黄土裂隙对铁路隧道施工影响技术探究

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1、黄土裂隙对铁路隧道施工影响技术探究　　摘要：山西中南部铁路通道工程东峁3号隧道位于山西省吕梁市临县，隧道全长684米，隧道内主要围岩为黄土，采用新奥法施工。黄土中存在不同规模和性质的天然裂隙，这些裂隙对隧道工程的施工在成很大的安全风险，通过野外观察、室内试验、现场试验和施工中实践，总结黄土隧道在不同埋深下一次开挖合理进尺、开挖后的允许暴露时间以及支护参数等关键参数值，从而指导隧道施工。关键词：黄土裂隙开挖支护中图分类号：TU94文献标识码：A吕梁至临县铁路三交至临县北段东峁3号隧道位于山西省吕梁市临县临泉镇东

2、峁村境内，走向与S218省道大致平行，全长684m。隧道内地层为第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）新黄土；第四系中更新统洪积层（Q2pl）老黄土。1、黄土的概念与特性1.1黄土的概念黄土是指大自然中广泛存在主要由粉砂颗粒（其中粒径0.01-0.1毫米者约50%）组成的第四组陆相沉积物，一般呈灰黄、红黄及棕黄色。10一般认为风积成因的黄土，不具层理，称为原生黄土。原生黄土经再次搬运而堆积，具有层理，形成黄土状土，称为次生黄土。典型黄土和黄土状土统称为“黄土类土”，习惯上常简称为“黄土”。1.2黄土的特性黄

3、土质地松散，具有肉眼可见的大孔隙、不具层理，柱状节理发育，干燥时较结实，能保持直立陡壁。遇水后易崩解，并发生大量的沉陷。2、黄土裂隙的分类(1)按裂隙的规模或大小（长度和宽度），将黄土裂隙分为微观裂隙和宏观裂隙。(2)按裂隙形成的原因，将黄土裂隙的分类列于表2-1。另外还有些综合形成的裂隙，如黄土垂直节理等。(3)按裂隙的力学性质，将黄土裂隙分为张性，压性、扭性裂隙及其组合裂隙。(4)按裂隙形成的时期，分为原生裂隙，次后期裂隙（指黄土堆积时未形成，但是在后来产生并被覆盖的裂隙）和后期裂隙（现在各种营力引起的发

4、育于黄土层浅表部的裂隙）。(5)按裂隙的产状，将黄土裂隙分为垂直节理和斜节理。表2-1黄土裂隙的成因分类类型主台阶因素动力源类别非构造人类活动次生动力，动荷载重力人类活动诱发的塌陷、不均匀沉降、滑坡、崩塌、开挖卸载裂隙等。10自然外营力气候水、地表水冻融裂隙，胀缩裂隙、风化裂隙等构造自然内营力断层运动，构造地应力断层速滑裂隙、蠕滑裂隙、构造节理裂隙2.1黄土裂隙的发育规律老黄土形成时间早，固结程度高，延性小，因而老黄土比新黄土的构造节理发育程度高；黄土中粘粒含量高，受力破裂面光滑完整，已于保存，因此粘黄土中的

5、构造节理的显现程度比砂黄土高；卸荷裂隙分布于沟坡、谷坡、阶地前缘陡坎，地形支离破碎，地层切割强烈，斜坡分布密集，卸荷裂隙也相对发育；湿陷裂隙发育于具有湿陷性的黄土中，地表水引起的湿陷裂隙发育在土体的浅部，地下水引起的湿陷裂隙发育于土体的深部。3.裂隙的判识3.1宏观判识10通过施工前的现场踏勘，从隧道右侧30m外出露山体陡壁上可以清晰的看出黄土裂隙主要以垂直裂隙为主，纵向间距0.2～1m，同时交织着斜裂缝和水平层理；隧道洞顶存在与隧道轴线基本正交的4条冲沟及两个2～4m高的陡坎，这些冲沟或陡坎可能是某些大的裂

6、隙经过长期的地表水侵蚀而成的地貌，可以印证节理面是以垂直节理为主。3.2微观判识在隧道的开挖过程中，选用机械配合人工镐头开挖，通过观察掌子面开挖土体时出现竖向掉落面，处于同一方向上同一条线上的多个掉落面近似归纳成一个裂隙，每挖30cm观察一次，然后详细记录和描绘每个开挖循环掌子面的裂隙发育情况，最后把不同掌子面观察描绘出的裂隙面纵向和横向连接，近似成一个个的竖向裂隙和斜裂隙作为研究掌子面的基础数据。4.洞身开挖施工技术黄土隧道一般按三台阶七步流水作业法进行开挖，以上台阶开挖作为研究对象，在初支喷射砼厚度和钢筋

7、网、连接筋间距等不变的情况下，调整20工字钢架间距，分别按60cm、80cm和100cm的三种间距施工，以拱顶下沉和侧墙收敛值24小时不大于5mm，累计沉降收敛值不超过100mm作为安全指标，同时密切观察初支喷射砼有无开裂等异常来判定围岩的稳定性。4.1按每循环开挖进尺0.6米从东峁3号隧道的裂缝形状来看,黄土物理力学性质对裂缝的产生和发展有着重要影响。从调查结果看,在隧道施工时,新黄土地层较老黄土地层更容易产生地表裂缝。10隧道位移是隧道围岩和支护结构相互作用最明显、最直观的反映,同时相对于其它观测参数更容

8、易获得。因此,搜集在建黄土隧道的变形监测数据,分别分析地表沉降、拱顶沉降、拱脚沉降、拱脚水平收敛与埋深的关系。（1）地表沉降与埋深的关系根据收集调查数据,将埋深与施工地表沉降列于图4-1中。埋深小于35m时地表沉降数据较为离散,埋深大于35m时地表沉降随埋深逐渐趋于稳定,埋深大于75m后表沉降随埋深呈逐渐减小趋势。图4-1地表沉降与埋深的关系（2）拱顶沉降与埋深的关系拱顶沉降与埋深的关系详见图4-2