黄土在我国分布较广。黄河中游的河南西部、山西南部、陕西和甘肃的大部分地区为我国黄土和湿陷性黄土的主要分布区。这些地区的黄土分布厚度大、地层全而连续,发育亦较典型。其他地区如河北、山东、内蒙和东北各地以及青海、新疆等地亦有所分布。
一、黄土分类及其对隧道施工的影响
黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色,并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。
黄土按其形成的年代可分为,形成于下更新世Q1 的午城黄土和中更新世Q2的离石黄土,称为老黄土。普遍覆盖在上述黄土上部及河谷阶地地带上更新世Q3的马兰黄土及全新世Q’4下部的次生黄土,称之为新黄土。此外,还有新近堆积黄土,为Q4的最新堆积物,多为近几十年至近几百年形成的。
根据其物理性质不同,按塑性指数(Ip)的大小可分为,黄土质粘砂土(1<Ip≤7),黄土质砂粘土(7<Ip≤17)及黄土质粘土(17<Ip)。
黄土地层对隧道施工的影响主要是:
(1)黄土节理:在红棕色或深褐色的古土壤黄土层,常具有各方向的构造节理,有的原生节理呈X型,成对出现,并有一定延续性。在隧道开挖时,土体容易顺着节理张松或剪断。如果这种地层位于坑道顶部,则极易产生“塌顶”。如果位于侧壁,则普遍出现侧壁掉土,若施工时处理不当,常会引起较大的坍塌。
(2)黄土冲沟地段:隧道在黄土冲沟或塬边地段施工时,当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向,而覆盖较薄或偏压很大的情况下,容易发生较大的坍塌或滑坡现象。
(3)黄土溶洞与陷穴:黄土溶洞与陷穴,是黄土地区经常见到的不良地质现象,隧道若修建在其上方,则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方,常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧,则有可能承受偏压。
(4)水对黄土隧道施工的影响;在含有地下水的黄土层中修建隧道,由于黄土在干燥时很坚固,承压力也较高,施工可顺利进行。当其受水浸
湿后,呈不同程度的湿陷性,会突然发生下沉现象,使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力,如果支护措施满足不了变化后的情况,极容易造成坍塌。
施工中洞内排水不良,洞内道路会形成泥泞难行,不论是无轨还是有轨运输都会给道路的维护、机械的使用与保养、隧道的铺底或仰拱施工作业等方面带来很大的困难。
二、黄土隧道的施工方法
(1)黄土隧道施工,应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位,在施工时加强支护措施,防止坍塌,以策安全施工。
(2)施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则,紧凑施工工序,精心组织施工。
(3)开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法),初期支护应紧跟开挖面施作。
(4)黄土围岩开挖后暴露时间过长,围岩周壁风化至内部,围岩体松弛加快,进而发生坍方。因此,宜采用复合式衬砌,开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护,以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆、管棚支撑加固围岩。在初期支护基本稳定后,进行永久支护衬砌。衬砌背后回填要密实,尤其是拱顶回填。
(5)做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程,并妥善处理好陷穴、裂缝,以免地面积水浸蚀洞体周围,造成土体坍塌。在含有地下水的黄土层中施工时,洞内应施作良好的排水设施。水量较大时,应采用井点降水等法将地下水位降至隧道衬砌底部以下,以改善施工条件加快施工速度。在干燥无水的黄土层中施工,应管理好施工用水,不使废水漫流。
三、黄土隧道施工的注意事项
(1)施工中如发现工作面有失稳现象,应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。
试验表明,在黄土隧道中喷射混凝土和砂浆锚杆作为施工临时支护效果良好。
(2)施工时特别注意拱脚与墙脚处断面,如超挖过大,应用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够,应立即采取相应措施进行加固。
(3)黄土隧道施工,宜先作仰拱,如果不能先作仰拱时,可在开挖与灌筑仰拱前,为防止边墙向内位移,应加设横撑。
(4)施工中如发现不安全因素时,应暂停开挖,加强临时支护,以便采取适应性的工序安排。
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