CN106400768B - 湿陷性黄土隧道浸水试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及湿陷性黄土隧道浸水试验方法。针对湿陷性黄土隧道工程特点，研究合理的试验方法与场地湿陷变形正确的评价方法是目前亟待解决的问题。本发明在需评价的隧道场地地表及仰拱持续灌入足量的水，通过水分自由下渗使湿陷性土层达到饱和，发生湿陷性变形；通过布设的各类监测数据分析地层湿陷变形分布、水分运移情况及衬砌结构受浸水影响的受力变形情况，从而对黄土隧道建设场地以及隧道基底土层湿陷性大小做出评价。本发明能较为真实地反映黄土隧道建设场地在实际浸水条件下湿陷变形规律，能揭示地表大面积浸水及基底浸水情况下对黄土隧道受影响程度大小，从而为基底处理与否、衬砌结构合理设计等问题提供依据。

Description

湿陷性黄土隧道浸水试验方法

技术领域

本发明涉及隧道地基湿陷性研究技术领域，具体涉及一种湿陷性黄土隧道浸水试验方法。

背景技术

湿陷性黄土隧道因其洞身处于湿陷性黄土地层中时，一旦隧道地基遭受浸水而产生不均匀沉降变形时，必然对隧道衬砌结构构成威胁。一方面，隧道黄土围岩遭受水分运移增湿作用，引起隧道基底下地基产生不均匀沉降，致使隧道衬砌结构出现环向裂缝。另一方面，隧道上覆湿陷性黄土浸水后，土层的自重增大，土结构承担的压力转移到隧道衬砌上，使隧道衬砌结构承担压力增大，向隧道衬砌结构基底下的地基传递，使其基底压力增大。隧道侧墙围岩黄土弹性抗力减小，引起衬砌结构内力发生变化。由于竖向作用压力增大，而侧向弹性抗力减小，极易使衬砌发生竖向开裂。此外，隧道湿陷变形的危害主要来自于仰拱下黄土地层的湿陷性变形量，它具有埋深大的特点，深埋新黄土的湿陷性及湿陷变形可能发生的条件与传统浅埋新黄土的湿陷性及湿陷变形可能发生的条件存在不同。隧道工程开挖引起围岩的应力卸载，与建筑基础作用于地基的应力加载，导致建筑地基的应力条件与隧道工程的应力条件差异较大，所以采用传统建筑地基湿陷变形评价方法分析隧道工程地基的湿陷变形存在问题。因此，针对湿陷性黄土隧道工程特点，研究合理的试验方法与场地湿陷变形正确的评价方法是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土隧道浸水试验方法，模拟在有隧道穿越湿陷性黄土地层的场地地表大面积长时间浸水及仰拱基底浸水情况下，实测地层产生的湿陷变形、水分入渗影响深度范围、隧道受浸水影响可能遭受的变形和破坏，进而评价隧道围岩发生湿陷可能性、场地湿陷性、隧道地基湿陷变形程度，为隧道的设计施工提供可靠的依据。

本发明所采用的技术方案为：

湿陷性黄土隧道浸水试验方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：在黄土隧道上方地表开挖浸水试坑，并标记出各地表监测点位，完成沉降监测深标点及水分计埋设点预钻孔；

步骤2：逐一埋设主要由沉降杆、护筒和标尺构成的沉降监测点，埋设完成后，在试坑影响区域以外设置基准点，记录各沉降标与基准点初始高差，试验开始后通过高差变化反映不同地层的湿陷变形量；

步骤3：逐一埋设水分计，读取初始体积含水率数据，根据试验过程中数据的变化判断浸水影响深度和范围；

步骤4：在相应隧道断面上布设土压力盒、钢筋计和沉降监测点，监测试坑浸水后隧道受力变形变化，评价地表浸水对隧道结构影响程度；

步骤5：试坑下方对应隧道段仰拱预设渗水孔及截水埂，为后期仰拱浸水做准备；

步骤6：向试坑内持续注水，使水面高度保持在30cm，持续监测各项数据直至变化稳定，停止注水，并继续监测，直至各项监测数据基本稳定不变；

步骤7：向仰拱试验段注水，保持30cm液面高度，待各项监测数据完全稳定后结束试验。

步骤1中，浸水试坑为开挖深度0.6m的矩形试坑，长度方向与隧道轴向水平。

步骤2中，沉降监测深标点中逐节连接下放带有沉降板底座的沉降杆，直至出露地表，沉降杆外部套有护筒，护筒外围孔隙用预先碾压好的素土回填夯实，沉降杆出露端连接长度3m带有标尺的读数标杆，沉降杆、护筒和标尺构成的沉降监测点。

