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黃土隧道施工的常見病害防治簡析

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了黃土隧道施工的常見病害防治簡析范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

黃土隧道施工的常見病害防治簡析

摘要:因?yàn)?a href="http://www.saumg.com/lunwen/nybhfzlw/103061.html" target="_blank">黃土隧道的地質(zhì)條件非常特殊,需要很多的施工工序,并對(duì)施工的工藝有著嚴(yán)格的要求,需要很強(qiáng)的施工技術(shù),加之容易出現(xiàn)病害,所以在施工的過程中,要做好相應(yīng)的預(yù)防措施,制定有針對(duì)性的解決措施。因此,文章針對(duì)黃土隧道施工常見病害防治措做出了進(jìn)一步的探究,對(duì)黃土工程的特征、黃土隧道施工常見病害發(fā)生的整體原因、黃土隧道施工常見病害防治措施給出了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞:黃土隧道;常見病害;預(yù)防措施;簡析

黃土為干旱半干旱地區(qū)的沉積物,其特征為多孔、以粉土顆粒為主,含有大量的碳酸鹽,顏色為黃色。此外,黃土的滲透性和濕陷性非常明顯,容易崩解。在外荷及自重的作用下,受到水侵蝕時(shí),很容易發(fā)生變形及失陷。其主要以風(fēng)積為主,有大孔性,垂直節(jié)理和架空孔隙均較發(fā)育,可溶性鹽以及膨脹性粘土礦物質(zhì)含量非常大,所以濕陷性較強(qiáng)、承載力較差,容易引起黃土隧道工程質(zhì)量問題,其中常見的病害包括:二襯環(huán)向裂縫、仰拱縱向裂縫、路面斷板、隧道洞頂陷穴及裂縫、洞口滑坡體威脅行車安全、姜結(jié)石堵塞中心排水溝等問題。因此,本文針對(duì)黃土隧道施工常見病害防治措施做出了如下探究。

1黃土工程的特征

在黃土隧道施工中,存在的一項(xiàng)非常重要的問題便是需要最大限度地保護(hù)黃土的天然結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,避免因變形產(chǎn)生裂縫造成強(qiáng)度損失,選擇能夠有效控制變形的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,因?yàn)辄S土隧道不像巖石隧道那樣會(huì)隨著開挖圍巖的收斂變形而發(fā)生應(yīng)力的重分布,達(dá)到新的平衡,它只會(huì)隨著變形的增大加劇破壞,引發(fā)混凝土襯砌的變形。此外,另一個(gè)十分關(guān)鍵的問題為,在施工的過程中要做好防水層與排水系統(tǒng)的布設(shè)與質(zhì)量的保證措施。

1.1黃土的滲透性

在老黃土中,構(gòu)造節(jié)理的情況非常普遍。例如:斜節(jié)理、新黃土當(dāng)中的原生柱狀垂直節(jié)理沒有發(fā)育,沒有發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造性的節(jié)理。存在于黃土中的節(jié)理,會(huì)控制路基邊坡的穩(wěn)定性。在具有結(jié)構(gòu)節(jié)理的黃土層當(dāng)中,對(duì)于邊坡的開挖,其中的破壞形式為沿著節(jié)理面進(jìn)行滑落,有著垂直節(jié)理當(dāng)中的黃土邊坡,呈現(xiàn)出來的破壞形式為倒塌,在沒有構(gòu)造節(jié)理當(dāng)中的黃土邊坡,呈現(xiàn)出來的破壞形式為滑坡[1]。

1.2黃土的濕陷性

黃土最主要的工程性質(zhì)便是其濕陷性,為在較強(qiáng)的壓力作用下,受到水的浸濕,迅速對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,最終導(dǎo)致下沉[2]。但是,并不是全部的黃土都有很強(qiáng)的沉陷性。具有沉陷性的黃土厚度并不非常的大,通常情況下會(huì)在上部的20m之內(nèi)。

2黃土隧道施工常見病害發(fā)生的整體原因

2.1黃土工程存在的特征

黃土的空隙率比較大,有極強(qiáng)的透水性,地表水非常容易向下滲透,并具有垂直節(jié)理發(fā)育的特征。這樣,垂直方向當(dāng)中的滲透系數(shù)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水平的方向。其中,地表水會(huì)以垂直滲入為主要的形式,水平方向的圍壓比較小,并且沒有豎向的摩擦力。黃土?xí)源怪惫?jié)理切割的土柱形式將其全部應(yīng)用在襯砌上[3]。這樣襯砌會(huì)出現(xiàn)豎向開裂的情況。并且,因垂直節(jié)理的發(fā)育、地表水下滲,會(huì)使黃土產(chǎn)生膨脹和土崩,發(fā)生下沉和濕陷,圍巖的側(cè)壓力會(huì)明顯增大,使黃土出現(xiàn)膨脹以及崩解的現(xiàn)象,向下沉陷,使圍巖側(cè)壓力增強(qiáng),支護(hù)拱腳會(huì)出現(xiàn)變形的情況,圍巖失穩(wěn),使隧道出現(xiàn)明顯的沉降變化。

