【摘要】本文通過(guò)山西某高速公路隧道為例，擅述了在高速公路隧道施工中洞口段恰遇濕陷性黃土?xí)r采用的施工方法和坍方的處理措施，通過(guò)處理達(dá)到防止隧道坍塌變形及塌方處理的的有效措施，從而確保高速公路隧道進(jìn)洞的施工安全。

【關(guān)鍵詞】隧道；濕陷黃土；施工；研究

0.引言

近年我國(guó)北方等地區(qū)建設(shè)的高速公路隧道大都要穿越黃土地區(qū)，因隧道進(jìn)洞段大多為黃土覆蓋區(qū)，隧道洞口段安全又是整體工程施工中的重中之重，濕陷性黃土一般集中在隧道洞口段，其居有壓縮性偏高，強(qiáng)度較低等特點(diǎn)，在土體自重應(yīng)力或者自重應(yīng)力和外部附加應(yīng)力共同作用下，濕陷性黃土受水浸縮后強(qiáng)度會(huì)快速降低，當(dāng)土體中殘余的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足以抵抗土體中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，上體結(jié)構(gòu)迅速被破壞，并且發(fā)生明顯的附加下沉。在濕陷黃土段進(jìn)行隧道開(kāi)挖時(shí)由于隧道本身自穩(wěn)性差、收斂沉降大造成了隧道侵限和塌方的事故較高。下面以山西某高速公路隧道洞口段在濕陷性黃土地層坍方處理施工為例來(lái)淺談一下公路隧道洞口段遭遇濕陷性黃土的施工措施。

1.工程概況

該隧道位于山西省忻州市靜樂(lè)縣境內(nèi)，施工起訖樁號(hào)為EK53+000，終點(diǎn)樁號(hào)為EZK56+800（EYK56+818），路線全長(zhǎng) 3.8km（以右線計(jì)）。其中隧道左線EZK53+822～EZK56+818，隧道右線EYK53+870～EYK56+800。工程范圍內(nèi)包括：隧道右線2930m；隧道左線2996m。

黃土Ⅴ級(jí)加強(qiáng)圍巖洞口段設(shè)計(jì)左右線各500米，經(jīng)對(duì)洞口段35米、50米處巖土含水量進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得該段黃土含水率為17-19%，最高含水率達(dá)22%，局部開(kāi)挖后拱腳即有水滲出。，洞口段100 m范圍內(nèi)處于富水黃土段，此段隧道穿越黃土的物理指標(biāo)基本一致，其含水率18.8，密度1.90 g/era ，液限Wl一18.5 ，塑限WP一18.5，塑性指數(shù)J一7.3，液性指數(shù)Jl一0.04，粘聚力一13 kPa，內(nèi)摩擦角一12.1。

2.過(guò)程施工介紹及處理措施

2.1施工參數(shù)

洞口黃土段Ⅴ級(jí)加強(qiáng)圍巖采用超前大管棚輔助進(jìn)洞、超前注漿小導(dǎo)管、鋼拱架、噴錨網(wǎng)支護(hù)及模筑鋼筋砼及有仰拱襯砌。

隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為噴射26厚C25早強(qiáng)混凝土；內(nèi)置工20工字鋼，安裝間距60；Φ42 rnrn超前注漿導(dǎo)管支護(hù)，環(huán)向間距40；Φ25 mm中空注漿錨桿，布設(shè)間距80*60；Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格20*20。二次襯砌采用50cm厚C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2施工過(guò)程中的沉降及坍方情況

2.2.1前期沉降侵限

洞口段采用V級(jí)施工方法，施工過(guò)程中項(xiàng)目部來(lái)把安全質(zhì)量關(guān)，三臺(tái)階施工至左、右線各進(jìn)洞約30米時(shí)，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示圍巖變形收斂嚴(yán)重，隧道左線EZK53+849處最大一天沉降量為7，一個(gè)月內(nèi)累計(jì)沉降收斂12。2009年6月13日，隧道右線一天沉降16。地表監(jiān)測(cè)無(wú)明顯變化，仰拱砼距開(kāi)挖面上臺(tái)階距離35m。

