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(山西建筑職業(yè)技術學院，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)的交通建設規(guī)模不斷擴大，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，加強對黃土地區(qū)隧道病害的研究和治理，對促進我國西部地區(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200萬年第四紀時期形成的土狀堆積物，形成時間較短，較疏松，各項物理力學性能較差。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為強度低、多孔、有顯著的垂直節(jié)理、層理不明顯、具有較強的透水性以及沉陷性等，這些特性極易導致黃土地區(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營期均有可能發(fā)生，主要表現為洞內襯砌混凝土開裂，拱頂、墻體、路面等部位均有可能出現襯砌開裂。

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，主要表現為洞身滲漏水、基巖裂隙滲水等，易導致隧道遭受侵蝕破壞。在深冬、初春等寒冷季節(jié)，反復的凍融作用還會導致混凝土開裂，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，沿著隧道走向分別在左右兩側出現裂縫，且會隨著施工相應地發(fā)展，最終貫通。陷穴是黃土地區(qū)特有的侵蝕現象，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)隧道病害的產生原因

3.1 襯砌變形病害的產生原因

導致黃土地區(qū)隧道發(fā)生襯砌變形病害的原因主要有兩個方面，一方面是支護體剛度和強度不夠，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地壓；黃土垂直節(jié)理發(fā)育的特點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，同時黃土含水層中的地下水對隧道襯砌也會產生靜水壓力，在它們的合力作用下，隧道支護會發(fā)生相應的變形。

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方面。前者主要是指工程的防滲、排水措施不全面、不得當，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、結構特征以及當地的水文地質條件。二元結構是黃土地區(qū)最常見的地層結構模式，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、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，以垂直滲漏為主，地表水在黃土中可以滲流到較大深度，當地表水滲流到二元結構的界面時，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，其強度和承載力進一步降低。在黃土地區(qū)隧道施工過程中，當開挖到此地層時，含水層被破壞，含水層中的水集中滲入隧道中，導致隧道在施工中出現滲水漏水病害，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，且水平向圍壓較小，當垂直節(jié)理切割的土柱發(fā)生垂直運動，運動傳遞至地表，致使地表產生裂縫和陷穴，并使地表裂縫不斷向縱深發(fā)展，最終使隧道地層結構發(fā)生破壞；另一方面，當地表水滲漏到隧道拱頂上方，積水沒有及時排出時，由于黃土的濕陷性，可能會引發(fā)隧道頂部沉降變形，變形延伸至地表產生破壞；有些地下水豐富的地區(qū)，還存在由于隧道涌水導致地表塌陷的現象；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，圍巖易產生破裂面，長期發(fā)展至地表產生裂縫。

4 黃土地區(qū)隧道病害的治理

4.1 襯砌變形病害的治理

根據產生襯砌變形病害的原因，襯砌變形病害的治理主要應從以下三個方面進行：一是要增強隧道圍巖自身的力學性能，降低襯砌上的圍巖壓力，可以采用開挖回填夯實的方法進行；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施來實現；三是要增加支護體的剛度和強度。當隧道襯砌已經發(fā)生變形產生裂縫時，可以使用環(huán)氧樹脂進行修補，當裂縫較大時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積水及時排出，降低空隙內的滲水壓力；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。

在實際的黃土地區(qū)隧道工程中，往往通過在整個隧道中設置中心排水管，將襯砌后空隙內的水引流到排水管中，排出隧道；初期支護時，應環(huán)向對稱設置排水管，將隧道上方滲水引排至下方集水管，同時還要在初期支護和二次襯砌間做防水層，隧道左右兩側也要布置縱向集水管。地表的排水措施也同樣重要，可以采用導坑、井點降水等措施將地表水及時排出。當隧道已經出現滲水裂縫時，應及時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，防治結合。在黃土地區(qū)隧道施工過程中，首先應及時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，然后夯實回填，同時設置土壟高出地表，也可以采用防滲層逐層回填夯實的方法處置；針對陷穴，也可以采用開挖逐層夯實回填的方法處置，與治理地表裂縫的差別在于，治理陷穴時回填高度應高于地面，防止地表水下滲重新產生陷穴。視地表裂縫發(fā)展情況，必要時也可以使用隧道頂部土體減載的方法。在治理病害的同時，還應完善隧道頂部防水、排水系統(tǒng)，使地表水及時排出，防止?jié)B漏水對地表造成危害。

5 結語

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