黄土灾害_西北黄土区地铁建造工程灾害及防护

　　【摘要】土地区地下工程建设需考虑的工程问题十分复杂。在地铁建设施工中不仅要综合考虑一些常见的工程问题及处理方法更重要的是处理土体本身的湿陷性，在实际施工过程中加以防治。我国地铁建设方兴未艾，但常常出现各种问题。综合研究黄土地去的各种工程地质性质对地铁施工建造大有裨益。
　　【关键词】黄土;地铁;隧道开挖;支护
　　
　　0.引言
　　近年来大城市的交通拥堵问题越来越严重，解决这一问题的出路就是发展地铁以开发城市地下空间。西北部新建地铁将是必然的，虽然在原有铁路隧道的经验基础上， 陆续修建了一些高等级黄土公路隧道、铁路隧道，由于西北黄土区土质特殊，工程地质与水文地质的不确定性和复杂多变，给技术人员修建地铁带来很多问题。本文据前人经验对可能出现的安全隐患加以总结概括，希望能对黄土区地铁建设有所借鉴。
　　1.黄土区工程地质环境及性质
　　我国黄土分布面积广、 厚度大、 层位齐全，具有特殊成分和工程地质特性。黄土是一种第四纪沉积物，具有多孔性，以粉土颗粒为主，富含碳酸盐 ，颜色以黄色为主。
　　1.1黄土的水敏性
　　天然低湿度下具有明显高强度和低压缩性的黄土，在一旦浸水甚至增湿时会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增的特性。对于黄土而言，另一个重要的问题是黄土的结构性问题。它的重要性早为太沙基所指出。黄土的结构性表现为在其结构联结没有遭到破坏以前它具有维持结构可稳性的能力；在结构联结遭到破坏以后表现为结构可变性的能力，它和颗粒的排列特性与均匀性有关。
　　1.2黄土的渗透性
　　老黄土中普遍存在构造节理，如斜节理，新黄土中原生柱状垂直节理发育，未曾发现有构造性节理。黄土中的节理，对路基边坡的稳定性常起控制作用。在具有构造节理的黄土层中开挖的边坡，其破坏形式常呈现为沿节理面滑落；具有垂直节理的黄土边坡， 其破坏方式常呈现为倒塌；无构造节理的黄土边坡破坏则主要为滑坡。黄土的渗透系数不是一个常数，它随渗透溶液的性质，水头梯度，渗透时间等变化。水头梯度越大，渗透系数越大。
　　1.3黄土的湿陷性
　　湿陷性是黄土的主要工程性质，它是指在一定压力下受水浸湿，土体结构发生迅速破 坏而发生显著下沉的特性。湿陷性黄土以粉粒为主，含量达60%以上。湿陷变形的特征指标用湿陷系数表示，它通过室内浸水试验确定，用δs表示。我国规定：当 δs大于0.015时为湿陷性黄土，当δs小于0.015时为非湿陷性黄土。根据湿陷系数的大小，可以大致判断湿陷性黄土湿陷的强弱。
　　2.黄土地区地铁施工建造的工程问题及防护
　　2.1施工过程水害的处治
　　黄土隧道的水对隧道的危害是多方面的，处理不当将会对隧道的施工、运营以及结构的耐久性产生极大的影响，对于黄土的隧道尤为不利。若地基存在地下水，且埋深较浅时，基坑开挖条件将会恶化．一方面，地下水的存在，可导致土体抗剪强度指标c，φ值的降低从而降低坑壁的自稳能力 ；另一方面，在基坑排水时，渗透水流会对坑壁发生渗压力，增大坑壁土压力，同样也会降低坑壁的稳定性．关于一般公路铁路隧道施工中对于水的处理，《公路隧道设计规范》中指出：隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理"的原则。
　　但是，多次地震灾害现象显示，现有的地下结构并不安全。当受到震动荷载作用时，这些饱和软弱黄土对震动作用非常敏感，其土骨架结构易遭到扰动而软化，使饱和软弱土层及其浅埋隧洞体系的受力条件发生显著变化，改变了土层一隧洞体系已有的平衡条件，对体系的抗震稳定性有突出的不良影响。
　　解决排水方法：
　　2.1.1排除涌水法排出涌水法是隧道施工中使用最普遍的治理涌水方法，它主要有操作简单、工期短、费用低等特点。自然排水时最常见的方法。自然排水就是让水体自动的从岩体中排出：导坑排水和钻孔排水。
