(fā)育，導(dǎo)致隧道進(jìn)而導(dǎo)致隧道大面積沉降，收斂反而很少?；壮休d力相較于普通基底而言要小，進(jìn)而導(dǎo)致隧道基底出現(xiàn)壓縮變形和濕陷變形現(xiàn)象。同時，由于周邊水緩解出現(xiàn)了變化，使得基底也不夠牢靠，進(jìn)而發(fā)生大面積濕陷變形現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞，引發(fā)隧道沉降開裂，影響了隧道的運(yùn)行。摩天嶺2#隧道在采用新奧法理念的基礎(chǔ)上，提出了圍巖加固多措施并舉，從基底到初支，進(jìn)而延伸到隧道外部洞頂，提高了施工安全度，沉降數(shù)據(jù)分析結(jié)果與隧道施工實際動態(tài)相符。經(jīng)過實踐檢驗，分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，該段隧道沉降及洞外裂縫現(xiàn)象明顯減少，施工過程中隧道初支變形及收斂均在可控范圍內(nèi)，提高了結(jié)構(gòu)耐久性、穩(wěn)定性。由此可見，黃土隧道中積極地進(jìn)行多措施聯(lián)動的施工工藝肯定是可行的，為同類工程提供了重要的借鑒。

參考文獻(xiàn)

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