史趙鵬

(中鐵十二局集團 第二工程有限公司，太原 030032)

1 工程概況

鄭西鐵路客運專線坳渠隧道全長276 m，隧道按客運專線雙線350 km/h設(shè)計。隧道襯砌內(nèi)輪廓最大跨度13.3 m，最大高度11.18 m，隧道內(nèi)凈空面積(軌頂面以上)為100 m2，開挖斷面為164 m2。地層巖性為Q2老黃土夾砂卵礫石透鏡體及古土壤層，局部含上層滯水，具有膨脹性，上伏第四系上更新統(tǒng)Q3黏質(zhì)黃土。進口段78 m范圍內(nèi)覆蓋層厚僅為3～6 m超淺埋，同時山體偏壓，為超淺埋偏壓隧道。

2 施工方案

針對進口段超淺埋的特點，原設(shè)計為明挖后施作明洞襯砌，后經(jīng)現(xiàn)場踏勘并約請專家論證，確定為明洞暗作的施工方案?？傮w施工方案為從出口向進口方向采用“三臺階七步流水作業(yè)法”施作(圖1)，嚴(yán)格遵循“先預(yù)報、管超前、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則，當(dāng)施作至淺埋段時停止掘進。同時從進口提前施作大管棚后，從進口向出口方向采用“三臺階七步流水作業(yè)法”單工序施工。

圖1 三臺階七步流水作業(yè)施工工序(單位:m)

2.1 洞口邊、仰坡開挖

根據(jù)設(shè)計邊坡、仰坡開挖邊線測量放樣，安排人工配合挖掘機分層自上而下開挖，隨挖隨支，分層高度為2 m。開挖邊、仰坡時，人工用坡度尺控制坡比，分層支護嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進行，挖至上臺階高度時，預(yù)留管棚機作業(yè)平臺，準(zhǔn)備施作超前長管棚。

2.2 大管棚施工

管棚長度為60 m，由φ108 mm的無縫鋼管組成，環(huán)向間距 40 cm(見圖 2)，共 46根，布管范圍夾角135°，每根鋼管長6 m，壁厚6 mm。鋼管的外插角為1°～3°，采用自進式管棚機施工，管棚機型號為北京中易恒通HTG-100型鉆機，鋼管接長采用內(nèi)接絲，通過15～20 cm長的內(nèi)接管車絲及無縫鋼管內(nèi)孔車絲，將6 m長的無縫鋼管連接起來，保證兩根鋼管連接處維持在一個面上(即保證連接處的平整度)。安裝好有孔鋼花管后即對孔內(nèi)注漿，漿液由ZJ-400高速制漿機拌制。注漿后再施工無孔鋼管，無孔鋼管可以作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。采用注漿機將砂漿注入管棚鋼管內(nèi)，初壓 0.5～1.0 MPa，終壓2 MPa，持壓 15 min后停止注漿。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均由漿液充填，方可終止注漿。注漿時先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔，注漿工藝示意于圖3。

圖2 大管棚施工橫斷面(單位:m)

圖3 注漿工藝示意

2.3 套拱施工

管棚施工結(jié)束后，沿管棚輪廓線在其下方安設(shè)I25工字鋼架。工字鋼架與管棚外露部分用鋼筋連接牢固，在管棚外輪廓鋪設(shè)外模，進行混凝土導(dǎo)向墻施工，為暗洞施工創(chuàng)造條件。

2.4 開挖及初期支護

采用“三臺階七步流水作業(yè)法”單工序施工，將開挖斷面分為上、中、下及底部四個部分逐級掘進施工。上部宜超前中部3～5 m，中部超前下部3～5 m，下部超前底部10 m以內(nèi)。為方便機械作業(yè)，上部開挖高度控制在4.5 m，中部臺階高度也控制在4.5 m，下部臺階控制在3.38 m。

嚴(yán)格實行單工序作業(yè)，開挖上導(dǎo)時停止中下導(dǎo)及底部施工，開挖中導(dǎo)或下導(dǎo)時每次只進行單側(cè)開挖，同時停止上或中下導(dǎo)另一側(cè)及底部施工，其它工序類似。開挖時每一循環(huán)開挖長度控制在0.6 m。

為保證安全，開挖前拱部施作φ42 mm超前小導(dǎo)管對擬開挖土體進行注漿預(yù)加固，待漿液達到一定強度后，采用挖掘機開挖，預(yù)留一定厚度由人工持風(fēng)鎬修邊到位。

每一臺階開挖完成后，及時噴射4 cm厚微纖維混凝土對圍巖進行封閉，施作系統(tǒng)錨桿，設(shè)立型鋼鋼架及鎖腳錨桿，最后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，分層復(fù)噴微纖維混凝土到設(shè)計厚度，完成一個開挖循環(huán)。

2.5 仰拱施工

下導(dǎo)初期支護完成后，根據(jù)黃土隧道地表沉降觀測及洞內(nèi)圍巖量測數(shù)據(jù)獲知:在仰拱施作之前，拱頂下沉速度與隧道周邊變形速率較大，圍巖處于不穩(wěn)定狀態(tài);待仰拱初支完成后，拱頂下沉速度與隧道周邊變形速率趨于緩和;待仰拱完成后，拱頂下沉與水平收斂基本停止。故仰拱宜盡量緊跟開挖面施工，以有效地控制其變形，洞口段仰拱與掌子面距離控制在10～15 m以內(nèi)，一次開挖長度控制在3 m以內(nèi)，可分兩次開挖待仰拱初支達到5 m長度時，采用棧橋進行全幅一次性施工仰拱填充。

