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浅谈黄土隧道沉降控制措施的应用

范文

张玺胡海强温亮珠

摘? 要：该文通过对我国某黄土隧道施工工程的黄土隧道施工建设分析，结合LJ-16合同段隧道进口黄土隧道工程特点，具体分析了该案例隧道采取的施工工艺，分析了如何防止黄土隧道沉降事故的发生，对于我国在类似工程方面有一定的参考意义。

关键词：黄土隧道;沉降控制;措施

中图分类号：U45? ? ? 文献标志码：A

1 工程概况

该工程洞身下穿Q3砂质黄土地层，土质呈现出浅黄色与灰黄色。该隧道附近围岩的土质组成较为均一，组成颗粒主要以粉粒为主。土壤的质地与结构较为松散，土壤内部孔隙发育较为强大。隧道掌子面水分较多，表面潮湿有渗水现象发生。隧道地表面有多个陷穴和冲沟。隧道穿过陷穴，深度达到135 m。隧道内部第一个冲沟深度为205 m，第二个冲沟深度为25 m，洞内含水量高达35%，隧道洞穴承载力最高为158 kPa。在隧道施工的实时监测数据中，表明该隧道工程下降累计为190 m～400 m。

2 黄土隧道工程特征总结

2.1 围岩变性量大

该工程黄土隧道的地质特性较为特殊，其地质组称为数值性的节理发育。在施工过程中的表现极为明显，该隧道的拱顶下尘量大，而周围隧道围岩收缩量又小，甚至会出现负值的情况，以及隧道净空变量大。通过对该隧道的实时施工监控，得出了61个监控量，通过对于隧道断面的数据总结分析，得出该隧道的水平收敛总量为64.7 mm，拱顶下沉总量甚至可以达到400 mm。

2.2 变形量快且变形速率高

根据对于该案例隧道的实时施工监控发现，在隧道进行开挖工程后的8 h，隧道周围的岩石基本处于稳定状态。随着隧道工程施工的不断开挖，隧道围岩出现了状态变化。其中隧道下台阶、中台阶、隧道仰顶的开挖对于隧道围岩的沉降影响较大。该隧道上台阶开挖的下沉速率为1 mm～22 mm，试工3天之后，该下沉速率逐渐的降低。中台阶与下台阶的开挖速率又回到了基本的15 mm～28 mm。

2.3 地基承载力差

在进行隧道施工的仰顶开挖过程中，该隧道的地基承载力较高为150 kPa。如果隧道承载力不足，则会对隧道的开挖以及周围的岩石产生负面影响。一般情况下，隧道黄土围岩周围的土壤压缩性较低，通常属于中低级的压缩性土壤。在外界的一定条件下，该土壤的收缩变形是非常有限的。有效的变形量不能够及时平均施工过程中产生的压力，因此围岩与地基可能会产生松动，从而导致隧道仰顶的基础下沉[1]。

2.4 蠕变与突变

在隧道的初期施工中，其支护封闭工作完成后，开始进行隧道拱顶的施工。在隧道仰顶施工时，隧道表面的变形速度逐渐缓慢，但是隧道开挖的后续工程会对围岩产生负面影响，再加上隧道本身洞顶的自重压力，就会造成隧道初期支护的开裂，严重时喷射砼甚至会被剥落，对于隧道的城建控制产生着极强烈的负面效果，从而导致隧道很容易出现失稳现象。

2.5 围岩遇水

隧道围岩在接受水分侵入后，其变形现象会加剧发生。这是由于砂质性的黄土在遇到水分侵入后，其状态会发生改变，强度会大幅度降低。并且土质遇水渗流部分，其黏性都会下降，极易出现脱落掉块的事故。主要原因是现行黄土的力学特征，对于水的敏感度较强，黄土结构本身具有较强的亲水性，并且黄土垂直部分的渗透系数大于黄土水平方向的渗透系数，黄土在垂直方向黄土的地下水渗透速度更快。因此，当部分被水浸湿后，隧道整体会很容易被水分浸蚀，从而发生水分渗透，造成隧道围岩被水软化，导致后期的剥落、开裂事故发生，从而导致隧道的承载力下降，导致隧道发生后期的变形沉降事故。