本发明具有以下优点：

本发明通过对现行的黄土湿陷变形测定和评价方法体系的特点的研究，结合隧道工程特点，提出了一种针对隧道穿越的湿陷性黄土场地及隧道地基湿陷性评价现场测试方法。测试结果准确可靠，该方法不同于室内试验，不会因为取土而扰动土的结构性，也不会因为所取土样的位置的局限性而使得测试结果具有相当的离散性，而是基于大型浸水试验湿陷变形的原理进行原位测试，直接测量隧道建设场地土层湿陷变形及隧道变形，保证了测试结果可以准确可靠的反映实际工程情况。

鉴于以上特点可以看出，本发明提出的“湿陷性黄土隧道浸水试验方法”是一种可以反映隧道特殊的工程特点，对隧道建设场地及隧道基底湿陷性做出正确评价的现场测试方法。

附图说明

图1为试坑布设平面图；

图2为A系列浅标点布设示意图；

图3为E-E’截面深标点与隧道相对关系示意图；

图4为水分计埋设点与隧道相对关系示意图；

图5为隧道监测断面传感器布设示意图；

图6为深标点构造示意图；

图7为仰拱试验段渗水孔布设平面示意图；

图8为仰拱浸水m-m剖面图；

图9为仰拱浸水n-n剖面图。

其中，1-隧道轮廓线；2-浸水试坑；3-沉降监测浅标点(B5:编号)；4-沉降监测深标点；5-水分计埋设孔；6-含水率试验钻孔；7-卵石垫层；8-水分计；9-土压力盒；10-钢筋计；11-沉降监测点；12-标尺；13-护筒（PVC护管）；14-沉降杆（钢管）；15-素土；16-沉降板底座（钢板）；17-截水埂；18-渗水孔；19-液面；20-注水管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的湿陷性黄土隧道浸水试验方法，总结以往黄土试坑浸水试验，结合隧道工程特点，直接在黄土隧道上方地表及仰拱地基进行浸水，通过量测地层湿陷变形及隧道结构变形受力情况，对隧道建设场地及隧道地基湿陷性作出评价，模拟了隧道受地表及基底浸水影响的可能性和程度大小，反映了工程实际。具体步骤如下：

步骤1：平整场地，在隧道正上方按设计尺寸开挖深度为0.6m的浸水试坑2，长度方向与隧道轴向水平，并按监测布点方案标记出沉降监测浅标点及各预钻孔点位，包括沉降监测深标点4和水分计埋设孔5，钻孔至设计深度。

步骤2：在沉降监测深标点4钻孔中逐节连接下放带有沉降板底座16的沉降杆14，直至出露地表，为保证沉降杆自由移动，外部套有护筒13，护筒外围孔隙用预先碾压好的素土15回填夯实，沉降杆出露端连接长度3m左右带有标尺12的读数标杆，完成深标点埋设。同时埋设沉降监测浅标点3，沉降监测浅标点3埋设完成后，在浸水试坑2影响区域以外设置基准点，记录各沉降标与基准点初始高差，试验开始后通过高差变化反映不同地层的湿陷变形量。

步骤3：在水分计埋设孔中下放水分计8并插入孔底，经埋设前后的读数校值，确定水分计工作正常后，利用探槽取得并预先碾压好的素土进行回填，分层夯实，并不断用测绳测量回填高度，待回填夯实5m，下放埋设下一个水分计8，直至设计最浅埋深处，以上部分继续用素土回填夯实，尽量保证浸水过程中不会由于孔内渗透速度的增大，加快水分计的变化速率。埋设完成后在地表固定集线盒，用以保护水分计读数接头，并记录初始数据。

