湘芝塘隧道基底沉降處理施工技術(shù)

褚曉暉

（中鐵三局集團(tuán)橋隧分公司，河北 邯鄲 056003）

1 概況

1.1 工程概況

武廣客運(yùn)專線湘芝塘隧道全長(zhǎng)746 m，隧道出口里程DK1805+384，出口明暗分界里程DK1805+367，全隧道單面上坡，坡度6.87‰。出口沉降段里程DK1805+334~DK1805+367，淺埋偏壓，圍巖設(shè)計(jì)等級(jí)為Ⅴ級(jí)，隧道開(kāi)挖斷面154.4m2，采用CRD法施工。DK1805+367~DK1805+337段采用φ108管棚進(jìn)行超前支護(hù)，DK1805+340~DK1805+334采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。初期支護(hù)采用I20工鋼拱架（間距0.6m）、系統(tǒng)錨桿（L=4m）、鋼筋網(wǎng)（φ8，20×20 cm網(wǎng)格）、噴射混凝土（C25，28 cm厚）聯(lián)合支護(hù)。

1.2 工程地質(zhì)

1.2.1 地層巖性

丘坡表層為Q[4](dl+el)黏土，褐紅色，硬塑，含少量碎石,成分為強(qiáng)風(fēng)化的砂頁(yè)巖，厚0～22m；下伏基巖上部為C[1]d（2）泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，灰黃、灰白色、灰色等，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化；下部為C[1]d（1）炭質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，灰色、灰黑色，弱風(fēng)化，局部裂隙及巖溶發(fā)育，鉆探揭示溶洞，高1.3m，半充填，充填物為淺黃色粉質(zhì)黏土，軟塑。受地層影響，局部地層重復(fù)。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

在DK1805+340～DK1805+385段發(fā)育逆斷層，巖體破碎，導(dǎo)致C[1]d（1）灰?guī)r與C[1]d（2）碎屑巖地層重復(fù)，巖體破碎，尤其是砂頁(yè)巖地層，風(fēng)化強(qiáng)烈，甚至在地表以下40m左右仍為全風(fēng)化地層，被地下水浸泡后呈軟塑狀，性質(zhì)較差。局部地層在灰?guī)r的接觸面附近呈軟塑狀。

1.3 水文地質(zhì)

隧道出口段地下水發(fā)育，DK1805+340右側(cè)約100m的水塘附近發(fā)育泉水，為沿?cái)鄬影l(fā)育的上升泉，隧道出口右側(cè)亦發(fā)育泉水，為長(zhǎng)年流水，開(kāi)挖的掌子面土體，含水量較高，土質(zhì)松散，穩(wěn)定性差。

2 洞口段沉降變形及初步處理情況

2.1 洞口段沉降變形情況

一場(chǎng)特大暴雨后，隧道線路右側(cè)上部掌子面開(kāi)挖里程到DK1805+334，線路左側(cè)上部里程到1805+345時(shí)，隧道右側(cè)偏拱位置產(chǎn)生縱向貫通的裂縫，裂縫寬度2~5mm，同時(shí)洞頂?shù)乇戆l(fā)生多處裂縫，最大裂縫寬度8 cm。同時(shí)，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示，已施工段拱頂下沉累計(jì)達(dá)到20~25 cm，隧道右側(cè)絕對(duì)位移達(dá)到6~10 cm，地表沉降最大30 cm，裂縫錯(cuò)臺(tái)最大達(dá)到10 cm，沉降及變形依然在發(fā)展，沒(méi)有變緩的趨勢(shì)。

2.2 初步處理情況

初步處理方案采用洞內(nèi)外注漿加固的方法，洞內(nèi)開(kāi)挖支護(hù)停止施工，噴射混凝土封閉掌子面。洞內(nèi)在線路右側(cè)設(shè)置I20工字鋼斜撐，間距同初期支護(hù)拱架間距，洞內(nèi)采用φ42小導(dǎo)管徑向注漿，導(dǎo)管長(zhǎng)5m，漿液采用1∶1水泥漿。洞外右側(cè)采用φ70鋼花管豎向注漿加固山體，鋼花管間距1×1m，長(zhǎng)度以達(dá)到相應(yīng)位置仰拱下5m為準(zhǔn)，漿液采用1∶1水泥漿。地表裂縫回填后采用噴射混凝土封閉。但按照以上方案處理完成后，沒(méi)有起到預(yù)期的效果，沉降變形及地表裂縫繼續(xù)發(fā)展。