兩處沉降時(shí)項(xiàng)目經(jīng)理部立即啟動(dòng)隧道搶險(xiǎn)預(yù)案，立即停止掌子面上臺(tái)階開(kāi)挖，使用機(jī)械向開(kāi)挖上臺(tái)階進(jìn)行回填土，采用24h施工測(cè)量人員洞內(nèi)值班監(jiān)測(cè)，使用工字鋼對(duì)掌子面附近進(jìn)行橫豎向加固，量測(cè)頻率不小于每小時(shí)一次，同時(shí)加快仰拱施工，監(jiān)控量測(cè)穩(wěn)定后采用雙液漿對(duì)沉降段及附近有裂紋及空洞處注漿。

由于沉降收斂嚴(yán)重，兩個(gè)月導(dǎo)致左右線初支侵限5-8，項(xiàng)目部編制啟動(dòng)初支侵限處理方案，完成初支侵限處理共用時(shí)近兩個(gè)月。

2.2.2左線坍方

2009年7月5日上午10時(shí)，開(kāi)挖面上臺(tái)階EZK54+103處拱頂開(kāi)始有掉塊現(xiàn)像，11時(shí)20作業(yè)人員進(jìn)洞準(zhǔn)備施工下臺(tái)階時(shí)發(fā)現(xiàn)上臺(tái)階拱頂已持續(xù)塌落掉塊，拱頂已呈現(xiàn)2米的空洞，現(xiàn)場(chǎng)仍有土塊掉落，項(xiàng)目經(jīng)理部管理人員到現(xiàn)場(chǎng)后立即啟動(dòng)隧道防塌坍處理預(yù)案，指揮現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員撤離開(kāi)挖面，采用應(yīng)急物資反壓回填掌子面，12：05分拱頂及掌子面大量土方涌出，具體情況如下圖：

施工段的圍巖為含水量大的黃色粘土，自坍方體上取樣經(jīng)試驗(yàn)室測(cè)試含水量結(jié)果為21.3%，中間夾有孤石，開(kāi)挖支護(hù)后兩側(cè)有滴狀滲水。

地表坍塌出約35×28m的一個(gè)大坑，坑陷處下沉5m，此處地表埋深距隧道拱頂為43m，坍方體整體下沉施壓至隧道拱頂處，管理人員為防止雨季雨水倒灌和人蓄安全對(duì)地表壩方體進(jìn)行了覆蓋警戒處理。具體情況好下圖：

經(jīng)測(cè)量隧道內(nèi)坍方涌出及初支變形段共為33m，隧道內(nèi)EZK54+069～102段全部為坍方土體。

2.2.3塌方處理措施

①反壓回填：

在坍塌稍微穩(wěn)定后，從洞外運(yùn)土方及沙袋對(duì)塌方自下坡腳采用坡度為1：1的回填土進(jìn)行反壓，然后在坍體上部采用噴砼封閉穩(wěn)固，防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大，反壓里程EZK54+069～+084，高度約為2m。

②施做洞內(nèi)大管棚

經(jīng)過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析確保坍方體穩(wěn)定后開(kāi)始施做套拱，C20套拱砼長(zhǎng)2m，施做里程EZK54+069～+071，預(yù)埋Ф127鋼管，施作36根長(zhǎng)36m的超前管棚。管棚注漿采用W：C=1：1水泥漿。

③CRD工法施工：

在EZK54+071～105段采用CRD工法施工，以臺(tái)階法為基礎(chǔ)，將隧道斷面從中間分成4部分，每一部分開(kāi)挖并支護(hù)后形成獨(dú)立的閉合單元。步步封閉成環(huán)，使每個(gè)施工階段都構(gòu)成一個(gè)完整的受力體系。使支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同分部時(shí)，都能盡快形成一個(gè)完整的受力體系，增強(qiáng)安全度。

開(kāi)挖塌方體施工超前支護(hù)在拱部采用雙排Φ42長(zhǎng)4.5米環(huán)向間距為30cm的小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管縱向搭接長(zhǎng)度不小于1.2米，即每三個(gè)循環(huán)施做一次。注漿材料為水泥凈漿液，水泥漿水灰比1：1注漿壓力控制在0.3～0.5Mp，以保證注漿漿液的擴(kuò)散半徑。