3 黄土隧道沉降控制措施总结

经过对于该研究隧道施工过程的实时监控，相关人员分析并总结了工程特征。研究表明，隧道的沉降域流量控制在40 cm是最合适的，同时在施工过程中也没有出现二次进空的现象。但是，当隧道的沉降量过大时，会导致隧道顶部的山体拉断，隧道整体的重力与压力会完全地作用于初期的支护上，极大程度地增加了隧道支护的荷载量，对于隧道后期的施工投入与使用运营都存在较大的威胁隐患。因此需要控制黄土隧道的沉降，最根本措施就是要控制隧道拱顶的沉降量[2]，施工过程中通常会采取以下措施。

3.1 严格按照工法进行施工，控制布局和红线

三台阶临时仰拱施工法，是黄土隧道施工过程中的常用方法（如图1、图2所示）。该措施通过控制隧道个台阶的施工长度，落实了隧道的红线施工距离。具体就是将隧道掌子面刀拱顶的红线距离控制在36 m，将隧道的掌子面距离到隧道二衬的红线距离控制在50 m。

通过对该案例工程的实时施工监控与数据分析，研究得出该工程施工时要将时间控制在上台阶施工完成后的一周内，这对于隧道后期的施工提供了方便。同时，下台阶的施工开挖时间要控制在中臺阶完成后的2周内。通过数据分析表明，上台阶施工时的极限值为83 mm，而中台阶施工时的沉降极限值为104 mm。在施工过程中，在仰顶施工完成后，研究发现杨顶的下沉速率有了明显的减小。通过对相关监测数据的分析，发现隧道仰拱的施工要控制的下台阶施工的2周内，该隧道沉降的极限值为51 mm。

3.2 加强拱脚处理措施

3.2.1 在隧道的公交处安放2根锚管，施工后其继续添加为4根锚管

在隧道的施工环节中砂浆锚杆的施工，在一定程度上会影响喷射混凝土和隧道钢架支护的施工，严重时甚至会使其错过最佳的施工时机，从而导致黄土隧道沉降量的增加。在此背景下，隧道拱脚锚管的建设对隧道沉降的控制就起着至关重要的作用。锁脚锚管的施工采用，可以一定程度上避免锁脚发生收缩现象，同时也可以防止隧道的掉拱事故发生，又可以对隧道下部分的施工开挖，起到前期的支护保护作用，一定程度上减少了黄土隧道施工沉降的变形量。该案例工程的隧道采取3个阶段的部分开挖，对每个施工阶段的拱脚处都要增加相应的锚管，从而一定程度上控制黄土隧道的沉降量。锁脚锚管设备的采用一般会使用无缝的钢管，长度在5 m左右，在每个施工阶段打入2根锁脚锚管，全过程共12处。施工过程中保证锚杆与钢拱架之间的焊接较为紧密，与前期隧道的支护合为一体，起到了一定的支撑保护作用。

3.2.2 在隧道上中下三台阶各拱脚处增加纵向连接器

纵向连接器的施工使用主要起到了隧道整体的拱架连接作用，在隧道中台阶和下台阶的施工开挖过程中，纵向连接器可以控制隧道的悬空拱架，从而减少黄土隧道的沉降变形量。

3.2.3 上台阶与中台阶的拱脚设置

该案例隧道的含水量一般处于30%，隧道的最大承载力为15万Pa。在隧道台阶拱脚处设置拱脚，增加了拱脚的压力受力面积，一定程度上控制了隧道顶部的沉降。研究表明，在未设置拱脚时，其隧道工程拱顶的沉降量为340 mm，而在设置拱脚之后，隧道的沉降量减少为了230 mm，研究表明，拱脚措施的采用起到了良好的沉降控制效果。

3.3 加强仰拱基底承载力

在进行隧道拱顶的施工中，由于拱顶含水量非常大，其地基的承载能力较小，因此发生沉降事故的可能性较大。但是施工现场中可以使用基地50 cm的湿陷性土层，将其置换为沙烁石，可以一定程度上分散拱顶的承载压力，提高了地基的压力承载能力，减少了隧道的沉降量。

4 结语

通过对于该工程黄土隧道沉降的研究，发现采取三台阶七步开挖法对于黄土最大的沉降控制具有重要的推动作用。该文就分析了具体的沉降措施以及黄土沉降的表现特征，对于其他工程的施工具有一定的参考价值。

参考文献

[1]王圣涛.下穿民房密集区大断面黄土隧道变形控制工法的研究与应用[J].现代隧道技术，2019，56（S2）：598-603.

[2]胡振联，刘艺，姜梦林，等.西安地铁某区间盾构施工产生左、右线地面沉降显著差异原因浅析[J].地下水，2019，41（6）：81-84.

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