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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030619)

引言

我國西部地區(qū)是典型的黃土分布區(qū)。隨著我國西部地區(qū)的不斷發(fā)展，西部地區(qū)的交通建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，黃土地區(qū)隧道逐漸增加。由于黃土具有特殊的工程特性，易導(dǎo)致黃土地區(qū)隧道襯砌變形、滲水漏水、地表變形等病害的發(fā)生。因此，加強(qiáng)對黃土地區(qū)隧道病害的研究和治理，對促進(jìn)我國西部地區(qū)的發(fā)展有著極其重要的作用。

1 黃土的工程特性

黃土是距今約200萬年第四紀(jì)時(shí)期形成的土狀堆積物，形成時(shí)間較短，較疏松，各項(xiàng)物理力學(xué)性能較差。黃土主要由黃色的粉土顆粒組成，可溶碳酸鹽礦物含量較多，黃土的工程特性主要表現(xiàn)為強(qiáng)度低、多孔、有顯著的垂直節(jié)理、層理不明顯、具有較強(qiáng)的透水性以及沉陷性等，這些特性極易導(dǎo)致黃土地區(qū)隧道發(fā)生各種各樣的病害。

2 黃土地區(qū)隧道病害的常見類型

2.1 襯砌變形

黃土地區(qū)隧道襯砌變形病害在施工期和運(yùn)營期均有可能發(fā)生，主要表現(xiàn)為洞內(nèi)襯砌混凝土開裂，拱頂、墻體、路面等部位均有可能出現(xiàn)襯砌開裂。

2.2 滲水漏水

滲水漏水病害是黃土地區(qū)隧道最常見的病害之一。盡管黃土地區(qū)隧道一般分布在我國西北部干旱地區(qū)，但是受水文地質(zhì)條件以及人為因素的影響，黃土地區(qū)隧道普遍存在滲漏水的情況，主要表現(xiàn)為洞身滲漏水、基巖裂隙滲水等，易導(dǎo)致隧道遭受侵蝕破壞。在深冬、初春等寒冷季節(jié)，反復(fù)的凍融作用還會導(dǎo)致混凝土開裂，引起隧道拱墻變形等危害。

2.3 地表變形

黃土地區(qū)隧道地表變形病害的形式有很多，主要表現(xiàn)為地表裂縫、陷穴、落水洞等，其中以地表裂縫最為常見。地表裂縫一般在隧道施工過程中出現(xiàn)，沿著隧道走向分別在左右兩側(cè)出現(xiàn)裂縫，且會隨著施工相應(yīng)地發(fā)展，最終貫通。陷穴是黃土地區(qū)特有的侵蝕現(xiàn)象，是地表水在節(jié)理裂隙中侵蝕形成的洞穴。落水洞是地表水流入地下形成的孔洞。

3 黃土地區(qū)隧道病害的產(chǎn)生原因

3.1 襯砌變形病害的產(chǎn)生原因

導(dǎo)致黃土地區(qū)隧道發(fā)生襯砌變形病害的原因主要有兩個(gè)方面，一方面是支護(hù)體剛度和強(qiáng)度不夠，另一方面是作用于襯砌上的壓力過大。這里的壓力主要包括兩種：圍巖壓力和靜水壓力，由于一般黃土地區(qū)隧道埋深淺，且黃土具有多孔性，因此隧道上的圍巖壓力主要為松動(dòng)地壓；黃土垂直節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)決定了黃土水平向圍壓很小，黃土以垂直節(jié)理切割的土柱形式將其全部自重作用于隧道襯砌之上，同時(shí)黃土含水層中的地下水對隧道襯砌也會產(chǎn)生靜水壓力，在它們的合力作用下，隧道支護(hù)會發(fā)生相應(yīng)的變形。

3.2 滲水漏水病害的原因分析

造成黃土地區(qū)隧道滲水漏水病害的原因來自人為因素和自然條件兩個(gè)方面。前者主要是指工程的防滲、排水措施不全面、不得當(dāng)，難以滿足黃土地區(qū)隧道工程防排水需要；而后者指的是黃土的工程特性、結(jié)構(gòu)特征以及當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件。二元結(jié)構(gòu)是黃土地區(qū)最常見的地層結(jié)構(gòu)模式，即上地層為黃土，下地層為基巖。黃土所具有的多孔性、透水性較強(qiáng)、垂直節(jié)理發(fā)育等特性，決定了黃土有良好的含水層，且滲透性強(qiáng)，以垂直滲漏為主，地表水在黃土中可以滲流到較大深度，當(dāng)?shù)乇硭疂B流到二元結(jié)構(gòu)的界面時(shí)，由于下地層基巖不透水，滲流受阻，地表水聚集于此，形成具有一定厚度的飽和黃土層，土體變軟，其強(qiáng)度和承載力進(jìn)一步降低。在黃土地區(qū)隧道施工過程中，當(dāng)開挖到此地層時(shí)，含水層被破壞，含水層中的水集中滲入隧道中，導(dǎo)致隧道在施工中出現(xiàn)滲水漏水病害，如果隧道工程的防滲、排水措施不力，即便在隧道建成后，仍會出現(xiàn)滲水漏水病害。

