摘要：由于湿陷性黄土特殊的工程性质，从而使在湿陷性黄土地区修建地铁隧道依然存在很大的风险。本文探讨了地铁湿陷性黄土暗挖隧道的施工风险及控制措施。
关键词：暗挖隧道；湿陷性黄土；施工风险；控制措施
湿陷性黄土暗挖区间隧道施工是一项复杂的系统工程，要保证其施工安全，必须先对施工地段的水文、地质等数据进行认真勘测计算，针对湿陷性黄土的地质特性和施工范围内建筑物及管线的分布情况，逐项分析施工风险，并采取行之有效的应对措施。
一、暗挖法简介
暗挖法是当前我国黄土隧道采用较多的一种施工方法，其积累的工程经验丰富,且适用范围广泛。暗挖法一般通过预先支护、提前加固,在边开挖边支护的施工顺序,既保证了施工进度,又保证了施工安全。暗挖法可分为全断面法、正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、中洞法、侧洞法、柱洞法。就黄土隧道而言,需评价了解可能浸水引起的地基变形、围岩压力特性、断面大小、施工设备扰动等进行合理选用具体施工方法。此外，暗挖法作为地下施工方法,在土质疏松,结构易破坏的黄土中施工要充分考虑各方因素对土体的扰动,因此其施工难度和施工管理相应提升。
二、湿陷性黄土的基本概念及特殊性质
1、湿陷性黄土的特殊性质。湿陷性黄土是一种特殊性质的黄土，在天然含水状态下，一般具有较高的强度，且其压缩系数较小，但在覆盖土层的自重压力和建筑物的附加压力共同作用下，一旦受水浸湿，结构迅速破坏，并发生显著附加沉降，强度也随之迅速降低。湿陷性黄土一般呈黄色或褐黄色，粉土粒含量一般占土重的60%以上，含有大量的碳酸盐和氯化物等可溶盐类，天然孔隙比在1.0左右，具有肉眼可见的大孔隙，它呈松散多孔结构状态，垂直节理发育。
2、湿陷变形。湿陷性黄土由于它的特定生成环境、发生原因、地质历史、埋藏产状、地理地貌位置、气候条件、物质成分，尤其是它的特殊结构、特殊组成情况等，致使压力和水的作用下发生湿陷现象，产生湿陷变形。
3、湿陷类型。湿陷性黄土地基分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种类型。当湿陷性黄土地基或场地浸水后，没有任何外部的附加荷载，仅在地基土的自重压力作用下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土地基或场地；当湿陷性黄土地基或场地在没有外部附加荷载的作用下浸水不发生湿陷，需要有一定的附加荷载作用下浸水才能发生湿陷的，叫非自重湿陷性黄土地基或场地。
三、地铁湿陷性黄土暗挖隧道的施工风险
由于暗挖隧道在施工过程中周边地层大面积失水，相应地层易产生固结沉降，从而产生周边地面及建筑物的沉降风险。同时，由于局部区域地层渗透性差等原因，降水失效也存在一定风险。施工风险主要体现在饱和软黄土失水引起的地层固结沉降，以及周边建筑物沉降变形、地下管线破坏、开挖过程中引起的变形等。因此，施工方法的选择应充分根据地质条件、断面大小、地面环境等因素，综合考虑其可实施性、工期、安全性、适应性、技术性和经济性等。
四、针对地铁湿陷性黄土暗挖隧道施工风险采取的措施
1、饱和软黄土失水固结沉降风险的应对措施。按设计要求，隧道开挖前需采取降水措施，保证水位降至结构底板下1ｍ。根据地质详勘报告中土层分布状况、土层厚度、土层渗透系数、隧道埋深地下水位等综合因素，可选用的降水方案为：降水井距隧道边缘不小于1.5ｍ，降水井井径为800ｍｍ，深度为3840ｍ，透水管外径为600ｍｍ，内径为500ｍｍ。隧道开挖前采取的降水措施，将使饱和软黄土面临失水固结沉降的风险，因而必须采取应对措施。
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1）开放式降水措施。由于饱和软黄土有较好的渗透性，土层内地下水较易疏干。因此，在采取洞外管井降水措施时，加强对地表及周边建筑物的变形监测，当沉降数据出现异常时，及时停止降水，并采取建筑物基础加固、回灌地下水等措施。
