湿陷性黄土隧道地表沉降处理技术
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摘要：在我国60%以上的黄土地区为湿陷性黄土,而且大多出现在地表浅层,黄土地基的湿陷性特征会给即将修建的结构物带来不同程度的危害,可能会使结构物出现大幅度的沉降、裂缝、倾斜、甚至影响其安全和寿命。因而,必须对其进行处理后方可使用。
中图分类号：U459.4 文献标识码：A
高石河隧道设计为一座标准间距分离式长隧道。隧道进口线间距30.2米，出口线间距29.3米。隧道左线起讫里程ZK74+300-ZK76+243，长1943米，衬砌类型：其中Sma （8）米，HS5a（15）米，S5a（269）米，s5b（263）米，S4a（70）米，S4b（548）米，ST4（80）米，S3（690）米；隧道右线起讫里程YK74+335-YK76+251，长1916米，衬砌类型：其中Sma （8）米，HS5a（3）米，S5a（293）米，s5b（277）米，S4a（40）米，S4b（615）米，ST4（80）米，S3（600）米。
1.隧道区域工程地质条件
地形地貌：根据沿线地貌分析，拟建隧道属于中高山区，地形起伏较大，进出洞口坡度较陡。隧道穿越地面标高在916~1085m之间，相对高差约169m.山坡植被较发育，水土保持良好。
土体工程地质特征：根据地质调绘、物探及钻探资料，隧址区上覆第四系上跟新统风积层（Q3eo1)。黄土：浅黄色，稍密，粉粒为主，土质均匀，孔隙较发育，局部夹少量钙质结核，主要分布于隧道进口段。地基承载力基本容许值[fao]=150kpa,土石工程分级为II级。粉质粘土：褐红色，稍湿，硬塑，局部少量碎石颗粒，含量约15%，主要分布于隧道洞身及出口段。地基承载力基本容许值[fao]=120kpa，土体分级为II级。
地质构造及特殊性土:：路线走廊带地处于“山西中、北部较大型的多字型构造”的东南侧，主要构造线方向为NNE向，与太行山走向基本一致，其构造形迹由一系列断层及伴生的褶皱组成。区内特殊性土主要为湿陷性黄土，属不良工程地质体，工程性质差。
进洞口边坡稳定性评价：进洞口位于缓坡，上覆土层较厚，现状边缘稳定。隧道围岩主要由黄土及全风化泥灰岩组成，岩体极破碎，属浅埋段，且黄土具湿陷性，成洞条件极差，处理不当可能出现大体积坍塌及冒顶。围岩级别V级。
2.工程情况
高石河隧道进口左线ZK74+300-ZK74+320段20米设计为HS5a，ZK74+320-395段75米为S5a，采用18工字钢支护，间距60cm，目前上导掌子面里程为ZK74+335，中导左侧开挖至ZK74+326，中导右侧开挖至ZK74+328，下导开挖至ZK74+316，拱顶覆土厚度为13~14米，根据开挖情况来看，上导围岩地质为黄土，中导及下导为强风化泥灰岩；洞顶地势平坦，种植有玉米及小米，洞内黄土含水量大，尤其是经过7、8月份雨季之后，尤为加重。
因地质及雨季影响，2013年8月10日左线洞内ZK74+316-335急剧下沉（54~74cm之间），洞顶地表出现明显的塌陷（面积约10m×8m，深度约50-65cm），拱架扭曲变形破坏，且侵线严重，经指挥部、专家、设计院、监理、施工单位二次会议讨论，形成《高石河隧道进口围岩变形综合处理意见》：决定左线采用洞内回填、洞顶减载、暗挖换拱方式处理塌陷区。ZK74+316-335洞内开挖采用CRD法开挖，每循环只更换一榀拱架，初期支护加强，采用22b工字钢，纵向间距50cm，系统锚杆采用Φ20药卷锚杆，超前支护采用长3.5米，φ42*3.5mm的双层小导管。锁脚采用长3.5米，φ42*3.5mm的钢花管。
