摘 要 近年來(lái)土質(zhì)隧道施工常采用CRD法，該工法能夠有效控制隧道沉降收斂，但在富含水膨脹土隧道施工時(shí)初支沉降收斂仍較大，施工效率低，臨時(shí)支撐拆除時(shí)存在安全隱患。本文以鄂北水利工程紀(jì)洪隧道富含水膨脹土段施工為例，利用三臺(tái)階開(kāi)挖、上臺(tái)階臨時(shí)橫撐豎撐支護(hù)方法，再通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)、做好截排水措施、嚴(yán)控安全步距、組織好工序銜接等方法來(lái)減小隧道的沉降收斂，達(dá)到快速、安全、高效地完成富含水膨脹土隧道施工的目的。

關(guān)鍵詞 膨脹土;三臺(tái)階;沉降收斂;截排水;安全步距

1工程概述

紀(jì)洪隧道全長(zhǎng)10.35km，土洞段長(zhǎng)4.5km，占隧道全長(zhǎng)的43%。土洞斷面面積為52.6m2，土洞段地質(zhì)主要為第四系上更新統(tǒng)琚灣組黏土，該土層具弱膨脹性，夾薄層壤土，含藍(lán)灰色條帶狀或網(wǎng)紋狀高嶺土條紋或條帶，局部含黑褐色鐵錳質(zhì)氧化物及其結(jié)核，局部鈣質(zhì)物含量偏高。土洞段洞徑最大處為8.1m，隧道埋深26.0～45.0m。

土洞段原設(shè)計(jì)為CRD法施工，現(xiàn)場(chǎng)采用此方法施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)掌子面地質(zhì)情況為：

（1）隧道下臺(tái)階及仰拱位置為普通土，但中臺(tái)階及上臺(tái)階土質(zhì)中含有中等膨脹土。

（2）掌子面土體濕潤(rùn)，土體表面無(wú)線(xiàn)狀流水，局部有掉塊現(xiàn)象;隨著土體暴露時(shí)間加長(zhǎng)，掌子面出現(xiàn)滲水、掉塊、坍塌情況，上臺(tái)階部分位置拱腳處有線(xiàn)狀流水。

根據(jù)揭示的地質(zhì)情況，該段為典型的富含水膨脹土隧道，膨脹土在無(wú)水情況下土質(zhì)較硬，一旦遇水極易發(fā)生軟化，遇水后土體自穩(wěn)能力差，極易發(fā)生掉塊、坍塌，屬于隧道施工中最軟弱、穩(wěn)定性最差的不良地層。由于原設(shè)計(jì)CRD法每循環(huán)施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，掌子面暴露時(shí)間長(zhǎng)、掉塊嚴(yán)重，每月實(shí)際進(jìn)度只有15m～20m，已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，故對(duì)富含水膨脹土隧道施工技術(shù)進(jìn)行研究[1]。

2處理方案比選分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及地質(zhì)情況，就如何安全高效通過(guò)富含水膨脹土地段，提出以下三種施工方案：

方案一：在通過(guò)富含水膨脹土段時(shí)，未施工臨時(shí)支撐，三臺(tái)階同步開(kāi)挖，對(duì)原狀土擾動(dòng)較大，掌子面及拱頂滲水極為嚴(yán)重，鋼架發(fā)生扭曲變形，初期支護(hù)沉降收斂較大，部分位置已侵入二襯混凝土空間20cm～30cm，見(jiàn)表1。方案二：采用此方法時(shí)，將開(kāi)挖面噴漿封閉可有效控制掌子面掉塊現(xiàn)象，臨時(shí)支撐能起到減小隧道沉降收斂的作用。見(jiàn)表1，第二種方案明顯比第一種沉降收斂小。方案三：開(kāi)挖下臺(tái)階前施工臨時(shí)支撐，下臺(tái)階施工完成后再施工仰拱，對(duì)隧道拱頂邊墻沉降收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，見(jiàn)表1，表中第三種施工技術(shù)方案沉降收斂值為最小。

通過(guò)對(duì)以上三種施工方案進(jìn)行對(duì)比分析，最終選定三臺(tái)階開(kāi)挖+上臺(tái)階臨時(shí)橫撐豎撐支護(hù)+開(kāi)挖面噴漿臨時(shí)防護(hù)，且上中臺(tái)階同步施工，完成后再?lài)姖{封閉掌子面及施做上臺(tái)階臨時(shí)支撐，最后開(kāi)挖下臺(tái)階、仰拱。

由于隧道內(nèi)地質(zhì)為富含水膨脹土，土體自穩(wěn)性極差，在采用此方法后隧道沉降收斂雖有明顯改善，但表1中十天觀(guān)測(cè)最大累計(jì)沉降收斂點(diǎn)仍侵入二襯空間，不滿(mǎn)足施工要求。為進(jìn)一步解決沉降問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，采取截、排水措施，嚴(yán)格控制安全步距，組織好工序銜接來(lái)縮短初期支護(hù)封閉成環(huán)時(shí)間等措施，來(lái)達(dá)到控制沉降收斂的目的[2]。

3施工技術(shù)方案

三臺(tái)階開(kāi)挖+上臺(tái)階臨時(shí)橫撐豎撐支護(hù)+開(kāi)挖面噴漿臨時(shí)防護(hù)，上中臺(tái)階同步開(kāi)挖，開(kāi)挖至滿(mǎn)足一次能夠澆筑5～10m仰拱條件后，將掌子面噴漿封閉，然后在上臺(tái)階每間隔1米間距，采用工18型鋼施做臨時(shí)橫撐，同時(shí)在橫撐上增加兩道臨時(shí)豎撐，如圖1所示。臨時(shí)支撐施工完畢后再施工下臺(tái)階，下臺(tái)階左右兩側(cè)均開(kāi)挖支護(hù)5～10m，再立即組織人員設(shè)備開(kāi)挖支護(hù)仰拱，并綁扎仰拱鋼筋及澆筑混凝土，使初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)。