　　2.1.2阻止涌水法阻止涌水法就是把水体封堵或固定在岩体内部，不让其涌入隧道；通常使用的方法是注浆法和冻结法。冻结法在含水量较高的土质地下工程中已经得到了很好的应用，其中上海的地铁和过江隧道都曾采用过这种方法，且效果比较显著。
　　2.2隧道崩塌
　　隧道塌方原因多种多样，但地质因素是决定性的。湿陷性黄土遇水后会发生严重下陷，只是突然下沉，使开挖的围岩迅速丧失自稳能力，如支护措施不能满足其变化情况，极易造成塌方。隧道开挖后，土体原有的天然应力状态被破坏，围岩应力在洞周一定范围内产生了重新分布。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。为防止黄土隧道衬砌开裂和隧道沉降等病害，提出以下处治措施：
　　2.2.1施工严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，少扰动，强支护，早封闭，勤量测，速反馈”的原则，爱护围岩，加强超前地质预测，短进尺，弱扰动开挖，防塌方，人工配合长臂挖掘机进行开挖。强支护，快封闭，仰拱紧跟对稳定支护的作用很大，要保持仰拱紧跟开挖面。
　　2.2.2对于城市地表地铁隧道的施工，隧道开挖后立即进行喷锚初期支护，可有效的控制隧道轮廓的变形。在施工支护方法的选择中要严格控制地面的沉陷，加强施工中隧道变形监测，以及地表沉陷监测。
　　2.3地面沉降和地面裂缝
　　隧道施工中，首先会沿着隧道走向分别在隧道两侧出现地表裂缝 。地裂缝作用可以由剪切、拉伸严重地破坏或摧毁结构物。地裂缝对所经过的建筑物及地下设施的破坏是不可抗拒的. 而隧道施工引起的地层沉降一般分为三个阶段：
　　2.3.1前期沉降阶段：地层受到扰动后产生的应变就开始反映到地表，可见开挖对覆盖层的沉陷具有较强的诱导性，同时土体孔隙中的自由水夹裹土粒在重力作用下逐渐向开挖形成的临空面渗透，失水、失土使地层土体发生固结变形。
　　2.3.2开挖过程沉降：开挖临空面的产生使围岩土体局部卸载，洞周径向应力突变为零，土体原始地应力急骤发生重分布，围岩开始发生持续性松弛变形；同时土体加速失水、失土使地层沉降保持增幅累积。
　　2.3.3后期固结沉降：主要是土体固结、徐变延续与累计、受岩体流变特性的影响，后期沉降延滞时间与覆土层厚度、类型(力学特性)、地下水情况及周边环境等因素相关。
　　前期沉降是地层沉降递增的缓慢过程，在松散、富水软弱地层中隧道施工时，只要恰到好处地对隧道周边围岩进行加固,及时施作网喷支护，严格控制沉降时间达到控制地面沉降总量是可能的。洞顶地表裂缝及陷穴、落水洞应立即抓紧时间处理，对已形成的裂缝采用注浆或回填灰土的方法进行及时封闭，防止地表水下渗对隧道造成危害。此外，为保护隧址区原有生态环境，在陷穴、裂缝的处理上，尽量少用临时占地，地表土壤作还原处理。
　　由于地铁修建贯穿城市繁华地区，地表沉降又会直接破坏地面建筑物基础，带来很多安全隐患。而目前的技术欠缺，除很好的做好地下隧道支护工作，地表变形动态是判断周围地层稳定性的一个重要标志，其监测结果能反映隧道开挖过程中围岩介质变形过程。
　　3.结束语
　　由于黄土的特殊性，在黄土地区施工要根据不同地区黄土的湿陷性不同，选择适宜的施工方法，提高地基土层和隧道围岩的承载力，降低沉降量，确保隧道围岩的稳定。工程设计阶段应对黄土地貌、地质、气象、水文等进行详细勘察、勘探及试验，以达到设计合理，便于施工，工程质量有保证。只有如此，才能确保达到理想的岩土工程效果。■
　　
　　【参考文献】
　　［１］武强，陈佩佩．地裂缝灾害研究现状与展望[J]．中国地质灾害与防治学报，2003，14．
　　［２］马德芹．地下铁道与轻轨交通[M]．四川：西南交通大学出版社，2003．
　　［３］阳军生．城市隧道施工引起的地表移动和变形[M]．北京：中国铁道出版社，2002．
　　［４］武强等．我国城市地裂缝灾害问题与对策[J]．中国地质灾害与防治学报，2002，13(2)．