坍塌體段的土質(zhì)松軟，含水率高，拱腳部位的承載力差，為提高拱架部位的地基承載力，防止出現(xiàn)拱頂較大的沉降，需增加拱腳部位的受力面積。在拱架部位人工開(kāi)挖時(shí)，必須比鋼架增加25cm的超挖，同時(shí)在立鋼架時(shí)將拱架設(shè)置在I20b的型鋼支撐上，拱腳處的鋼支撐長(zhǎng)50cm，拱腳處的超挖用C25噴射混凝土回填密實(shí)，以提高拱腳部位的承載力，當(dāng)拱腳處有滲水時(shí)加大鋼架腳板尺寸，在腳板下的入2-4根50長(zhǎng)的鋼管加固基底，并在鋼架腳板處墊設(shè)厚木板支撐。

④支護(hù)參數(shù)：

超前支護(hù)：雙排Φ42超前小導(dǎo)管，長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距30cm，外層小導(dǎo)管外插角30，內(nèi)側(cè)小導(dǎo)管外插角13，超前小導(dǎo)管注水泥單液漿。

臨時(shí)支護(hù)：臨時(shí)仰拱及豎向中隔墻采用I20b型鋼加工，間距50cm，所有連接處采用14mm厚鋼板作為連接腳板，用M20螺栓連接牢固；縱向臨時(shí)支撐間用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距100cm增加整體性；臨時(shí)仰拱及中隔墻間用C25早強(qiáng)噴射混凝土噴射平順。

洞身支護(hù)：I20b型鋼鋼架，間距50cm，鋼架縱向用Φ22鋼筋連接，連接筋環(huán)向間距100cm；鋪掛8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20×20cm；邊墻施作Φ25中空注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)4.5m，，間距80×60cm（環(huán)×縱）；噴射C25早強(qiáng)混凝土共計(jì)26cm。

⑤過(guò)程加強(qiáng)措施：

1）過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)進(jìn)尺的控制，上、中臺(tái)階一次開(kāi)挖支護(hù)一榀鋼架，下臺(tái)階一次最多開(kāi)控控制的二榀。

2）監(jiān)控量測(cè)全過(guò)程指導(dǎo)施工，坍方段處理期間量測(cè)頻率不小于一天兩次。

3）拱部鋼架間采用18工字鋼代替Ф22鋼筋進(jìn)行連接。

4）仰拱具備施工條件后及時(shí)跟進(jìn)，監(jiān)控量測(cè)持續(xù)穩(wěn)定后可先拆除EZK54+072處少量的中隔墻，仍在有收斂時(shí)先行澆注仰拱再后續(xù)切除中隔墻。

5）在地表坑陷處設(shè)置截水溝，隧道內(nèi)坍方體處理通過(guò)后及時(shí)回填地表陷坑。中隔墻拆除完畢后從EZK54+070處著手準(zhǔn)備二襯施工。

6）開(kāi)挖仰拱時(shí)基底土質(zhì)較松軟時(shí)采用打夯機(jī)夯實(shí)基底，拱腳處由人工夯實(shí)，黃土含水時(shí)較大導(dǎo)致過(guò)濕時(shí)在仰拱基底處覆蓋干燥的噴漿料進(jìn)行夯實(shí)加固基底。

3.施工效果

為應(yīng)對(duì)該段含水量較大的濕陷性黃土層施工順利通過(guò)，項(xiàng)目經(jīng)理部持續(xù)研討、論證直到完成黃土段用時(shí)一年之久，通過(guò)CRD工法四部開(kāi)挖及加固腳板及基底的情況下正洞洞口段、斜井洞口段經(jīng)過(guò)了幾次沉降坍方后由黃土進(jìn)入了石質(zhì)層。

4.結(jié)論

濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉。

因此在濕陷性黃土地基上進(jìn)行工程建設(shè)過(guò)程中要以“強(qiáng)支護(hù)”為施工原則，在洞口段作業(yè)時(shí)嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、早封閉、勤量測(cè)”，另外必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對(duì)工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，當(dāng)原設(shè)計(jì)施工不能滿(mǎn)足圍巖安全時(shí)應(yīng)立即調(diào)整加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，提高初支支撐的的整體性，防止基礎(chǔ)失穩(wěn)，用時(shí)跟進(jìn)仰拱。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，如沉降值增大時(shí)及時(shí)自行調(diào)整并增強(qiáng)支護(hù)，縮寫(xiě)進(jìn)尺快速閉合并封堵開(kāi)挖面。

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