3 沉降段處理方案選擇

3.1 沉降原因分析

（1）湘芝塘隧道所處地區(qū)遭遇罕見(jiàn)暴雨，地表水大量下滲，使得第四系殘坡積土體在地下水富集后多呈軟塑狀，致隧道內(nèi)暗洞開(kāi)挖出現(xiàn)大量坍塌，土體從高山側(cè)向隧道洞內(nèi)擠壓，隧道圍巖出現(xiàn)松動(dòng)，隧道初期支護(hù)承受過(guò)大的松散荷載致隧道內(nèi)高山側(cè)初期支護(hù)開(kāi)裂，同時(shí)由于土體向洞內(nèi)及仰坡兩個(gè)方向的移動(dòng)，致地表出現(xiàn)斜向裂縫。

（2）在DK1805+340～DK1805+385段發(fā)育逆斷層，巖體破碎,風(fēng)化嚴(yán)重，而且存在著沿?cái)鄬影l(fā)育的上升泉，地層被地下水浸泡后呈塑狀，使得基底承載力不足。

（3）隧道基底以下巖溶發(fā)育，溶洞內(nèi)填充物多為粉質(zhì)黏土，基底承載力不足。

3.2 方案比選

方案1見(jiàn)圖1：采用部分明挖方案，拆除已施工的暗洞支護(hù)，現(xiàn)有隧道開(kāi)挖臺(tái)階標(biāo)高以上部分采用明挖施工，下部采用暗挖法施工。上部臺(tái)階以上施工護(hù)拱，然后在護(hù)拱的保護(hù)下施工上部初期支護(hù)，暗洞開(kāi)挖下部及仰拱并施做初期支護(hù)。襯砌施工完成后回填洞頂至原地面線。基底處理方案：護(hù)拱基礎(chǔ)采用φ200鋼管樁，縱向間距1m。隧道基底采用φ400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（1.5×1.5m）加固。

圖1 DK1805+350橫斷面設(shè)計(jì)圖（方案1）

方案2見(jiàn)圖2：采用明挖方案，開(kāi)挖臺(tái)階到現(xiàn)有隧道開(kāi)挖底標(biāo)高后，在線路右側(cè)施工支擋結(jié)構(gòu)，分段明挖隧道下部，施工仰拱及拱墻襯砌。施工明洞防水后回填?；滋幚矸桨福翰捎脴痘辛旱男问剑瑯稄?.2m，縱向間距3.5或4m，樁基入巖至少1m。

圖2 DK1805+350橫斷面設(shè)計(jì)圖（方案2）

方案1土方施工較少，但在護(hù)拱的保護(hù)下暗挖隧道下部，風(fēng)險(xiǎn)較高；因護(hù)拱基礎(chǔ)處存在防水軟弱面，隧道防水質(zhì)量不易保證；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，護(hù)拱鋼管樁不易成孔，另外，由于地層構(gòu)造復(fù)雜，地層重復(fù)現(xiàn)象嚴(yán)重，地層中夾層較多，預(yù)應(yīng)力管樁施工難度大，工期難以保證。方案2工藝簡(jiǎn)單，在支擋結(jié)構(gòu)下明挖土方安全性好，明洞防水質(zhì)量易于保證，樁基托梁的形式徹底解決了基底承載力低的問(wèn)題，方案2處理費(fèi)用與原設(shè)計(jì)的暗洞方案費(fèi)用大致相當(dāng)，綜合考慮選擇了方案2進(jìn)行處理。

4 沉降段處理技術(shù)措施

4.1 截水溝施工

施工前先將截水天溝修好，做好坡腳臨時(shí)排水設(shè)施，避免地表水對(duì)開(kāi)挖邊坡產(chǎn)生沖刷或浸泡，防止邊坡在施工過(guò)程中失穩(wěn)。

4.2 邊仰坡防護(hù)

