地形偏壓隧道口處理措施

李少利 中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司

地形偏壓隧道口處理措施

李少利 中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司

本文根據(jù)高陽寨隧道出口、大瑤山一號(hào)隧道出口、九峰河導(dǎo)流洞進(jìn)口、賽里木湖隧道出口、中咀二號(hào)隧道出口不同的地形偏壓，采取了不同的施工技術(shù)措施，確保了施工安全。筆者認(rèn)為：隧道洞口地形偏壓在進(jìn)洞前事先處理效果好，地形偏壓不宜采用卸載方式處理，地形偏壓段洞內(nèi)施工時(shí)宜先施工深埋側(cè)，下臺(tái)階開挖宜從洞內(nèi)向洞外施工；若已進(jìn)洞而山體位移，必須采用洞內(nèi)、洞外處理，先后順序根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定。根據(jù)施工經(jīng)歷，做一些總結(jié)，為以后類似工程提供借鑒。

地形偏壓；隧道；洞口；施工；技術(shù)措施

洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般避開滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)段；同時(shí)不應(yīng)設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處；隧道穿過懸崖陡壁時(shí)，要注意巖壁的穩(wěn)定性；洞口地形平緩時(shí)，一般應(yīng)早進(jìn)晚出；為使洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力條件較好，應(yīng)使隧道中線與地形等高線正交；長大隧道在洞口附近考慮施工場地、棄渣場及便道等。但由于線路選擇后，個(gè)別隧道洞口很難實(shí)現(xiàn)以上要求，導(dǎo)致洞口不同程度地存在地形偏壓。

下面針對5座隧道洞口地形偏壓，在施工中實(shí)際采用的處理措施，及處理后效果，仍需改進(jìn)或完善的方面做詳細(xì)敘述。

1 概述

對5座隧道洞口地形偏壓概述見表1。

2 各洞口施工技術(shù)措施

在隧道洞口段施工前，必須根據(jù)洞口附近的地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境條件等，預(yù)估可能發(fā)生的各種危險(xiǎn)及對環(huán)境的影響等，制訂并實(shí)施保障洞口段施工安全的技術(shù)措施。

2.1 高陽寨隧道出口

施工技術(shù)措施包括：地表注漿、增設(shè)抗滑樁、大管棚；洞內(nèi)下半斷面先施工深埋側(cè)、下半斷面由洞內(nèi)15m處由里向外施工。進(jìn)洞前完成了洞外處理，施工過程地表位移累計(jì)小于1cm。

地表注漿：洞口地表縱向長19m、橫向長21m范圍鉆孔安裝φ89鋼花管（150cm橫向×75cm縱向）注漿。鉆孔底標(biāo)高：隧道開挖范圍內(nèi)，開挖線上1m；隧道開挖線以外：隧道底部開挖線下1m。用MK-5型地質(zhì)鉆機(jī)，用CGJ-30C型注漿機(jī)后退式分段注漿，注漿終壓達(dá)到2.0～3.0MPa。

洞口增設(shè)抗滑樁：隧道出口因修建施工便道時(shí)出現(xiàn)了邊坡失穩(wěn)滑坍，決定洞口增設(shè)10根抗滑樁（2×2.25、2.25×2.5、1.5×1.75m三種樁體尺寸類型），其中線路右側(cè)兩根，線路左側(cè)八根（因距線路左側(cè)30m處為洞口橋梁牽出線橋臺(tái)，設(shè)計(jì)統(tǒng)籌兼顧）。因抗滑樁挖深至28m仍未見基巖，決定在抗滑樁頂下2m、5m處增設(shè)23m、19m長的錨索，即為錨索樁板墻?？够瑯杜c隧道及牽出線橋梁位置關(guān)系如圖1所示。

表1 5座隧道口地形偏壓概述表

圖1 抗滑樁與隧道、牽出線橋梁關(guān)系圖

圖2 大瑤山一號(hào)隧道出口偏壓處理方案示意圖

表2 大瑤山一號(hào)隧道三段淺埋偏壓段處理措施表

長大管棚施工：隧道出口燕尾段V級圍巖全段連續(xù)設(shè)11環(huán)φ108大管棚（內(nèi)安裝鋼筋籠），每環(huán)管棚長度30m，環(huán)向間距30cm，每環(huán)61～81根。施工時(shí)方向較線路方向外插1～2°。洞口設(shè)導(dǎo)向墻，洞內(nèi)設(shè)管棚室，4臺(tái)ZK-5型水平地質(zhì)鉆機(jī)施工，單液注漿機(jī)注入水泥漿，注漿壓力為2～3Mpa。

預(yù)留核心土環(huán)形開挖法施工：雙線大跨襯砌段采用預(yù)留核心土環(huán)形開挖法施工，上臺(tái)階預(yù)留核心土環(huán)形開挖，下臺(tái)階左右側(cè)錯(cuò)開開挖。環(huán)形部分人工風(fēng)鎬開挖（開挖高度一般2～3.5米），局部孤石地段采用弱爆破（嚴(yán)格控制裝藥量），在每環(huán)管棚開始段，用φ22螺紋鋼將型鋼拱架與長管棚進(jìn)行連接。核心部分：土方用挖掘機(jī)挖裝，石方用風(fēng)鉆打眼弱爆破，自上而下分層開挖，分層高度2～3米。每循環(huán)開挖進(jìn)尺0.5m（拱架間距）。

