湿性黄土隧道易滑塌防治

本文作者：李秀花 单位： 中铁十二局集团 第二工程有限公司

近年来，随着经济实力的不断增强，我国在交通领域的基本建设投资有了长足的发展，特殊地质地段的工程项目也成规模地得到了修建。其中正在修建中的我国第一条重载铁路山西中南部铁路大通道的ZNTJ-1标，处于我国山西西北部湿陷性黄土区域吕梁市境内。在施作该标段黄土隧道洞口段工程时，湿陷性黄土隧道洞口段屡次出现滑塌，对整个隧道甚至整个工程项目的进度、投资都造成很大影响。因此，有效防治和减少湿陷性黄土隧道洞口段的塌方至关重要。

1地质概况

ZNTJ-1标沿线地处吕梁山区的黄土高原丘陵及低山区，以黄土梁、峁和深切冲沟为主;地形起伏强烈，河谷地段沟深壁陡。隧道洞顶覆盖厚层第四系新黄土、老黄土。新黄土多为风积粉质黄土，黏性较差，土体结构松散。新黄土和浅部老黄土具湿陷性，属自重湿陷性黄土，湿陷性黄土厚度为5～15m，局部可达20～30m。

2隧道洞口段滑塌的情况汇总

笔者收集了ZNTJ-1标先期开工的10个湿陷性黄土隧道洞口的相关资料，对设计图纸、现场地形地貌及洞口段施工情况，洞口段上覆层的位移和滑塌情况作了详细的调查和分析研究，汇总如表1。从洞口段施工的情况来看，在边仰坡刷坡完成到开挖进洞，各洞口均不同程度地出现了岩层倾向线路方向的不利情况，轻则洞顶地表开裂，重则发生滑塌。加之为数不少的洞口还存在不同程度的偏压，直接威胁到洞口段的正常施工和人员财产的安全，见图1和图2。

3发生滑塌等病害的影响因素

根据前述10个湿陷性黄土隧道洞口段施工后发生了隧道洞顶开裂、工程防护开裂剥离，乃至边仰坡以及洞顶山体发生滑塌等情况，联系设计图纸和施工过程以及本单位施工类似隧道的经验，笔者认为发生这些病害乃至滑塌的原因有:1)湿陷性黄土的基本工程特性。表覆层多为第四系更新统风积层(Qeol3)新黄土，结构松散，垂直节理发育，导致其状态不稳定。2)水。水胶联合是黄土颗粒之间的主要联结形式，在干燥时赋予黄土相当高的强度，但遇水后联结被削弱，强度降低，并且削弱程度随水量的大小成正比例变化，这是黄土湿陷性的本质。3)相对特殊的地形地貌。与隧道洞口位置相比，高大且具有不易过大扰动特征的仰坡区，发生开裂及滑塌的几率相对要高，而且这样的地形地貌，会具有伴随着开裂，滑塌极易在短时间内发生的特征。4)隧道偏压。从表1可以看到，发生滑塌的湿陷性黄土隧道洞口大都伴随着隧道偏压。偏压导致隧道两侧受力不均，严重影响隧道结构的稳定。5)支护措施不足。经现场调查，滑塌及开裂有个共性，即均发生于隧道开挖10m左右，也就是隧道临空面还不是很大时，地表即发生开裂、陷穴乃至滑塌。表明施工中采取的临时和永久支护措施尚不足以抵御表覆层由于自重和不稳定的特性所产生的应力叠加。经验表明，临时支护不力是主因之一。6)其它原因。安全质量过程卡控不力;开挖方法使用不当;仰拱闭合时间太迟;上、中、下导洞开挖比例失调;一味追求进度忽视核心土的作用;错误的理念和狭隘的经验运用于施工中。

4防治措施

严格执行设计和规范标准的要求施工是避免滑塌等病害的前提，除此以外，还需考虑以下几方面:1)设计阶段，要充分利用设计阶段能够大量化解安全质量风险的特性，细化勘探和地形地貌资料，为隧道洞口位置的设计提供详细的技术支持，同时使隧道洞口位置最大限度合理规避偏压，使隧道设计更趋合理。对于避开偏压地段有困难而且隧道洞口位置为高大边仰坡的地形地貌，设计部门要优先筹划在隧道洞顶增设诸如框架梁等加固结构，确保山体稳定和施工安全，将安全风险最大限度地消灭在设计阶段。2)施工准备阶段，高度重视隧道设计位置合理性的核对。比如王家会隧道进口，如果该隧道口位置只要或左或右偏离5m，将会使隧道偏压和进洞后滑塌的风险大大降低，而且这种位置的变更无需增加什么投资，对设计来讲是举手之劳。因此在该阶段认真地核对、优化设计不仅是必须的，而且对整个项目的安全和投资控制有利。同时制定和优化施工组织设计和专项施工方案，充分认识湿陷性黄土的结构及特性，坚持“少扰动”的原则组织施工，避开雨季进洞。如果必须雨季进洞，先完善排水系统，在高大边仰坡的坡脚部位增设支挡结构物，确保隧道表覆层的整体稳定。3)施工阶段，有条件时要尽可能做好事先控制。如存在偏压且属于高大侧仰坡的临县隧道进口，由于事先采取了回填反压措施，后续施工未发生任何异常。该隧道口采取的事先控制措施是成功的，值得推广。大量的湿陷性黄土隧道表明，缺省临时仰拱支护或过早撤除临时仰拱是洞口发生瞬间“关门”滑塌的主要原因之一。对于设计要求施作的临时仰拱支护，必须不折不扣地执行。严格做到仰拱及时闭合，台阶步距平衡协调，按工法要求留设核心土，严禁不成熟的思想和狭隘的经验主导施工。

5结语

前文综合的滑塌原因和防治滑塌的办法绝不是湿陷性黄土隧道洞口段易滑塌原因和防治措施的全部，孤立地抽取其中的一种或简单机械地叠加影响因素，都不是科学的态度，必须清醒地认识到，每一次滑塌事件均是多种可能的影响因素共同作用的结果，所以成功地防治滑塌应该是多种防治措施的科学叠加。可为类似隧道的施工和设计提供参考。