湿陷性黄土地区地铁隧道沉降对地铁安全的影响

杨宁

摘 要：近年来我国经济迅速发展，城市化水平不断提升。为了缓解道路交通压力，我国一方面扩大了城市道路建设的规模，另一方面积极修建地铁工程。众所周知，地铁工程建设为地下施工工程，受环境、地基等各方面影响程度较大，修建难度相对较大，尤其在我国一些湿陷性黄土地区，地铁隧道的建设和运营都长期受到隧道沉降的困扰，对地铁的正常运行甚至运行安全造成了极大的影响，因此针对这一现象，对湿陷性黄土地区地铁沉降问题进行研究并找到有效地解决措施具有十分重要的意义。

关键词：湿陷性黄土；地铁；隧道沉降

中图分类号：U45 文献标志码：A

0 引言

为了进一步加快我国地区的城市化建设，减轻城市交通压力，国内很多城市都修建了地铁，地铁的修建能够在很大程度上缓解城市地面交通压力，提升居民的交通出行效率。在此背景下，如何能够保证地铁运行的稳定性和安全性已经成为人们普遍关注的话题。地铁施工具有较高的难度，如果地铁隧道发生沉降将会对地铁工程的建设甚至后期地铁的正常运行带来安全隐患，分析原因，造成地铁隧道沉降的因素有很多，最主要的原因包括土壤中含水量较高、土壤硬度较低以及施工技术不合理等，因此在施工过程中相关人员应该及时发现可能造成地铁隧道沉降的因素并解决，从而避免隧道沉降现象的进一步加剧，甚至发生隧道塌方等事故。基于此，该文首先对湿陷性黄土的概念以及工程特性进行了简要的介绍，接着分析了湿陷性黄土地区地铁隧道长期沉降对地铁安全造成的影响，最后作者根据实际的工作经验总结了湿陷性黄土地区地铁隧道沉降的几个处理方法。

1 湿陷性黄土的概念及特性

1.1 湿陷性黄土概念

湿陷性黄土在正常自然含水状态下具有较高的强度，且抗压能力較强，但是在上层土层重力以及上层建筑物压力的作用下，这种黄土如果遇水，水分会迅速将其原有结构破坏，使其发生明显的沉降现象，土壤的强度也迅速降低。通常来说，湿陷性黄土颜色为黄色或者黄褐色，成分中含有大量的碳酸盐和氯化物，相对于正常土壤来说孔隙比较大，在1.0上下，呈多孔松散结构。

1.2 湿陷性黄土特性

1.2.1 湿陷性

黄土最显著的特性之一就是湿陷性，造成土壤湿陷的原因很多，一般包括地下水位的升高、地下管道渗水，降雨后地表大量积水以及生产生活用水的排放等。黄土在一定外力的作用下遇到湿陷条件就造成了黄土湿陷性特征。含水量增加是导致黄土发生形变的表面原因，究其根源，导致黄土发生湿陷形变的原因是黄土自身结构以及物质组成在含水量过高的环境下会发生改变。黄土的组成成分中60 %是粉粒，另外还包括一定的黏料与砂料，从黄土的组成成分中我们可知黄土只有在干旱或者半干旱的环境下才能具有较高的强度；在干旱的环境下，黄土中含有的少量水分同其成分中的盐类会形成胶类物质，增加了黄土颗粒间的黏性，从而提升了其强度。当黄土受到水分浸湿后，这种胶类物质会慢慢溶解，黄土中颗粒的黏性降低，各组成成分重新组合排列，这时如果黄土再受到上层建筑物的压力，其支撑股价会迅速遭到破坏，土壤间的空隙受到压缩变小，导致黄土湿陷形变性。

1.2.2 压缩性

土壤的压缩性指的是土壤在一定外力条件下其自身产生的压缩形变的大小，对于黄土来说压缩性指的是其在天然含水环境下，受到外界压力发生的结构形变，而非在受到水分浸湿条件下产生的湿陷性形变。

1.2.3 结构性

黄土在含有少量水分的环境中，随着温度的不断升高，其内部的水分会与盐类形成胶结物质，这种胶结物质将黄土内粗粉颗粒结构固定形成支撑骨架，在没有受到过多水分浸湿时，这种结构具有较高的强度，但是一旦吸收过多的水分，这种单元结构就会遭到破坏，丧失结构强度，表现出湿陷性。