（1）右側(cè)邊坡。DK1805+334~DK1805+360.25段設(shè)置抗滑樁，樁間距6m（中至中），樁截面2.5×2.25m，樁長(zhǎng)17m，共計(jì)5根，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注。樁頂以上邊坡采用1∶1.5坡率進(jìn)行刷方處理，并采用錨噴網(wǎng)防護(hù)，錨桿長(zhǎng)4 m。DK1805+334~DK1805+360.25段樁間邊坡從底板底外側(cè)50 cm處開(kāi)始起坡，一級(jí)邊坡坡率1∶0.25，坡高7m，上部邊坡坡率1∶1.5，并采用噴錨網(wǎng)防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m。DK1805+360.25~DK1805+384段邊坡從墻角外側(cè)處開(kāi)始起坡，并采用錨噴網(wǎng)防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m。

（2）左側(cè)邊坡。邊坡從底板底開(kāi)始起坡，DK1805+334~DK1805+370段坡率1∶1，然后過(guò)渡的DK1805+384里程的1∶1.25坡率，并采用錨噴網(wǎng)防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m。

（3）仰坡采用錨噴網(wǎng)防護(hù)，錨桿長(zhǎng)4m。

（4）錨噴網(wǎng)防護(hù)參數(shù)。錨桿采用Φ22砂漿錨桿，間距1.5×1.5m布置，梅花型布置。噴砼采用10 cm厚C20網(wǎng)噴砼，鋼筋網(wǎng)φ8，網(wǎng)格間距25×25 cm。

4.3 施工監(jiān)控

邊坡減載施工期間于坍塌或開(kāi)裂段坡頂每10m設(shè)一觀測(cè)點(diǎn)，平時(shí)每2～3天監(jiān)測(cè)一次，雨天每天監(jiān)測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)變形及時(shí)處理。邊坡減載施工完成后，每20m設(shè)一監(jiān)測(cè)剖面，每個(gè)監(jiān)測(cè)剖面分別于坡腳錨固樁樁頂、坡頂處各設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一般情況下每2～3天監(jiān)測(cè)一次，雨天每天監(jiān)測(cè)一次，發(fā)現(xiàn)變形及時(shí)處理。

4.4 隧道結(jié)構(gòu)物

DK1805+334~DK1805+367段上部采用曲墻式襯砌結(jié)構(gòu)，下部采用底板結(jié)構(gòu)。底板寬16.1m，中間高1m，兩端高1.5m。

4.5 基礎(chǔ)處理

隧道底板下部?jī)蓚?cè)設(shè)置挖孔樁，樁直徑1.2m，間距3.5m或4m（中-中），孔樁入巖深度至少1m。

4.6 植被恢復(fù)

洞頂回填后要地表植被恢復(fù)，回填黏土隔水層表面采用噴播植草，回填黏土隔水層上部采用噴錨網(wǎng)防護(hù)的邊仰坡采用噴砼植生防護(hù)。

5 處理過(guò)程及效果

按照處理方案開(kāi)挖卸載并施作邊仰坡錨網(wǎng)噴支護(hù)后，在原開(kāi)挖暗洞的臺(tái)階底標(biāo)高處施工抗滑樁，抗滑樁采用跳樁開(kāi)挖。為加快工期并減少明洞下部邊坡暴露的時(shí)間，在該標(biāo)高處進(jìn)行基底加固挖孔樁的施工，挖孔樁同樣采用跳樁開(kāi)挖的方式。當(dāng)支擋結(jié)構(gòu)及加固孔樁完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，逐層開(kāi)挖明洞下部土方，開(kāi)挖完成后及時(shí)底板及拱墻襯砌，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后施作防水層后及時(shí)回填。在整個(gè)施工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，邊坡位移穩(wěn)定，在安全范圍之內(nèi)，在結(jié)構(gòu)完成后，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了沉降觀測(cè)，經(jīng)評(píng)估顯示滿足高速鐵路工后沉降的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

在隧道地基沉降處理方案論證中，采用簡(jiǎn)單、成熟的施工工藝有助于質(zhì)量的控制和工期的保證，在湘芝塘隧道洞口沉降段處理過(guò)程中，采用了明洞施工、抗滑樁和樁基托梁的形式，機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，易于組織，取得了較好的效果，對(duì)同類工程有一定的借鑒作用。