2. 崩解性:湿陷性黄土大多遇水后迅速崩解,且以块状崩解为主,崩解曲线 陡立,呈片状崩解的湿陷性黄土3. 多裂隙性:黄土垂直节理发育,垂直方向渗透性强,裂隙发育三、成因湿陷性黄土之所以在一定压力下受水时产生显著附加下沉,除了其在遇 水时颗粒接触点处胶结物的 软化作用外,还在于土的欠压密状态干旱气候 条件下,无论是风积或是坡积和洪积的黄土层, 其蒸发影响深度大于大气降 水的影响深度,在其形成过程中,充分的压力和适宜的湿度往往不能同时具 备,导致土层的压密欠佳接近地表 2--3米的土层,受大气降水的影响, 一般具有适宜压密的湿度,但此时上覆土重很小,土层得不到充分的压密, 便形成了低湿度、高孔隙率的湿陷性黄土湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的 充分条件我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在 250〜500ram,而蒸发量却远远超过降雨量, 因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左 右,或更低一些架空孔隙和集粒内微孔隙的同时存在是黄土产生湿陷性的主要原因四、湿陷性影响因素1. 易溶盐易溶盐对湿陷性的影响较大,因为当湿陷性黄土遇水时,易溶盐 含量越大,其内部结构变化就越大,土颗粒骨架的破坏程度就越大,因此湿陷性 也就越强。
2. 天然含水率和塑限天然含水率和塑限对湿陷性也有一定影响,比如天然 含水率较小时,土体浸水受荷,其结构变化更大,而塑限越大,则含黏量越大, 更有利于维护黄土的原生结构,不容易湿陷天然孔隙比越大,土体浸水受荷时, 土颗粒形成的骨架变形就越大,增长了其湿陷性根据西宁地区典型取样点的试 验数据分析,湿陷系数随天然含水量的增加而逐步减小,湿陷程度从强烈降低为 轻微,一般在14% 〜16%左右湿陷系数小于0.015,湿陷消失即天然含水量 接近或大于塑限含水量时,湿陷性消失3. 饱和度随着饱和度的增大,同一结构的黄土湿陷性降低而压缩变形增加2)湿陷变形随着饱和度的增大而减小,压力值在200 kPa一400 kPa范围内时,土 体湿陷变形的能力较大,在实际工程中应尽量避开这一压力段,避免建筑物因黄 土湿陷产生过大的沉降或不均匀沉降4. 天然孔隙比湿陷系数随天然孔隙比的增加而逐步增加,减小而减小,湿 陷程度随之变化根据典型取样点的试验数据分析(图4),一般在天然孔隙比小 于O. 85左右时,湿陷系数小于0. 015,湿陷消失;天然孔隙比在0. 90〜1. 00 时,湿陷系数0.015〜0.04,湿陷性轻微一中等;天然孔隙比大于1.00时,湿 陷系数大于0.050,湿陷性中等一强烈。
5. 深度湿陷系数随深度加深,逐步减小,湿陷程度从强烈降低为轻微黄 土状土层的湿陷起始压力随深度变化明显,一般随深度加深逐渐加大,变化规律4. 0〜5. 0m深度内,湿陷起始压力小于100kPa大于4. 0〜5. 0m深度,湿陷起 始压力大于100kPa6. 地貌位置及成因湿陷强度在平面上受控于其所处的地貌位置及成因,一 般河谷高阶地上的以弱湿陷为主,低阶地以中等湿陷为主,洪积裙及黄土丘陵边 坡地带以强湿陷为主;在垂向上湿陷强度随深度的增加而减弱,呈现不规则的递 减趋势五、湿陷性黄土带来的问题(隧道的角度)湿陷性黄土具有多裂隙性、崩解性和湿陷性等工程特性,黄土垂直节理发育, 垂直方向渗透性强,地表水很快渗透至地下,使深部黄土处于饱水状态,其原有 结构完全丧失,从而使强度和承载力降低,当隧道开挖至饱水黄土层时,围岩随 即因失去支撑而失稳,黄土彼此在水平方向的连接力较弱在干燥时,黄土的强 度较高,衬砌受力较小;遇水后颗粒黏结力削弱,黄土强度随之降低,此时极易 引起衬砌受力不均匀当隧道跨度较大,且遇黄土饱和时,或隧道埋深较浅,也 可坍塌到地表黄土的这种湿陷变形具有突变性、非连续性和不可逆性,极易导 致隧道基础沉降、衬砌开裂等,对隧道产生严重危害。