2）采取帷幕内降水的措施。为减少对建筑物地下水的扰动，减小建筑物的沉降幅度，在竖井与建筑物间可设置旋喷桩止水帷幕，旋喷桩桩长为30ｍ，桩径为600ｍｍ，间距为450ｍｍ。根据监测数据，在降水及竖井施工期间，建筑物最大沉降14.6ｍｍ，差异沉降1.27‰，均在安全范围内。
3）采取洞内注浆止水的措施。采用降水方案时要预评估降水对周边建筑物及地下管线的影响程度，如影响程度过大则采用洞内超前注浆加固止水方案。根据拟选用降水方案的沉降计算，降水对周边建筑物及地下管线的影响较大。因此，为保证施工安全，保护隧道周边建筑物和地下管线不被破坏，对位于饱和软黄土层以下的隧道地段在洞内采取注浆加固止水措施，经竖井横通道WSS（二重管无收缩双液注浆）工法注浆的试验证明：在老黄土及古土壤层进行注浆施工，浆液与土体固结为一体，浆脉延伸较为完整，土体基本挤密，达到了预期的加固、止水目的。
2、隧道开挖产生土层变形沉降风险的应对措施
1）严格执行“二十一字”原则，控制开挖进尺。隧道采用矿山法进行施工，应注重地层的预支护和预加固，因此隧道开挖施工必须坚持“先治水、管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的“二十一字”原则，以此达到控制地表沉降、减少隧道开挖、对土体扰动的目的。同时，开挖进尺的大小决定着地表下沉及拱顶沉降，也影响开挖面土体的稳定性。此外，还可适当拉开左右线隧道的开挖距离。当两隧道的中心线间距≤3D（D为隧道宽度）时，两隧道的开挖对地层沉降会有叠加影响。
2）合理安排二次衬砌的施工时间。地层孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程，在软弱富水地层，随着渗排水、地表产生大范围的沉降，使初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强。因此，软土隧道应及时施作二次衬砌。
3）其它技术保证措施
①旋喷桩止水帷幕施工过程中，桩位放样必须准确，以保证桩与桩的咬合，确保旋喷桩止水帷幕良好的密闭性。
②横跨地下管线部位的旋喷桩，应提前探明管线孔径，进行试桩，然后通过调整旋喷压力和提升速度来确定桩径，保证桩间咬合距离。
③回灌井施工过程中，井孔成孔、无砂混凝土管验收、砾料验收、尼龙网包裹、铁丝绑扎、洗井、回填砾料等工序，应严格按照技术交底及操作规范要求执行，从而确保回灌井良好的透水性。
④水位观测井施工时，成井后洗井、测管管身泄水孔布置、管节连接、尼龙网包裹，以及下管和回填砾料等应严格按照技术交底及操作规范执行。
⑤开挖支护过程中应及时进行拱顶下沉、周边收敛的监测，并结合建筑物沉降及倾斜监测数据及时指导施工。
⑥测量数据必须准确、可靠，当数据偏差较大时，应进行2次测量，以此来核查数据的正确性。
⑦降水施工是成熟可靠的方法，在条件适宜的地方应优先考虑采用；同时，应注意控制降水施工导致的沉降在可接受的程度内，并对重要建筑物和重要管线应作具体分析。
⑧不具备降水施工条件的区段，洞内预加固措施应因地制宜，根据区间内不同地段、不同地质进行试验，确定合理的工艺，以此保证加固效果。
五、结语
湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔隙和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高；但在一定压力下受水浸湿，土的结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，对建筑物危害性大。本文根据湿陷性黄土的特性及风险特征，对湿陷性黄土暗挖隧道的施工风险及应对措施进行探讨，并针对这些风险提出了相应的控制措施。
参考文献：
[1]刘祖典.黄土力学与工程[M].西安:陕西省科学技术出版社,2014.
[2]李雅琦.湿陷性黄土隧道施工安全风险管理研究[J].低温建筑技术，2014．
论文作者:范江涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/4
标签：黄土论文; 隧道论文; 建筑物论文; 风险论文; 措施论文; 地层论文; 土层论文; 《防护工程》2018年第35期论文;