張利民

(中鐵二十局集團(tuán)有限公司，陜西西安 710016)

1 工程概況

風(fēng)積沙是在干旱地區(qū)輸送沙丘地面的沙在風(fēng)力作用下，吹揚(yáng)、搬遷堆積形成的沙地、沙堆、沙丘或沙攏。

駱駝場(chǎng)隧道風(fēng)積沙段，其風(fēng)積沙不均勻系數(shù)很小，表明級(jí)配差，粒徑介于0.5 mm～0.25 mm之間的顆粒含量占94.5%，沙中小于0.074 mm的顆粒含量?jī)H為1.5%以下，粘聚力低，自穩(wěn)能力差。

風(fēng)積沙段開挖最大寬度為7.06 m，高度為9.86 m。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，使用大管棚、小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，集由錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土組合而成的初期支護(hù)和模筑鋼筋混凝土二次襯砌所組成。承臺(tái)下設(shè)置碎石注漿樁，解決結(jié)構(gòu)抗浮及整體穩(wěn)定。

結(jié)合本隧道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用三臺(tái)階預(yù)留核心土進(jìn)行開挖，雙層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，鋼拱架+錨噴進(jìn)行初期支護(hù)。

但是在實(shí)際進(jìn)行三臺(tái)階預(yù)留核心土下導(dǎo)坑開挖時(shí)，由于下臺(tái)階較高，拱背經(jīng)常發(fā)生土體坍塌。因此，需要對(duì)隧道開挖方法進(jìn)行改進(jìn)。

2 隧道施工方法的確定

三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖順序見圖1，四臺(tái)階預(yù)留核心土開挖順序見圖2。

比較兩種施工方法可以看出，采用四臺(tái)階預(yù)留核心土進(jìn)行開挖施工時(shí)，增加了一個(gè)開挖面，拉大了掌子面與二襯之間的距離，由于拉開的距離并不大，對(duì)施工安全并不會(huì)產(chǎn)生影響。監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采用四臺(tái)階開挖后，由于中部的橫向型鋼支撐能夠提前施作，隧道初期支護(hù)的收斂有所減少，提高了隧道施工的安全性。

圖1 三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖順序及支護(hù)布置圖（單位：m）

圖2 四臺(tái)階預(yù)留核心土開挖順序（單位：m）

在由三臺(tái)階變成四臺(tái)階開挖初期，由于最下面的臺(tái)階要停止施工，對(duì)碎石注漿樁、仰拱等后續(xù)工程的施工進(jìn)度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但是采用四臺(tái)階開挖后，由于控制了拱背流沙現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)約了處理拱背流沙和坍塌的時(shí)間，尤其是，四臺(tái)階各作業(yè)面形成平行流水施工后，對(duì)施工進(jìn)度并無影響。

通過對(duì)兩種施工方法對(duì)比分析，在后續(xù)風(fēng)積沙段施工時(shí)決定采用四臺(tái)階預(yù)留核心土的開挖方法進(jìn)行施工。

3 掌子面穩(wěn)定性控制

風(fēng)積沙隧道開挖掘進(jìn)時(shí)，掌子面的穩(wěn)定性是決定施工能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。駱駝場(chǎng)隧道風(fēng)積沙段開挖掘進(jìn)時(shí)，我們采用了以下措施，對(duì)控制掌子面的穩(wěn)定性起到了很好的作用:

1)合理預(yù)留核心土，保持上臺(tái)階有一定的長度(10 m～15 m)。合理地預(yù)留核心土對(duì)掌子面的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。因上臺(tái)階的高度為3 m，施工時(shí)核心土的長度一般控制在3 m～5 m為宜。為避免掌子面出現(xiàn)大量涌沙因上臺(tái)過短而使部分涌沙流到中臺(tái)階致使沙體難以自穩(wěn)，造成大的坍方，上臺(tái)階應(yīng)保持一定的長度。

2)拱部雙層小導(dǎo)管改為單層小導(dǎo)管，縱向間距由2 m改為0.5 m，使小導(dǎo)管在隧道開挖時(shí)形成棚架作用。

3)小導(dǎo)管一次性打入，減少對(duì)沙體的擾動(dòng)。小導(dǎo)管施工時(shí)，將φ42小導(dǎo)管的前面加工成錐形，用風(fēng)槍直接打入，以減少對(duì)沙體的過度擾動(dòng)，以降低開挖過程中流沙出現(xiàn)的概率。

4)開挖前準(zhǔn)備好鋼插板或編織袋，在開挖過程中如有流沙出現(xiàn)應(yīng)立即進(jìn)行封堵，以防出現(xiàn)涌沙。

5)噴射前對(duì)容易流沙或塌落的地方進(jìn)行處理，必要時(shí)可在鋼筋網(wǎng)片后面緊貼圍巖鋪一層土工布，以防在噴射混凝土?xí)r由于噴射料的沖擊而引起沙層塌落。

4 仰拱快速封閉技術(shù)

因駱駝場(chǎng)隧道風(fēng)積沙段采用碎石注漿樁對(duì)仰拱下地基進(jìn)行加固處理，下導(dǎo)坑開挖完成后要施作碎石注漿樁，因此，無法立即進(jìn)行仰拱施工，為了保證施工的安全，我們采用加設(shè)臨時(shí)型鋼支撐，使初期支護(hù)臨時(shí)封閉成環(huán)。

具體做法是:在接近拱腳處增設(shè)臨時(shí)橫向Ⅰ20型鋼支撐，間距50 cm，型鋼端部和初期支護(hù)的鋼架焊接，并沿縱向用Φ22的鋼筋將橫向支撐焊連起來，以增加支撐的整體性和剛度。