步骤4：试坑内铺设10cm后卵石垫层7，防止注水过程中对地表的冲刷；

步骤5：分别在选取的隧道监测截面上初衬与围岩接触面的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚及仰拱位置对称埋设土压力盒9，监测试验过程中围岩压力及隧道基底压力变化；在压力和对应点位的二衬钢拱架中安装钢筋计10，量测隧道变形应力变化；仰拱底部一定深度范围内埋设水分计8并回填夯实，监测地表浸水是否会渗入仰拱底部土层及入渗深度；仰拱面设置沉降监测点11，通过试验前后其与洞口外基准点的高差变化反映隧道结构整体沉降。综合隧道监测截面各项数据评价地表浸水对隧道结构影响程度。

步骤6：在试坑下方对应的隧道段仰拱上，钻孔预留一定数量的渗水孔18，钻孔直径为20cm~30cm，使后期仰拱浸水可直接渗入到基底土层之中，并在该仰拱试验段两侧设截水埂17，保证注水后可维持液面高度。

步骤7：待所有监测元件布设完成且初始数据稳定后，开始向试坑注水，保持液面高度稳定在30cm左右，并持续观察记录耗水量、沉降标高差变化、水分计读数、地表裂缝发展变化情况、隧道结构应力应变数据等，直至变化稳定，停止注水。在试坑内外钻孔获得含水率试验钻孔6，取一定数量的土样测试含水率，并与试验前天然土层含水率进行对比，结合水分计数据对浸水影响范围作出判定。试验过程中应实时注意异常情况并做好记录。

步骤8：停水后，继续对各监测元件进行读数，待基本稳定后，再向仰拱试验段注水，并保持30cm的液面高度，直至各项监测数据稳定不变后试验终止。现场试验实测数据可用于修正室内试验结果，为黄土隧道湿陷性评价室内试验方法研究提供根据。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.湿陷性黄土隧道浸水试验方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：在黄土隧道上方地表开挖浸水试坑（2），浸水试坑（2）为开挖深度0.6m的矩形试坑，长度方向与隧道轴向水平；

标记出沉降监测浅标点（3）及各预钻孔点位，预钻孔点位包括沉降监测深标点（4）和水分计埋设孔（5）；

完成沉降监测深标点（4）及水分计埋设孔（5）的预钻孔；

步骤2：逐一埋设沉降监测深标点（4），沉降监测深标点（4）由沉降杆（14）、护筒（13）和标尺（12）构成；

同时埋设沉降监测浅标点（3），沉降监测浅标点（3）埋设完成后，在浸水试坑（2）影响区域以外设置基准点，记录各沉降标与基准点初始高差，试验开始后通过高差变化反映不同地层的湿陷变形量；

沉降监测深标点（4）的钻孔中逐节连接下放带有沉降板底座（16）的沉降杆（14），直至出露地表，沉降杆（14）外部套有护筒（13），护筒外围孔隙用预先碾压好的素土（15）回填夯实，沉降杆（14）出露端连接长度3m带有标尺（12）的读数标杆；

步骤3：逐一埋设水分计（8），读取初始体积含水率数据，根据试验过程中数据的变化判断浸水影响深度和范围；

步骤4：分别在选取的隧道监测截面上初衬与围岩接触面的拱顶、拱肩、拱腰、拱脚及仰拱位置对称埋设土压力盒（9），在压力和对应点位的二衬钢拱架中安装钢筋计（10），在仰拱面设置沉降监测点（11），监测浸水试坑（2）浸水后隧道受力变形变化，评价地表浸水对隧道结构影响程度；

步骤5：浸水试坑（2）下方对应隧道段仰拱上预设渗水孔（18）及截水埂（17），为后期仰拱浸水做准备；

步骤6：向浸水试坑（2）内持续注水，使水面高度保持在30cm，持续监测各项数据直至变化稳定，停止注水，并继续监测，直至各项监测数据稳定不变；

步骤7：向仰拱试验段注水，保持30cm液面（19）高度，待各项监测数据完全稳定后结束试验。