2.2地表水

通常情況下,由于地表裂縫的出現(xiàn),隧道上部土體會(huì)沿著裂縫處出現(xiàn)剪切的破裂面。隧道的上部土體產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)重新進(jìn)行分布[4]。在隧道的頂部,由于黃土陷穴的出現(xiàn),會(huì)導(dǎo)致地表的裂縫不斷向縱深方向發(fā)展,這樣便使內(nèi)層結(jié)構(gòu)的整體性受到極大的破壞。此外,由于地表水的滲透等,隧道的基底會(huì)出現(xiàn)因?yàn)槌睗癜l(fā)生的變形,這樣隧道便出現(xiàn)了沉降變形以及開裂的問題。

2.3隧道埋深

在隧道的深埋段,受到地表水帶來的影響,圍巖自身的重力增大,承載力變小等,都會(huì)使隧道出現(xiàn)強(qiáng)烈的變形和沉降。此外,因?yàn)榈亓褜?duì)圍巖造成的破壞,隧道內(nèi)較為集中的病害主要在深淺埋的過渡段。

3黃土隧道施工常見病害防治措施

在實(shí)際施工的過程中,要在地下水比較嚴(yán)重的地方注意是否會(huì)有涌水的現(xiàn)象發(fā)生,并做好安全檢查等各項(xiàng)工作,針對(duì)隧道的頂拱及拱腳等部分,特別是拱頂有無縱向裂縫等問題,初期支護(hù)要觀察工字鋼是否出現(xiàn)下沉及變形;襯砌施工完畢后,注意查看混凝土襯砌是否有開裂和滲水等現(xiàn)象。

3.1二襯環(huán)向裂縫

3.1.1主要原因(1)地層不均勻沉降;(2)襯砌鋼筋保護(hù)層太厚;(3)臺(tái)車一模施工過長。針對(duì)這一病害,在施工的過程中,要給予重視。3.1.2預(yù)防措施(1)仰拱及二襯施工縫在一條線上;(2)襯砌鋼筋保護(hù)層按設(shè)計(jì)施工,每環(huán)鋼筋在施工縫處斷開;(3)如條件允許盡量采取9m襯砌臺(tái)車,減小12m臺(tái)車使用頻率。3.1.3處治的措施對(duì)小于0.3mm的裂縫,先清洗,然后涂刷環(huán)氧樹脂漿液直接封閉;對(duì)大于0.3mm的裂縫,先沿裂縫方向鑿成寬1.5~2.0cm、深3cm的V形槽,然后用環(huán)氧樹脂水泥砂漿錨固,每隔20cm設(shè)置一個(gè)注射口,推注環(huán)氧樹脂漿液。

3.2仰拱縱向裂縫

3.2.1主要原因(1)圍巖壓力增大,地質(zhì)變形;(2)仰拱設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)較弱,如仰拱無鋼筋;(3)仰拱及填充一起施工。3.2.2預(yù)防措施(1)仰拱開挖要形成平滑圓順的弧形,防止開挖不規(guī)則而引起應(yīng)力集中,盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng);(2)增強(qiáng)支護(hù)參數(shù),尤其是襯砌鋼筋成環(huán);(3)將仰拱及填充分開施工,防止仰拱裂縫反射至填充層。3.2.3處治措施沿裂縫兩側(cè)各40cm切成1:0.15斜坡,深度60cm正梯形,然后植筋焊接雙層鋼筋網(wǎng),高標(biāo)號(hào)膨脹混凝土重新澆筑。

3.3混凝土路面斷板

3.3.1主要原因(1)仰拱不均勻沉降;(2)切縫時(shí)間不及時(shí);(3)混凝土強(qiáng)度不足即通車;(4)施工時(shí)溫度過低,當(dāng)溫度升高時(shí)路面板拱起,重車一壓形成斷板。3.3.2預(yù)防措施(1)采用注漿及擠壓樁等措施提高仰拱基層承載力;(2)不崩邊掉角即可開始路面切縫工作;(3)路面混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%方可通車;(4)盡量常溫天氣施工路面,如溫度低時(shí)施工可多設(shè)置漲縫。3.3.3處治措施沿裂縫兩側(cè)各20cm寬切成1:0.15斜坡,切至板底,然后植筋焊接雙層鋼筋網(wǎng),高標(biāo)號(hào)膨脹混凝土重新澆筑。