1.2.4 欠压实性

湿陷性黄土形成过程中，其内部颗粒间固化强度要远大于其上层覆盖物的压力，造成湿陷性黄土没有被充分固结压实，具有疏松多孔的结构特性，这种欠压实性是黄土遇水发生湿陷性沉降的充分条件。

2 湿陷性黄土地区地铁隧道长期沉降对地铁安全的影响

湿陷性黄土地区地铁隧道长期沉降对地铁的安全造成极大的影响，具体来说主要包括以下几点。

2.1 对地铁隧道结构的影响

地铁隧道长期发生沉降会导致地铁隧道产生结构裂缝，一旦地铁隧道产生结构裂缝，一方面会严重影响其承载能力，另一方面还会引发隧道渗水，对隧道中的钢筋和混凝土造成腐蚀，严重影响地铁的运行安全。通常情况下，湿陷性黄土地区地铁隧道长期沉降导致的隧道结构裂缝主要有以下几种类型：纵向裂缝、斜向裂缝和环向裂缝。不同的裂缝类型和程度对地铁隧道造成的影响也是不同的，象一些细微裂缝对地铁隧道的稳定性和耐久性不会造成太大的影响，而一些裂缝面积较大，程度较深的裂缝则应该进行及时修补，另外对于一些没有出现渗水情况的裂缝可以采用水泥浆进行及时修补，对于出现裂缝引发漏水的情况则应该先进行注浆堵漏，再对裂缝进行封闭。

2.2 造成地铁隧道渗漏

湿陷性黄土地区地铁隧道长期沉降还容易造成地铁隧道渗漏现象，地铁隧道出现渗漏不仅会影响地铁的使用寿命，还会导致地铁隧道内部积水，影响地铁的正常运行。一般来说，地铁内部渗漏包括根据影响程度的不同可以分为严重渗漏、中等渗漏和轻微渗漏，当地铁地基发生长时间湿陷性沉降时，就极易发生严重的渗漏现象，因此，对于湿陷性沉降造成的长期渗漏，应该充分做好隧道内的排水管理，并加强对黄土进行处理解决，防止对地铁运营造成严重影响。

3 湿陷性黄土地区地铁隧道沉降处理方法

3.1 垫层法

处理湿陷性黄土地基沉降较为传统的方法是垫层法，这种方法适用于地下水位以上的黄土层，垫层包括素土垫层和灰土垫层2种，进行垫层处理的新土不能同样为具有湿陷性的黄土。这种方法的优点是施工较为简便，缺点是只能应用于局部有湿陷性黄土且湿陷性黄土层厚度较浅的情况。

3.2 强夯法

强夯法又可以称为动力固结法，这种方法将大吨位的重锤提升到一定高度（8 m～40 m）后自由落下，这时重锤的重力势能转化为其动能，将黄土进行压实。这种方法只能处理一定深度内的湿陷性黄土，且对土壤的含水率改变不大，因此强夯法对具有较厚厚度的湿陷性黄土或者湿陷性较为严重的黄土层的改善效果一般。

3.3 挤密法

挤密法是在土中打入带有通气桩尖的桩机，一方面当桩机下沉的过程中会对土壤产生一定的挤压作用，减小土壤空隙度，另一方面在土中适当添加砂石等材料，分层压实，使黄土与所成桩成为复合地基，提升地基的强度和承载能力。另外可以大大减少地表水分下渗，降低土壤湿陷性，从而减少黄土地基的沉降量。

3.4 排水固结法

通过真空预压的方法将黄土空隙结构内的水分排除，并进行土体压缩的方法称为排水固结法。这种方法是使黄土在建筑物修建完成之前将大量沉降释放完成的一种方法。

3.5 化学加固法

化学加固法是指使用一定的化学试剂，采用灌注、压入以及搅拌的方法，使黄土内部土粒与化学试剂胶结，从而改善黄土的结构排列，提升黄土的物理性质和力学性质。现阶段主要采用的化学浆液包括丙烯酰胺、木质素等。

3.6 深层搅拌桩法

深层搅拌桩法是近年来应用较为广泛的地基处理方法，它利用深层搅拌机将黄土与水泥浆液进行搅拌，形成水泥混凝土，这种混凝土具有一定的强度，承载能力极好。深层搅拌桩法可以用于处理含水率较高的黄土，且施工简单、噪声低、无污染。

参考文献

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