2.6 二襯施工

隧道襯砌要遵循“仰拱超前、襯砌緊跟、墻拱整體襯砌”的原則，仰拱施作完成后，襯砌與掌子面距離控制在50 m以內(nèi)，利用多功能作業(yè)平臺人工鋪設(shè)防水板、綁扎鋼筋后，采用液壓整體式襯砌臺車進行二次襯砌(采用拱墻一次整體灌筑施工)?；炷猎诙赐獠捎米詣佑嬃堪韬险炯邪韬希炷翑嚢柽\輸車運至洞內(nèi)，混凝土輸送泵泵送入模?；炷翝仓笥覍ΨQ進行，防止鋼模臺車偏移。

3 施工中出現(xiàn)的問題及對策

3.1 施工中出現(xiàn)的問題

隧道套拱施工完畢后，即開始進行上導(dǎo)掘進，當(dāng)上導(dǎo)掘進5 m時，發(fā)現(xiàn)地表開始出現(xiàn)5 mm左右環(huán)向裂縫，當(dāng)上導(dǎo)掘進至10 m時，中導(dǎo)跟進至5 m，地表裂縫進一步擴展至2 cm，同時在洞頂線路方向右側(cè)距中線4～6 m范圍出現(xiàn)3條縱向裂縫，裂縫最大寬度達到3 cm。同時監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，地表沉降最大值為106 mm，拱頂沉降最大值為228 mm。根據(jù)觀測到的數(shù)據(jù)顯示，施工段地表裂縫擴展與拱頂下沉具有加劇的趨勢，因此決定立即停止掌子面掘進。

3.2 原因分析

初步分析引起該段沉降及裂縫較大的原因主要有:

1)該段覆蓋層厚度為3～6 m，全部為第四系粉質(zhì)黃土，地質(zhì)條件較差，對大跨度隧道難以形成成拱效應(yīng)，雖然施作了大管棚，但初期支護難以完全承受上部荷載;

2)山體存在嚴(yán)重偏壓，致使洞身存在偏壓現(xiàn)象;

3)施工時未嚴(yán)格按照單工序施工，施工中導(dǎo)時未按照單邊開挖的原則，而是交錯開挖了兩側(cè)中導(dǎo);

4)施工中仰拱未能及時閉合;

5)施工過程因下雨造成部分雨水下滲。

3.3 采取的主要對策

1)進一步減小拱架間距，將拱架間距由原設(shè)計0.6 m縮小至0.4 m，同時針對拱頂下沉量較大，采取抬高鋼架，預(yù)留沉降量調(diào)整為25 cm的措施，確保二次襯砌厚度。

2)增加鎖腳錨管數(shù)量與長度，數(shù)量由原設(shè)計4根增加為8根，長度由4 m增加至6 m，以增加初期支護的剛度。

3)擴大拱腳基礎(chǔ)，增設(shè)支撐墊板來增強拱腳承載力，減小拱頂下沉，提高鋼架支承能力。

4)對洞頂部分土方進行減載，對線路右側(cè)進行反壓回填，防止洞頂山體向右側(cè)位移。

5)對洞頂裂縫進行注漿及堵塞處理，并在洞頂覆蓋彩條布，以防止雨水下滲。

6)嚴(yán)格按照單工序作業(yè)，停止掌子面施工，將開挖掌子面采用掛網(wǎng)噴射混凝土封閉，立即進行封閉仰拱施工。

7)必要時增設(shè)臨時仰拱進行封閉，根據(jù)量測值加設(shè)工字鋼橫撐。

采取上述處理措施后，洞內(nèi)及地表沉降變形趨于穩(wěn)定，確保了隧道的安全與正常施工。

4 體會

通過該偏壓超淺埋大斷面黃土隧道洞口段的施工，主要體會及結(jié)論如下:

1)洞口段雖然設(shè)計有大管棚，具有良好的拱梁效應(yīng)，但對超淺埋偏壓隧道作用有限，對沉降與變形仍要引起高度重視。

2)地表沉降觀測與圍巖量測是隧道施工的重要工序，也是施工現(xiàn)場判定圍巖是否穩(wěn)定的依據(jù)之一，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測資料采取相應(yīng)的工程措施。從洞口段隧道監(jiān)測資料發(fā)現(xiàn)，洞內(nèi)沉降值遠大于地表沉降值，洞內(nèi)沉降值上導(dǎo)開挖時較小，隨著中下導(dǎo)的開挖數(shù)值逐漸變大，到仰拱初支封閉后沉降值變小，仰拱填充施作完畢后，沉降趨于停止。所以盡早進行仰拱封閉是控制變形的一道關(guān)鍵工序。

3)淺埋隧道圍巖及初期支護變形過大或變形不收斂，又難以及時補強時，可提前施作二次襯砌，以改善施工階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，此時二次襯砌應(yīng)予以加強。

4)“三臺階七步流水作業(yè)法”應(yīng)用于大斷面淺埋黃土隧道有其獨特之處，始終要堅持“先預(yù)報、管超前、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則。對淺埋洞口段一定要堅持單工序作業(yè)，根據(jù)地質(zhì)變化合理選擇預(yù)留沉落量，增加鎖腳錨管、擴大拱腳基礎(chǔ)、增設(shè)支撐墊板，同時以仰拱初噴混凝土增強地基承載力來減小圍巖松弛、收斂變形。

5)對淺埋黃土隧道，要特別注意地表水下滲，影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。采取回填夯實、封閉等改變地表水徑流條件等工程措施，避免地表水下滲影響結(jié)構(gòu)安全。

6)對淺埋、偏壓、黃土等特殊地質(zhì)隧道，施工方案的確定一定要邀請專家進行可行性論證，以確保方案的安全性與有效性。

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