理论教育 黄土区、多年冻土区和膨胀岩土区隧道施工风险分析

黄土区、多年冻土区和膨胀岩土区隧道施工风险分析

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:体积增大后的冻土土体在与铁路隧道支护结构接触后,产生正向作用载荷,从而对结构衬砌产生作用力,该作用力即为冻胀力。高海拔寒区冻害问题正是通过该冻胀力对隧道结构施加影响,不同温度条件下的冻胀力水平不同,膨胀程度与温度成反比。当冻害导致的冻胀力水平过高时,施加给铁路隧道结构衬砌的载荷较大,可导致衬砌出现形变。

黄土区、多年冻土区和膨胀岩土区隧道施工风险分析

1.黄土区隧道施工风险分析

黄土土质松软、承载力低,且黄土变形具有突变性、非连续性和不可逆性,黄土隧道施工风险非常大,特别是洞体支护不足时,出现施工安全问题不可避免。做好黄土隧道施工中的安全控制,可有效确保隧道施工的安全快速。黄土隧道施工中易发生洞内坍塌和地表沉陷等问题,这和黄土的湿陷性是分不开的。新黄土一般覆盖在老黄土之上,呈松散结构状,垂直节理面上易形成竖向软弱层。老黄土颗粒间的孔隙经过地质严密积压而不具有湿陷性,土体承载力与地应力相比较低,特别容易发生塑性变形,当土体蠕变过大时容易导致塌方。

2.多年冻土区隧道施工风险分析

高海拔寒区铁路隧道工程施工中最主要的技术影响因素是冻害问题。此类冻害主要指施工区域环境温度低于冻土冻结温度,冻土内部水分凝结成冰,引发冻土体积增大的现象。体积增大后的冻土土体在与铁路隧道支护结构接触后,产生正向作用载荷,从而对结构衬砌产生作用力,该作用力即为冻胀力。高海拔寒区冻害问题正是通过该冻胀力对隧道结构施加影响,不同温度条件下的冻胀力水平不同,膨胀程度与温度成反比。另外,冻害同样会引起铁路隧道施工区域地质条件的变化,对隧道结构整体稳定性造成影响。

高海拔寒区冻害问题出现后,原有施工区域土层的增大比例为原有体积的9%左右,随冻结过程的延续,土体颗粒将发生位移,进一步挤压冻土内的水分,加剧冻害作用下的土体膨胀,冻胀力逐步增大。当冻害导致的冻胀力水平过高时,施加给铁路隧道结构衬砌的载荷较大,可导致衬砌出现形变。针对这一情况,在进行高海拔寒区隧道工程设计的过程中,通常要对冻胀力要素进行综合考量,设计出现偏差,将导致衬砌开裂,对结构的稳定性与耐久度产生不良影响。此外,因高海拔寒区的环境温度较低,在隧道施工中未能有效安排排水方案时,会出现结冰现象,对隧道的正常使用造成不利影响。(www.daowen.com)

3.膨胀岩土区隧道施工风险分析

膨胀岩土的隧道修建风险主要包括坍塌和变形,主要分析如下:

(1)围岩开裂:在隧道开挖施工中,开挖的深入会导致围岩内的原始应力得到释放,促使围岩胀裂。同时,土体脱水会导致围岩产生收缩裂缝,促使土体中原本就存在的隐秘性裂缝张开扩大,导致围岩失稳,容易出现坍塌。

(2)衬砌变形:受围岩巨大膨胀压力的影响,其拱顶可能出现上凸或下沉等问题,导致其受力区增加。同时,受压区受多种力的影响,出现脱皮、掉块等质量问题,促使衬砌产生开裂、错台,最终破坏衬砌。

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