3.1 加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)

隧道原設(shè)計(jì)初期支護(hù)采用工18工字鋼，間距50cm，Φ10mm鋼筋網(wǎng)片20×20cm間距，拱腳位置采用鎖腳錨管連接，每處拱腳2根4.0m長(zhǎng)Φ42無(wú)縫鋼管，25cm厚噴射混凝土。按原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)在富含水膨脹土隧道段施工，發(fā)現(xiàn)初支內(nèi)鋼架已嚴(yán)重發(fā)生扭曲變形及沉降，鋼架剛度已完全無(wú)法滿(mǎn)足要求。通過(guò)與設(shè)計(jì)溝通，現(xiàn)場(chǎng)鋼架間距已足夠小，故采用增加鋼架型號(hào)，將工18型鋼變更為工22型鋼，噴射混凝土由設(shè)計(jì)的25cm增大至30cm，將原設(shè)計(jì)每處2根鎖腳錨管數(shù)量增加至6根，增大拱腳受力面積，將下臺(tái)階拱腳連接板尺寸由原設(shè)計(jì)的20cm×22cm增大至25cm×30cm。

通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)后，現(xiàn)場(chǎng)再次對(duì)沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在開(kāi)挖過(guò)程中鋼架扭曲變形及沉降得到有效控制，十天最大沉降收斂值控制在60mm以?xún)?nèi)，但在滲水位置處，沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)變化仍較為明顯。為減少變形情況，須進(jìn)一步改善洞內(nèi)截排水措施。

3.2 截排水措施

初支施工期間，在初支上自拱頂向兩側(cè)每間隔兩米利用Ф42無(wú)縫鋼管布設(shè)泄水孔，使初支背后滲水從泄水孔排出，在仰拱端頭設(shè)立臨時(shí)集水井。開(kāi)挖過(guò)程中，做好各項(xiàng)排水措施，在離兩側(cè)拱腳外1m位置開(kāi)挖截水溝，將水流引向下臺(tái)階開(kāi)挖的臨時(shí)集水井中，再使用污水泵將水抽排出洞外，如圖2所示。

支護(hù)參數(shù)加強(qiáng)并采取截排水措施后，初支表面滲水情況得到改善，表面不再大面積滴水，富含水膨脹土段拱頂邊墻沉降收斂值基本控制在50mm以?xún)?nèi)。

3.3 嚴(yán)控安全步距

掌子面開(kāi)挖要嚴(yán)格控制仰拱、二襯安全步距，通過(guò)對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2，當(dāng)仰拱安全步距小于20m時(shí)，仰拱施工操作空間狹窄，施工效率低，每月實(shí)際完成進(jìn)度在30m以?xún)?nèi);將安全步距拉大到30m至35m時(shí)，隧道沉降收斂值較大，存在安全隱患;故根據(jù)沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，仰拱安全步距宜控制在25m左右。仰拱步距滿(mǎn)足要求后，二襯安全步距控制在70m以?xún)?nèi)時(shí)，初支監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化。

3.4 組織好工序銜接

由于該水利隧道內(nèi)空間狹窄，仰拱面為弧形面，施工通道行車(chē)極為不便，在富含水膨脹土地段施工時(shí)完全無(wú)法使用仰拱棧橋，仰拱混凝土澆筑后，必須等待混凝土達(dá)到通車(chē)條件后才能行車(chē)，混凝土等強(qiáng)時(shí)間在12～24h之間;二襯混凝土采用地泵澆筑時(shí)，地泵將二襯前方施工通道完全堵塞，掌子面也無(wú)法施工，每次二襯澆筑時(shí)間為8～10h。綜合以上情況考慮，仰拱澆筑完畢后，立即組織工人對(duì)二襯混凝土施工，利用仰拱混凝土凝固等強(qiáng)時(shí)間澆筑二襯混凝土，提高了施工效率，同時(shí)二襯安全步距能夠及時(shí)跟上。掌子面開(kāi)挖、支護(hù)、噴漿各道工序也須緊密連接，不得上道工序完成后，下道工序人員設(shè)備材料還未就位，致使開(kāi)挖臨空面暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成掌子面掉塊、塌方等情況發(fā)生。所以在人員組織、工序銜接上要提前籌劃，合理安排[3]。

4結(jié)束語(yǔ)

紀(jì)洪隧道富含水膨脹土段通過(guò)實(shí)施以上施工技術(shù)方案后，隧道內(nèi)沉降收斂值已控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，避免了初期支護(hù)侵入二襯造成換拱返工損失，保證了施工安全，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)每月實(shí)際進(jìn)度提高到40m～50m，確保了4.5km土洞按工期安全順利貫通，也為類(lèi)似隧道工程施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉佳.論述鐵路隧道施工技術(shù)常見(jiàn)問(wèn)題及改進(jìn)措施[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017，（6）：134-135.

[2] 杜亞江，賽玙璞，李丹.礦山法隧道CRD工法施工步序調(diào)整研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2017，（1）：58-60.

[3] 唐敏程.V級(jí)圍巖隧道施工初期支護(hù)變形控制研究[J].四川水泥，2017，（2）：72.

作者簡(jiǎn)介

路騰（1987-），男，湖南津市人;學(xué)歷：本科，現(xiàn)就職單位：中鐵二十五局集團(tuán)第三工程有限公司，研究方向：主要從事隧道施工技術(shù)。