黄土隧道常见病害防治措施探讨

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  摘要:现阶段,由于黄土隧道的地质条件具备一定的特殊性,因此,这就对于施工工序以及相关的施工工艺提出了非常严格的要求,明确规定相关人员在具体隧道施工期间,需要引进新型的施工技术,再加上施工过程因为经常受到相关因素的影响而发生病害问题,所以,在具体的施工期间,就需要根据实际情况制定相关的预防策略,加大对相关问题的解决力度。在本文中,主要是针对黄土隧道施工中经常遇到的问题进行了详细的研究,然后根据其特点以及黄土隧道施工中病害发生的原因进行了有效的分析,提出了相应的黄土隧道病害防治措施。
  关键词:黄土隧道;病害;防治措施
  黄土隧道本身是属于干旱半干旱区域的沉积物,其特点为多孔,并且是以粉土颗粒为主,在这其中包含了较多的碳酸盐,然后颜色为黄色。再者,黄土的渗透性和湿陷性特点非常的明显,这样一来,就会发生崩溃情况。而在外荷的压力下,经常会受到水侵蚀的影响,进而发生形变以及失陷情况。其主要是以风积为主,有大孔性,垂直节理以及架空孔隙发育,可溶性盐以及膨胀性粘土矿物质含量比较的大,所以湿陷性较强,其承担的压力比较差,容易引发黄土隧道工程质量问题。其中,经常出现的病害表现为:二衬环向裂缝、仰拱纵向裂缝以及路面短板等一系列问题。基于此,本文对于黄土隧道施工常见病害的提出的预防措施如下所示。
  1、 当前黄土工程的基本特点
  在黄土隧道工程施工期间,比较重要的问题是在最大程度上保护黄土的天然结构强度,这个是为了防止因为变形产生裂缝而出现强度危害问题,因此,就需要选择出科学合理的支护结构方式,这是因为黄土隧道和岩石隧道不一样,黄土隧道会随着开挖围岩的收敛变形而出现一定的压力,从而达到新的平衡点,而在这样的情况下就会根据变形的增加使得破坏力度随之增加,最后引起混凝土衬砌的变形情况。不仅如此,在施工过程中,还需要做好方式层、排水系统的分布和质量的保障措施。
  1.1黄土渗透性分析
  在老黄土中,内部结构的情况比较的明显,比如,斜节理以及新黄土中的原生柱状垂直节理并没有完全发育好,也没有发现带有结构性的节理。这个仅仅是存在于黄土结构中,而该种情况的出现会直接影响到路基边坡的牢固性。之后在具体的结构节理黄土表层中,还需要对边坡进行开挖,在这其中,破坏的方式大多数为节理面进行滑落,当然还有着垂直节理中的黄土边坡,可能就会直接表现出破坏方式的倒塌,另外,在没有节理中的黄土边坡中,会带来一定的影响。
  1.3黄土的湿陷性分析
  一般情况下,黄土中比较重要的工程性质就是湿陷性,所以在承载压力的情况下,经常会受到水的侵蚀,这样的话就会直接对黄土体结构带来一定的破坏,最后就会使得黄土体出现沉降。然而这个并不是所有的黄土有比较强的沉陷性。另外具有沉陷性的黄土厚度也不是很大,经常情况下在上部的20m范围内。
  2、 黄土隧道施工常见病害发生的主要原因
  2.1 黄土工程中存在的特点
  黄土的缝隙率相对而言还是比较大的,并且有着比较强的透水性,其地表水也是比较容易向下渗透的,而且有着垂直就节理发育的主要特点。所以垂直方式中的渗透系数会一直超过水平方式的。所以,地表水还是会以垂直渗入为主要方式,其水平方式范围比较小,而且根本没有竖向的摩擦力进行运行。一方面,黄土需要以垂直节理切割的方式直接使用在衬砌上,在这样的情况下,衬砌会出现竖向开裂的情况。另外一方面,如果是因为垂直节理的发育或者是地表水下渗,那么就会产生膨胀以及土崩情况,严重时会出现下沉和湿陷问题,其周围岩石的承载压力也会随之加大,由此一来,就会使得黄土出现膨胀以及崩解的情况,进而向下沉陷,最后使得围岩侧压力不断提高,其支护拱脚也会发生变形问题,围岩失稳,这就代表着沉降发生变化。
  2.2 地表水原因
  在正常情况下,因为地表缝隙的出现,这个时候黄土隧道上部分土体会沿着裂缝处剪切破裂面。首先,在黄土隧道中,上部分土体所产生的应力会重新进行布置,而在隧道的顶部中,可能黄土陷穴的出现,就会使得地表缝隙会朝着纵向方式发展,由此一来,就会使得内部结构在整体性发生很大的改变。其次,地表水的渗透原因,隧道基底还会因为潮湿的现象会发生很大的改变,最后黄土隧道出现沉降以及变形的情况。