5 風(fēng)積沙地層鋼架拱腳加固技術(shù)

5.1 施工情況

當(dāng)掌子面施工開挖至DK4+579.5處發(fā)生坍塌。在對(duì)掌子面進(jìn)行處理后的第三天，施工人員就在DK4+580處發(fā)現(xiàn)拱頂初期支護(hù)出現(xiàn)兩條環(huán)向裂縫。隨后的施工中又在DK4+570處發(fā)現(xiàn)兩條環(huán)向裂縫，并在施工中導(dǎo)坑時(shí)發(fā)現(xiàn)原來在施工上導(dǎo)時(shí)在拱架下墊的紅磚已被壓碎。在開挖中導(dǎo)及下導(dǎo)坑時(shí)拱背流沙頻繁出現(xiàn)。

在對(duì)幾個(gè)斷面的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，每天拱頂?shù)南鲁亮看笥?.0 mm/d，凈空收斂值大于1mm/d，均大于規(guī)范允許值。通過對(duì)數(shù)據(jù)的回歸分析，結(jié)果顯示周邊收斂值達(dá)到規(guī)范允許上限的0.5%，有些地段甚至超過該上限。

5.2 原因分析及處理措施

5.2.1 原因分析

本段地層風(fēng)積沙形成時(shí)間有先后，風(fēng)積沙顆粒的組成會(huì)有一定的差異，風(fēng)積沙中粘粒含量較前段有明顯減少，顆粒間的表面張力減小，砂層自穩(wěn)能力較差，圍巖對(duì)初期支護(hù)的壓力也隨之增大，從而致使拱頂下沉量增加，最終使拱頂出現(xiàn)環(huán)向裂縫，中導(dǎo)坑施工所引起的拱頂下沉，也是拱頂出現(xiàn)環(huán)向裂縫的一個(gè)重要原因。上導(dǎo)坑在施工拱架鎖腳錨桿對(duì)拱背風(fēng)積沙的擾動(dòng)及下導(dǎo)開挖高度過大是引起拱背流沙的主要原因。

5.2.2 處理措施

1)抗收斂措施。鎖腳錨桿改為自進(jìn)式鎖腳錨管，增設(shè)橫向鋼支撐等控制初期支護(hù)收斂。a.將原設(shè)計(jì)每處拱腳設(shè)置兩根φ22長度為4 m鎖腳錨桿改為每處設(shè)置3根R32N自進(jìn)式鎖腳錨管，以增加拱腳的抗收斂能力并減少對(duì)拱背沙層的二次擾動(dòng)。b.在初期支護(hù)不同部位增設(shè)三道橫向Ⅰ20型鋼鋼支撐，間距為50 cm，同排鋼支撐用Φ22鋼筋連接成整體以增加支撐的整體性和剛度。三排鋼支撐的位置自上而下分別位于上導(dǎo)拱腳處、中導(dǎo)拱腳處及下導(dǎo)拱腳以上2 m處。

2)拱腳加固措施。采用大拱腳，擴(kuò)大拱腳的接觸面積，降低拱腳對(duì)土體的壓力，減小拱頂下沉。施工時(shí)自拱腳以上100 cm處向斜下方開挖至拱腳外側(cè)50 cm處，掛網(wǎng)后噴射C20混凝土并與拱架部分的噴射混凝土形成一個(gè)整體。拱腳底部改用25 cm×25 cm×10 cm墊塊，以加固拱腳基礎(chǔ)。

3)預(yù)防拱背流沙措施。a.下導(dǎo)坑分兩臺(tái)階進(jìn)行開挖，降低臺(tái)階高度;b.鋼筋網(wǎng)片由20 cm×20 cm改為10 cm×10 cm，沙體表面貼一層300 g/m2土工布，并用網(wǎng)片將土工布頂緊;c.鎖腳錨桿改用自進(jìn)式，以減少對(duì)沙層的二次擾動(dòng)。

6 結(jié)語

1)通過對(duì)三臺(tái)階與四臺(tái)階預(yù)留核心土兩種施工方法的對(duì)比分析，確定了駱駝場(chǎng)隧道風(fēng)積沙段采用四臺(tái)階預(yù)留核心土的方法進(jìn)行施工，上臺(tái)階高度為3 m，長度3 m～5 m為宜，中臺(tái)階、下臺(tái)階上部和下臺(tái)階下部高度在2 m～2.5 m，長度在10 m～15 m為宜，仰拱開挖段不宜大于15 m。

2)通過采用預(yù)留核心土、雙層超前小導(dǎo)管改為單層并一次性打入以及鋼插板和編織袋對(duì)流沙進(jìn)行封堵、土工布隔離等措施，有效地減少了流沙的發(fā)生，保證了掌子面的穩(wěn)定。

3)架設(shè)橫向型鋼支撐使初期支護(hù)臨時(shí)封閉成環(huán)，保證了仰拱施工的安全順利進(jìn)行。

4)拱腳加固措施(自進(jìn)式錨桿、設(shè)大拱腳、橫向鋼支撐、加鋼架墊塊)很好地解決了風(fēng)積沙隧道拱頂下沉、初支收斂、拱背流沙嚴(yán)重的施工難題，為風(fēng)類地質(zhì)條件下的隧道施工提供了成功的經(jīng)驗(yàn)，具有很高的借鑒意義。

5)創(chuàng)造性地利用在網(wǎng)片背后巾鋪土工布的簡(jiǎn)單方法就很好地解決了拱頂和拱背在噴射作業(yè)時(shí)沙體塌落的施工難題。

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