公路工程:黄土隧道地表变形病害成因分析与防治措施
来源:优易学  2011-12-1 9:35:24   【优易学:中国教育考试门户网】   资料下载   建筑书店

 

  (2)横向裂缝
    静宁隧道为XK209+800南侧40m~120m范围公路内侧发育一条横向裂缝,裂缝宽2~6cm,长30m,深度30cm.公路内侧明显沉降,地势相对低洼,地表水容易汇集。
    (3)环向裂缝
    在一般新黄土段,分布连接纵向裂缝的呈弧形断续状延伸的环向裂缝。例如,卧龙隧道XK244+500南侧5m~北侧15m发育1条环向裂缝,宽1~3cm,深度3cm左右;XK244+600~+630北侧30m~XK244+640南侧20m范围内,发育3条裂缝,裂缝宽1~2cm,深度3~5cm;SK244+530北侧18m~SK244+550南侧10m处,发育2条环向裂缝;SK244+530北侧18m~SK244+540南侧6m,发育1条环向裂缝,裂缝宽1~2cm,局部宽5~45cm,深度3~100cm,沉降差2~10cm.
    2.3陷穴的发育规律
    在新庄岭隧址区,共调查陷穴96个,其中对隧道工程有严重影响的有73个,大多分布在水渠下游、地坎下、沟底和沟坎边缘。陷穴在地表多呈圆形,个别为不规则椭圆形,地表可见直径在0.2~20m之间,深0.2~20m不等,陷穴内部形状多呈下部扩展型,个别为漏斗型(口大底小)。
    2.4塌陷的发育规律
    2007年7月11日临晨,平定高速静宁隧道下行线K209+500~K209+600处发生地面下陷,造成了很大人员及财产损失。卧龙隧道在下行线东出口端北侧二级开挖边坡靠近端洞顶二级仰坡交界处5m左右、高出仰坡一级平台6m左右发育一处陷穴,施工单位未完全回填,残余洞口直径60cm,深度1.5m.在新庄岭隧址区,陷穴相对较发育,地面上呈大体串珠状排列,陷穴经地表水大量渗入后,经常出现下部互相贯通连续现象,形成较大地下暗沟,并出现地面的沉降和较大的裂缝。
    在上述SK61+150~SK61+450右80m、XK61+200~XK61+600左110m区域内裂缝相当发育,其形成应与黄土的性质有关,隧址区黄土具大孔隙,垂直节理、裂隙很发育,当地表形成陷穴后,大气降水、农田灌溉水进入陷穴,沿黄土孔隙、节理和裂隙快速下渗,不断进行冲、溶蚀作用,进而形成地下裂缝。
    3 黄土隧道地表变形成因分析
    根据裂缝发生时间和规模、施工方法,初步认为:隧道地表裂缝是在隧道开挖和持续降雨双重因素隧道拱顶发生下沉所形成的。引起地表发生变形病害受三个方面因素影响:
    (1)裂缝发生段隧道围岩结构为一般新黄土,下伏饱和黄土,一般性黄土垂直节理发育,抗剪能力弱,饱和黄土土体呈软塑~流塑状,强度较低,灵敏度较高,开挖扰动大,产生较大变形,是内在因素。
    (2)开挖过程采用上下台阶法,二衬间隔时间过长,对拱顶上方黄土影响很大,是外在因素。
    (3)隧道施工阶段恰遇多年罕见持续降雨,上覆欠固结的黄土的垂直节理发育,黄土发生湿陷,自稳能力急剧下降,是诱发因素。
    4 黄土隧道地表变形的危害和防治措施
    4.1隧道地表变形的危害
    (1)物理危害
    地表裂缝的形成,为大气降水(地表水)入渗提供了便利的通道。如不及时进行工程处治,降雨或地表水集中沿裂缝下渗时,裂缝不断加深、扩张、贯通,形成裂缝集中发育带,造成地面沉降发生。水继续入渗,深部黄土发生湿陷,土体软化,强度降低,引起裂缝贯通至地表,发生地表塌陷。在隧道衬砌和黄土之间形成饱和土层,影响隧道安全运营。如新庄岭SK61+150~SK61+450右80m、XK61+200~XK61+600左110m处,地表裂缝发育,致使魏家沟村119#、120#等4户居民房屋上出现多条裂缝,宽一般在1~35mm之间;平定高速公路隧道施工过程出现裂缝,致使隧道上方居民搬迁,如卧龙隧道裂缝LF8贯通,造成村民房屋倒塌。
    (2)化学危害
    黄土含盐量较大,主要以碳酸盐为主,其次为硫酸盐和氯化物,第三系基岩含盐量高。贯通裂缝一方面为大量水入渗提供通道,另一方面为水土化学作用提供了空间,使成HCO3?SO4-Na型孔隙裂隙潜水中硫酸根离子在水中积聚,导致地下水对混凝土具结晶类腐蚀加剧。
    4.2综合防治措施探讨
    (1)施工前,在详细勘察基础上,分析预测可能发生的地表变形类型,圈定浅埋段隧道可能发生地表裂缝范围。
    (2)选择合理的隧道开挖方法,建议采用双侧壁导坑分部开挖法和超短台阶分部开挖,慎用上下台阶法施工。
    (3)施工过程出现裂缝后,首先,对裂缝延伸段落和开挖陷穴陷坑回填压实。其次,加强裂缝区地表防排水系统,在裂缝发育区以外5 m周外布设环向截水沟,防止地表水坡面流水渗入和灌入裂缝,并作好截水沟周边铺设土工膜进行防渗处理,建立裂缝和地表沉降观测系统。
    (4)既有隧道的地表裂缝,建议对裂缝区进行开挖——夯实——铺防渗层——逐层回填夯实同时,应加强地表水的管理和疏排,采取水地变旱地措施,防止农灌水沿裂缝下渗。例如,在K61+400左右村中已有水渠附近,对出现渗漏引起的陷穴、裂缝,进行夯填处理外,还应对该水渠的原有混凝土水渠拆除,在渠体下加铺防渗材料,对土质水渠应先在渠底进行夯实处理,并加铺防渗材料,然后再架设水渠。

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责任编辑:sealion1986

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