  2.3 隧道深埋原因
  其实在黄土隧道深埋地段中,经常会受到地表水带来的各种影响,并且围岩本身的承载力度也会比较大,所以在这样的情况下,就会使得隧道出现比较大的变形情况。另外,由于地表会对围岩带来很大的影响,所以隧道内部比较集中的病害还是深浅埋的过程。
  2.4 黄土隧道中锚杆存在问题
  黄土隧道拱部系统锚杆起到作用还是比较大的,尤其是在浅埋隧道拱部隧道系统锚杆设置问题上,就已经成为当前黄土隧道要面临的问题,当前对于黄土隧道锚杆还是有着两种不同的看法:第一,在钢架支护下,黄土隧道中的系统锚杆其实没有完全发挥出自身的作用,所以不需要进行设立;第二,面对系统锚杆而言,要想在最大程度上提高的牢固性还是有着比较明显的作用,那么在这个时候需要提前设置好系统锚杆。如果相关的 工程有自己的意见,其理由还需要充分,怎样设立好正确的系统锚杆,这个有中立和客观的观念,分别是系统锚杆需要结合工程的实际情况进行设立,具体可以直接分析为深埋黄土隧道以及土体塑性区范围中。而面对隧道开挖以后洞顶土体就会直接呈现出沉降趋势,相应的土體还会发生塑性变形,如果再考虑到黄土地表层垂直节理发育的特点,那么浅埋黄土隧道系统锚杆并没有很大的深埋隧道大,然而还是需要根据设计中进行取消或者是结合实际情况下定论。
  2.5 片帮以及衬砌裂缝
  首先,片帮是在黄土隧道以后开始的,并且软期结构年还是存在一定的开挖结构,这样的话就会使得局部应力不集中,从而会产生不良的现象。而围岩不稳定初期的大体表现其实是衬砌前后发生裂缝的,随着缝隙宽度的不断提高,衬砌结构就会出现很大的压力,而在这个时候围岩结构的压力就会出现很大的变化,从变形压力转向松散压力,由此一来,就会导致衬砌出现裂缝、格栅或者是钢拱架如果发生变形的话,那么其原因是因为衬砌方式和实际压力分布不符合,或者是还有其他一个原因是在硬化的时候本身收缩和施工过程中温度所形成的,这个就直接分为纵向缝隙和环向缝隙。此外,衬砌缝隙是黄土隧道施工中经常出现的问题。   3、 黄土隧道运行期间存在的问题
  3.1 运行期间衬砌防排水出现的问题
  从当前国内已经竣工的运行情况能够看出来,还是存在隧道衬砌结构渗漏水的问题。尤其是在隧道中,比较严重,可能还会直接形成隧道衬砌漏水以及涌水等情况。一方面,在黄土隧道排水系统的运行过程中,可能就会使得黄土隧道围岩附近发生很大的变化,直接关系到隧道运行的安全性。另外一方面,黄土隧道渗漏水病害的原因有地质条件以及人为因素两种类型。而在地质条件中就会包括到黄土的工程特点以及内部结构和水文地质条件等。在人为因素中可能是对水文地质条件不合理性,根本没有采取有效的解决措施。
  3.2 运行期间衬砌裂损以及腐蚀
  因为隧道衬砌出现缝隙或者是变形会直接影响到围岩的承载能力,而且还会给隧道内部净空收敛侵入带来很大的影响,会直接关系到运行车辆的安全性。同样的情况下,隧道拱部衬砌滑落,就会危及到过往车辆的安全性。不仅如此,隧道维护以及养护的工程量会有所提高。此外,隧道在正常运行情况下会对损坏衬砌进行维修,这样的话对于施工干扰力度会比较大,其维修费用不断提高。
  面对不同隧道所穿越的地层来讲,地质条件上也有着很大的不同,在这其中地层中就 有比较多的腐蚀性介质,并且这些带有腐蚀性五十的渗漏水会关系到衬砌结构产生发腐蚀作用,这个就可以直接划分为物理性腐蚀和化学性腐蚀两种情况。而隧道衬砌结构腐蚀的主要因素是衬砌在进行运行的时候质量以及使用到的水泥规格,其渗入衬砌结构的渗漏水中包括的腐蚀性物质类型和浓度和所处环境温度和湿度相等。
  3.3 隧道冻害存在的问题
  隧道冻害简单是指位于严寒区域内的隧道洞内水流和围岩内部积水而直接冻结形成的,这样的话,就会使得隧道拱顶挂水以及边墙结冰等多种问题都会直接关系到线路的安全性和结构正常的使用性。另外,隧道冻害的形成的根本原因会经常受到寒冷温度或者是季节冻结圈的形成等施工影响的作用。
  3.4 隧道震害存在的问题