3.3 地表變形病害的原因分析

造成黃土地區(qū)隧道地表變形的原因有很多。一方面由于黃土具有垂直節(jié)理發(fā)育的特點(diǎn)，且水平向圍壓較小，當(dāng)垂直節(jié)理切割的土柱發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)傳遞至地表，致使地表產(chǎn)生裂縫和陷穴，并使地表裂縫不斷向縱深發(fā)展，最終使隧道地層結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；另一方面，當(dāng)?shù)乇硭疂B漏到隧道拱頂上方，積水沒有及時(shí)排出時(shí)，由于黃土的濕陷性，可能會引發(fā)隧道頂部沉降變形，變形延伸至地表產(chǎn)生破壞；有些地下水豐富的地區(qū)，還存在由于隧道涌水導(dǎo)致地表塌陷的現(xiàn)象；對于深埋段黃土地區(qū)隧道，洞頂黃土受地表水影響，圍巖自重增加，承載力降低，圍巖易產(chǎn)生破裂面，長期發(fā)展至地表產(chǎn)生裂縫。

4 黃土地區(qū)隧道病害的治理

4.1 襯砌變形病害的治理

根據(jù)產(chǎn)生襯砌變形病害的原因，襯砌變形病害的治理主要應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行：一是要增強(qiáng)隧道圍巖自身的力學(xué)性能，降低襯砌上的圍巖壓力，可以采用開挖回填夯實(shí)的方法進(jìn)行；二是要降低襯砌上的靜水壓力，主要是通過完善隧道的排水設(shè)施來實(shí)現(xiàn)；三是要增加支護(hù)體的剛度和強(qiáng)度。當(dāng)隧道襯砌已經(jīng)發(fā)生變形產(chǎn)生裂縫時(shí)，可以使用環(huán)氧樹脂進(jìn)行修補(bǔ)，當(dāng)裂縫較大時(shí)可以采用工字鋼拱架加固。

4.2 滲水漏水病害的治理

由于黃土特殊的工程特性，滲水漏水病害治理的原則是以排為主，防、排、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理。排，就是指排放水流，即將隧道襯砌后空隙內(nèi)積水及時(shí)排出，降低空隙內(nèi)的滲水壓力；防是指做好隧道襯砌的防滲和外圍防水；堵是指采用注漿、抹面等方式堵住滲水漏水裂縫。

在實(shí)際的黃土地區(qū)隧道工程中，往往通過在整個(gè)隧道中設(shè)置中心排水管，將襯砌后空隙內(nèi)的水引流到排水管中，排出隧道；初期支護(hù)時(shí)，應(yīng)環(huán)向?qū)ΨQ設(shè)置排水管，將隧道上方滲水引排至下方集水管，同時(shí)還要在初期支護(hù)和二次襯砌間做防水層，隧道左右兩側(cè)也要布置縱向集水管。地表的排水措施也同樣重要，可以采用導(dǎo)坑、井點(diǎn)降水等措施將地表水及時(shí)排出。當(dāng)隧道已經(jīng)出現(xiàn)滲水裂縫時(shí)，應(yīng)及時(shí)在滲水裂縫或襯砌后注漿，杜絕襯砌后的積水滲漏到隧道中。

4.3 地表變形病害的治理

地表變形病害治理的原則是以防為主，防治結(jié)合。在黃土地區(qū)隧道施工過程中，首先應(yīng)及時(shí)處理地表已有的裂縫、陷穴、落水洞等，以防止地表水的灌入對隧道造成進(jìn)一步的危害。針對地表裂縫可以在裂縫處開挖溝槽，然后夯實(shí)回填，同時(shí)設(shè)置土壟高出地表，也可以采用防滲層逐層回填夯實(shí)的方法處置；針對陷穴，也可以采用開挖逐層夯實(shí)回填的方法處置，與治理地表裂縫的差別在于，治理陷穴時(shí)回填高度應(yīng)高于地面，防止地表水下滲重新產(chǎn)生陷穴。視地表裂縫發(fā)展情況，必要時(shí)也可以使用隧道頂部土體減載的方法。在治理病害的同時(shí)，還應(yīng)完善隧道頂部防水、排水系統(tǒng)，使地表水及時(shí)排出，防止?jié)B漏水對地表造成危害。

5 結(jié)語

治理黃土地區(qū)隧道病害的關(guān)鍵在“防”，在施工過程中，必須完善黃土地區(qū)隧道的防水、排水設(shè)施，一旦病害產(chǎn)生，可以通過地表開挖回填夯實(shí)等措施進(jìn)行處置。