塌陷区处理情况：根据洞内回填、洞顶减载、暗挖换拱的处理方案，为防止卸载过程中出现塌方导致的次生安全事故，首先进行洞内回填，洞内回填考虑拱架变形严重，沉降过大及可能坍塌的实际情况，采用装载机运土，挖掘机在洞口送土的方式进行，因洞内空间狭小及考虑安全因素，回填过程中无法压实，洞内回填土基本靠自重沉实，为加速下沉并达到密实状态，拱顶未填到位处采用泵送浇筑C15砼进行回填。
洞顶卸载处理采用挖掘机挖土，装载机转运至洞口后，用自卸汽车运至弃土场，卸载高度6米左右，卸载后地面右高左低，以利于排水，为防止雨水渗透，洞顶地面施做30cm厚2:8灰土隔水层，并在四周开挖排水沟。
洞顶塌陷坑处理：洞顶卸载6米后采用三排φ89mm钢管斜穿滑裂面并进行注浆加固处理，钢管与地面呈60度夹角，间距80cm，呈梅花形布置，长度依次为3m、6m、9m,塌陷区纵向打入钢管6排，每排27根，横向俩端头各打入9根，共171根，在钻机施工过程中，在钻孔过程中，出现钻杆突然下沉，地表裂隙漏风，注浆过程中浆液通过缝隙从洞内流出的现象。
目前洞内回填、洞顶卸载及斜管棚、ZK74+300-316二衬已经施工完毕。为进一步细化和完善施工方案，根据9.28高石河隧道左线塌方处置会议纪要，ZK74+316-335段采用洞内开挖、换拱的方式进行处理，开挖采用三台阶法并施做临时支撑。
3.具体处理措施
3.1左洞处理措施
3.1.1洞内回填：
①由于已经施做的钢支撑扭曲变形破坏，且侵线严重，故必须换掉该段钢拱架 支撑。
②ZK74+316- ZK74+335段采用回填反压的方式进行填充，采用装载机配合挖 机，在巳经做好的衬砌下边，尽可能的往洞内塌陷区培土压实，土体不能到达 处，采用泵送C15混凝土充填，回填必须密实。
3.1.2洞顶处理
①为了避免雨水下渗，给开挖掘进带来影响，建议指挥部临时征用洞顶玉米地 地，在隧道施工阶段，禁止耕作，同时为了有利于排水，必须使洞顶形成自然 流水坡面，并夯填压实，做好防排水沟。
②减载处理：从目前的隧道仰坡顶开始，纵向长度40m，宽度约50m处，削去 平均约6m左右的洞顶土层。详见设计示意图。
③对塌陷坑的处理：拟采用689钢管，6m长左右，在塌腔体内朝塌腔壁方向 打入，以尽可能大的角度穿过剪切面，并进行注浆加固处理，洞顶塌陷坑四周 做好排水（见示意图）
3.1.3洞内挖及换拱
经过专家组合议，洞内开挖换拱采用CRD法开挖，每循环只更换一榀；初期 支护加强，采用I 22b工字钢，纵向间距50cm，系统锚杆采用50*100 (纵*环），
长度4.0m，初期支护预留变形量20cm (可根据围岩量测变形情况适当调整);
超前支护采用442壁厚3.5mm的双排小导管（见双排小导管图）；二次衬砌厚 度50cm (详细开挖工法和参数见HS5c图）。
3.2右洞加固处理措施
鉴于左右洞线间距较小，左洞塌体处理对右洞施工的影响，右洞施工马上进入 冲沟浅埋段，经综合考虑，达成以下处理措施：
3.2.1目前掌子面里程YK74+365，冲沟段里程，线间距27m，针对 YK74+365-YK74+395段施工，采用以下加强措施：
初期支护采用I 22b工字钢，纵向间距50cm，系统锚杆采用50*100 (纵*环）， 超前支护采用4>42双排小导管注浆，管长3.5m，洞身开挖采用CRD法施工， 原设计衬砌厚度不变，（支护参数见HS5a衬砌图)。
3.2.2通过该段时，应及早闭合成环，二衬距离掌子面控制在10m以内。
需要指出的是：（1）需要爆破时，一定要采用弱爆破或松动爆破，尽可能减小对周边围岩的扰动。（2）隧道施工过程中，必须加强监控量测及洞顶的变形观测，每4h进行一次量 测，并及时反馈给施工现场，一旦发现异常变形，应立即停止施工作业，人员 及时撤离施工现场。
结束语：对于湿陷性黄土隧道地表沉降处理技术，相关技术人员应该共同开展更为深入的研究。
参考文献：
[1] 孙兴亮.侯马至禹门口高速公路沿线黄土湿陷性[J]. 西部探矿工程. 2006(03)
[2] 郝俊开.浅谈湿陷性黄土地区的桥涵地基处理[J]. 山西交通科技. 2003(04)