  因为地震隧道经常会受到破坏,普遍的就是震害停运形成的经济损失会直接超过隧道自身的维修费用。由此一来,就会使得隧道地震破坏的原因有工程地质条件和抗震设计以及工程质量等。
  4、 黄土隧道在施工中遇到病害的解决措施
  通常情况下,在具体施工的时候,需要在地下水比较严重的地方注意到是否会出现涌水情况,而且还需要做到相应的安全检查工作,更要根据隧道的顶拱以及拱脚等多个部分,尤其是拱顶是否有纵向缝隙等多种问题,在初期支护阶段需要观察到工字钢是否会出现变形情况;所以在衬砌施工完成以后,还要注意到混凝土衬砌施工有缝隙和渗水现象。
  4.1二衬环向裂缝
  ①形成的主要原因:第一地层不均匀沉降;第二衬砌钢筋保护层比较厚;第三,台车在进行施工的时候,根据存在的病害需要引起关注。
  ②解决措施:第一,仰拱或者是二衬施工需要保持在一条线上;第二,衬砌钢筋保护层需要结合施工实际情况进行操作,而每环钢筋在施工缝隙处会出现断开的情况;第三,在条件可以的情况下,要尽可能的选择使用9m衬砌台车,当然还需要不断降低12m台车使用频率。
  ③处理的解决措施:从缝隙角度出发,需要先对缝隙进行清洗,之后要涂刷环氧树脂浆液直接进行密封;如果是大于缝隙范围的话,还需要沿着缝隙方向凿成宽为1.5-2.0cm的小形糟,最后需要使用环氧树脂水泥砂浆进行锚固,或者是每间隔20cm要设立一个注射口,最后直接推注环氧树脂浆液。
  4.2仰拱纵向缝隙
  ①存在的主要原因:第一,围岩压力比较大,地质会出现变形;第二,仰拱在设计支护参数比较弱,比如仰拱没有钢筋;第三,仰拱以及填充需要一起进行施工。
  ②处理措施:第一仰拱在进行挖掘的时候需要形成平滑圆顺的弧形,这是避免开挖不规则面形成的应力集中,当然还需要尽可能的降低对围岩的干扰;第二,要不断提高支护参数,特别是在衬砌钢筋成环中;第三,需要将仰拱以及填充进行分开施工,这是避免仰拱缝隙会直接反射到填充层内。
  ③解决措施:需要沿着缝隙的两边直接分为1:0:15斜坡,其深度需要保持在合理的范围内,之后要植筋焊接双层钢筋网以及高标号膨胀混凝土重新进行浇筑。
  4.3 对于混凝土路面断板问题
  ①形成的原因:在对黄土隧道进行施工的时候,还是会存在很多问题,这就包括到仰拱不均匀沉降以及切缝时间不及时、混凝土强度不够,特别是在施工过程中温度下降,会使得路面板拱起,重车会直接形成断板。
  ②解决措施:需要选择使用注浆以及挤压的方式不断提高对仰拱承载压力;在不出现崩边的情况下就开始进行切缝工作;路面混凝土强度达到百分之百的时候就可以通车;尽可能在常温温度下进行施工,如果是温度低的时候需要设置好涨缝。
  4.4隧道洞顶陷穴以及出现的缝隙
  其实在实际的隧道施工过程中,如果裂缝长时间在水的侵蚀下,那么土体崩解就会直接形成陷穴。
  ①形成的主要原因:黄土陷穴出现的原因是因为黄土有着湿陷性,并且在雨水以及灌溉水直接形成的;结合以往经验能够看出来,因为隧道开挖对于围岩有很大的干扰性,衬砌回填不够密实,其黄土会向下不断堆积地表形成裂缝,而在这个时候裂缝和隧道前进方式会一样,范围和黄土地层裂角有着很大的关系,大多数为隧道两边墙拱脚开挖线斜向上45°左右范围内。
  ②解决措施:首先,在进行具体施工的时候,需要做好地表排水工作,更要提前制定出科学的解决措施,而且要结合实际情况进行防治;其次,如果对隧道洞顶陷穴以及裂缝进行处理的时候,需要根据快开挖以及强之后的情况进行操作,从而不断缩小圍岩的暴露时间,最后还可以提高拱脚降低沉降。
  5、 小结
  以上所述,在对黄土隧道进行施工的时候,要求黄土有一定的特殊性,当然还需要严格进行操作,更要注意到控水以及加强支护等多种施工原则,不仅如此,需要做好预防病害的解决措施,找到其中存在的特点,将其落实到实际施工过程中,由此一来,可以很好的防止施工过程中出现的病害,最后还可以保证施工的安全性。
  参考文献:
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  (作者单位:中交路桥南方工程有限公司,北京通州)
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