施工中极易发生大变形甚 至塌方、冒顶等事故,洞外地表沉降及洞内拱顶下沉难以控制在大断面湿陷性黄土隧道施工中,经常发生围岩失稳、大段落大变形现象 , 结果是变形侵入二次衬砌限界需返工处理,在处理过程中安全隐患大,造成大量 的成本流失六、隧道施工方案的原则 事先进行地表预加固和超前支护,使隧道自开挖成临空至支护发生作用这段 的时间围岩能自承重;开挖中对围岩的扰动控制至最低限度内,维护围岩的自稳 能力;开挖后及时进行支护,尽快使围岩达到稳定在黄土隧道施工过程中,必须严格遵循“早预报、管超前、预注浆、短进尺、 少扰动、强支护、快封闭、勤量测、早成环”的原则,稳扎稳打,安全施工并在各工序施工中始终强调“快速和干燥”这一核心思想,及时抑制黄土围 岩的持续变形,杜绝因施工造成的安全隐患七、湿陷性黄土隧道处理措施1. 洞口防护加固: 由于黄土浸水后易产生湿陷性,因而在该段隧道施工前,搞好洞口黄土地段 的防、排水及加固工作尤为重要2. 开挖工序:① 掌子面开挖后稳定性差,应采用合理的的方法进行洞身施工超短台阶、上 台阶预留核心土、弧形开挖等,以及后文的已建隧道采用的一些方法)② 由于中槽边墙比较单薄,所以边墙落底不宜距离掌子面太远,应在保证相互不 干扰施工的情况下紧随掌子面进行(左右两边错位进行以防止因两侧同时落底造 成掉拱),以防止因边墙土体的塑性变形造成掉块或坍塌导致掉拱。
③ 开挖进尺应控制在0. 5—1. 0 m之间,缩短循环周期时间④ 根据洞身设计断面尺寸选择与之匹配的长臂型挖机,并根据需要调整刀片的角 度,以保证开挖速度及开挖轮廓线的准确,尽量缩短人工修凿时间,从而缩短 围岩的暴露时间3. 支护工序:开挖后及时进行初期支护,及早封闭成环提高围岩的承载能力① 为了缩短围岩的暴露时间,应先施作网喷混凝土(因未施作锚杆,可预先在围 岩中打入一定数量的短钢筋用来挂钢筋网),以便在地下水未沁至围岩表面前及 时封闭围岩,防止围岩裂隙水渗出后造成掉块或崩塌随之架立钢架、喷混凝土 至设计厚度最后施作锚杆② 提高钢架加工的精度,尽量缩短钢架在洞内架立时的焊接作业时间,从而缩短 洞内安装作业时间③ 开挖拱脚处时应预留约30 cm的土台,在架立钢架时再用人工凿至设计标高, 以保证钢架底脚落在稳固的地基上钢架架立时应根据实际进尺在底脚设置一块 长木板(5. 0 cm厚)或槽钢以增加底脚的受力面积,以应对黄土的塑性变形④ 所有锚杆孔应采用干钻(煤电钻)成孔,尽量避免因施工用水而浸泡围岩在钢 架的拱脚和两边墙脚处应增设一定数量的锁脚锚杆,以增加钢架底脚处的稳固 性⑤ 由于砂浆锚杆和中空注浆锚杆存在一个浆液凝固时间问题,锚杆施作后难以在 短时间内发挥锚固作用,洞内系统锚杆应采用速效型锚杆(如钢筋树脂药包锚 杆),可以在较短的时间内有效地抑制黄土围岩的持续性变形。
4. 二次衬砌:① 由于黄土的塑性变形特点,洞身开挖后的围岩内敛性很强,所以在保证掌子面 开挖及支护作业面的情况下应尽早修筑仰拱衬砌,抵抗围岩的进一步变形,必要 时应先修筑仰拱② 尽早修筑二次衬砌以抑制围岩的后续变形,以不影响作业面施工为宜,保证衬 砌紧跟5. 围岩监控量测:由于黄土的塑性变形较大,变形周期较长,监控量测就显得更为重要加强 超前地质预报和围岩监控最测工作,为正确采用、修改相应的开挖和支护参数提 供依据,以确保施工安全和工程质量超前预报包括:洞内掌子面地质索描和地 面地形地貌踏勘贯通以及超前物探(地质雷达和红外探水)贯通,必要时增加超前 水平钻孔为隧道开挖提供地质资料另外需要对支护进行监控量测监控量测主要包括以下几个项目:洞口及浅 埋地段的地面沉降观测、拱顶下沉量测、周边收敛量测、仰拱隆起量测和开挖断 面的地质素描黄土隧道的收敛量测项目,除与一般软弱围岩相同的地方外,还 要针对柔性支护的几个薄弱点(即钢支撑的接头位置)进行布线监控6. 隧道基底的处理(1) 垫层法换填深度一般不大于8 In,可置换部份湿陷性土层,可扩散附加应 力,减小沉降量,提高地基土的承载能力2) 重锤夯实法。
处理深度可达10—15 m,不同处理厚度采用不同的夯击能量, 在有效加固范围内均可消除湿陷性,改善压缩性3) 灰土(水泥)挤密法处理深度可达12—20 m,在挤密深度范围内均可消除湿 陷性,提高土层密实度,形成桩土复合地基4) 桩基础法建筑物当采用其它地基处理方法不能满足要求时,采取此法效果 良好,但费用较高其他还有高压旋喷注浆、水泥搅拌桩等方法7. 水的处理:(重点,关键)妥善处理好渗入洞内的地下水和各种施工用水是湿陷性黄土隧道施工得以 顺利进行的关键环节①地下水的处理:围岩裂隙水渗入洞内将浸泡洞内的黄土路面,影响施工车 辆运行,从而影响正常的施工作业因此,应在边墙开挖及支护后于洞的两侧及 时修筑临时浆砌水沟,及时排出围岩裂隙水②施工用。