3.4隧道洞頂陷穴及裂縫

隧道施工的過程中,經(jīng)常會(huì)沿著隧道的走向在兩側(cè)產(chǎn)生地表裂縫,而裂縫長期在水的浸潤下,土體崩解形成陷穴。3.4.1主要原因(1)黃土陷穴主要因?yàn)辄S土具有的濕陷性,在雨水及灌溉用水侵蝕而成;(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)黃土隧道地表裂縫多見于60m埋深以下,主要是由于隧道開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng),襯砌回填不夠密實(shí),黃土向下堆積的層層累加在地表形成裂縫,裂縫多與隧道掘進(jìn)方向相同,范圍與黃土地層的破裂角有關(guān),一般為隧道兩邊墻拱腳開挖線斜向上45°~57°度左右,多為裂縫出現(xiàn)區(qū)域[5]。3.4.2預(yù)防措施首先,在施工的過程中,做好地表排水工作,要制定相應(yīng)的預(yù)防措施,并根據(jù)具體的情況進(jìn)行治理。其次,在對(duì)隧道洞頂陷穴及裂縫進(jìn)行預(yù)防的過程中,可通過“快開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉”減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),縮短圍巖的暴露時(shí)間;增大拱腳減少沉降,從而有效減少地表裂縫的出現(xiàn)[6]。3.4.3處治措施對(duì)于隧道洞頂陷穴及裂縫病害的處理,可對(duì)埋藏1m以內(nèi)的陷穴采用開挖后分層夯實(shí)的方式;對(duì)埋藏較深的陷穴灌注加部分水泥的粘稠泥漿(1:8的泥漿比)[7];沿地表裂縫開挖深度50cm,寬50cm的溝槽,用三七灰土回填,采用小型夯實(shí)機(jī)械或人工石錘進(jìn)行分層夯實(shí),回填高度高出原地面10cm。溝槽開挖完成后及時(shí)回填,避免雨水倒灌[8]。

3.5洞口滑坡體威脅行車安全

削竹式洞門,橋隧相接,出口左側(cè)形成光滑的滑動(dòng)面,平時(shí)經(jīng)常有土滑下,造成一定的安全隱患。3.5.1主要原因明洞過短,隧道出口邊坡坡度大于邊坡破裂角。3.5.2預(yù)防措施減少一跨橋梁,增加明洞長度,明洞洞口與山體形成的坡度應(yīng)小于45°。3.5.3處治措施如已經(jīng)出現(xiàn)了洞口滑坡的情況,可增加錨桿框格梁對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)。

3.6姜結(jié)石堵塞中心排水溝

在隧道施工的過程中,還出現(xiàn)一些黃土隧道中心排水溝常被灰白色絮狀物阻塞的情況,造成路面滲水,對(duì)其進(jìn)行疏通時(shí),會(huì)支出很大一筆費(fèi)用,增加了施工成本。3.6.1主要原因黃土中富含碳酸鹽,與水中或地層中鈣相結(jié)合,隨水介質(zhì)運(yùn)移,形成膠體溶液(膠體碳酸鈣),在沉積作用過程中逐步凝聚形成姜結(jié)石阻塞中心排水溝。3.6.2預(yù)防措施防治黃土隧道產(chǎn)生姜結(jié)石最根本的辦法就是防水與排水,即避免水與黃土接觸,打破姜結(jié)石形成的內(nèi)環(huán)境,進(jìn)而杜絕姜結(jié)石的產(chǎn)生;第一,截?cái)嗟乇硭肭?,回填黃土隧道洞頂?shù)南菅傲芽p;第二,在非黃土地段增加環(huán)向排水管及橫向排水管,及時(shí)將水排入中心排水溝中;第三,在黃土與其它地層交界處提前設(shè)置截水墻,防止水從防水板后進(jìn)入黃土地段。3.6.3處治措施對(duì)于姜結(jié)石堵塞的中心排水溝,可采用化學(xué)及物理兩種辦法解決,首先,如隧道中的水不作為飲用或灌溉用水,可適當(dāng)加入稀鹽酸來溶解堵塞物;其次,如外部原因所限,人員可下到中心檢查井,用長硬塑管來回抽拉,再配合大功率抽水機(jī)帶出阻塞物。

4結(jié)語

總之,在施工的過程中,由于黃土存在一定的特殊性,干旱半干旱地區(qū)的沉積物多以孔、粉土顆粒為主,含有大量的碳酸鹽,顏色為黃色,滲透性和濕陷性非常明顯,非常容易崩解。在外荷作用以及自重的作用下,受到水的侵蝕的時(shí)候,很容易變形以及失陷。所以,在正常施工的過程中,要嚴(yán)格依照施工的流程,如注意控水、加強(qiáng)支護(hù)、所檢測等原則進(jìn)行施工,認(rèn)真做好預(yù)防病害的措施,找出其中的規(guī)律和特征,嚴(yán)格落實(shí)每一道施工的程序,可有效并避免施工過程中出現(xiàn)的病害和事故,保障施工的安全和質(zhì)量。

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作者:尹秀巖 單位:中鐵五局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司

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