洞口下半斷面施工順序：因洞口段存在較嚴(yán)重的偏壓，洞口里程為DK113+990，上臺(tái)階開挖至DK113+963時(shí)（洞內(nèi)第一環(huán)大管棚開始施作），決定由DK113+975開始先開挖線路左側(cè)（每次只能開挖0.5m，架立一榀拱架），后開挖線路右側(cè)（左、右側(cè)錯(cuò)開至少5m），右側(cè)每開挖5m進(jìn)行臨時(shí)及永久性仰拱的施作（同時(shí)施作小邊墻），監(jiān)測反饋信息證明洞內(nèi)施工方案的選擇，洞口偏壓未產(chǎn)生洞內(nèi)異常變形。其余地段下半斷面開挖嚴(yán)格按照左右不對稱、每次開挖后只能架立一榀拱架為原則施工。

2.2 大瑤山一號(hào)隧道出口

施工技術(shù)措施：擋土墻、基底注漿加固、擋土墻背牛腿、擋墻側(cè)漿砌片石反壓、擋墻與隧道拱間土體灌漿固結(jié)、洞內(nèi)6m長自進(jìn)式注漿錨桿徑向加固、增加上臺(tái)階臨時(shí)仰拱30m；洞內(nèi)下半斷面先施工深埋側(cè)、下半斷面由洞內(nèi)30m處由里向外施工。除擋土墻外，其余措施全在進(jìn)洞后被動(dòng)實(shí)施。在施工過程，地表位移累計(jì)達(dá)180mm。

元月15日開始進(jìn)洞，進(jìn)洞前已完成大管棚及擋土墻施工，并在擋土墻與隧道左側(cè)拱間分層回填土。2月22日隧道上臺(tái)階掘進(jìn)30m，23日監(jiān)測地表累計(jì)位移已達(dá)100mm，洞內(nèi)拱頂下沉最大值68mm、水平收斂最大值41mm。山體上發(fā)現(xiàn)環(huán)形裂縫，裂縫與等高線對稱，山體明顯位移。23日開始制訂方案并開始處理，處理完成時(shí)間為3月12日，處理完成時(shí)地表累計(jì)位移已達(dá)180mm，處理完畢后，位移明顯得到控制，并趨于穩(wěn)定。

處理措施如圖2所示。

處理步驟：地下注漿→擋墻側(cè)砼支撐→擋墻側(cè)漿砌片石反壓→擋墻與隧道間土體灌漿→洞內(nèi)徑向6m長自進(jìn)式注漿中空錨桿→臨時(shí)仰拱→洞內(nèi)30m處下半斷面施工。

施作10m深注漿鋼花管，對山體移動(dòng)方向地下土體進(jìn)行固結(jié)，提高該部分土體的自穩(wěn)性及支撐能力，注水泥砂漿，注漿壓力2MPa。擋墻側(cè)間隔開挖2m寬、6m長、1.5m深的槽，在槽內(nèi)澆注C25砼，以此提高擋土墻的支撐力，相當(dāng)于形成幾個(gè)牛腿；再在擋墻側(cè)6m×13m范圍施作6m高的漿砌片石，以此形成反壓，也是為了增強(qiáng)擋土墻的支撐力。因擋墻與隧道拱部間回填土體密實(shí)度較差，采用人工由回填土體由表面向下打孔，間距0.6×0.6m，人工灌注水灰比為1：0.5的水泥漿，使回填土體固結(jié)，有一定的強(qiáng)度，使山體推力受到一定的約束。洞內(nèi)自進(jìn)式錨桿注1：2的水泥漿，注漿壓力0.3至0.6MPa，注漿完成24小時(shí)后，對錨桿頭螺栓進(jìn)行緊固，確保使錨桿桿體形成軸力，使隧道周邊6m松散體形成固結(jié)圈。臨時(shí)仰拱采用I20工字鋼，縱向間距0.5m，環(huán)向連接筋，掛雙層鋼筋網(wǎng)片，噴30cm厚砼，形成橫向支撐，使上半斷面形成封閉受力狀態(tài)。下半斷面由洞口內(nèi)30m處開始施工，先施工深埋側(cè)，后施工淺埋側(cè)。

大瑤山一號(hào)隧道有三段洞身外露地表溝谷，存在明顯的偏壓，設(shè)計(jì)處理措施如表2所示。

現(xiàn)場實(shí)際施工過程，三段均采用了明挖法施工，洞口均采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，均先施作深埋側(cè)。明挖后施作基礎(chǔ)、擋土墻、明挖襯砌、土體回填。

2.3 九峰河導(dǎo)流洞進(jìn)口

導(dǎo)流洞處于大瑤山二號(hào)隧道F1斷層破碎帶（DK1918+438～+565段與正線路約50°斜交，斷裂走向近SN，傾向東，傾角60～70°，影響帶寬127m）之中，屬壓扭性斷裂，導(dǎo)流洞軸線與斷層走向一致，導(dǎo)流洞位于主斷裂帶，見糜棱巖、斷層泥等，泥沙質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較差，主斷裂兩側(cè)次一級斷裂面發(fā)育，并見有透鏡體和扭曲、揉皺現(xiàn)象，巖體十分破碎，斷層具有導(dǎo)水性。導(dǎo)流洞左側(cè)上方有一既有引水隧洞，水平凈距約8m、既有引水隧洞底標(biāo)與導(dǎo)流洞頂高高差約4m。

導(dǎo)流洞進(jìn)口為既有引水隧洞開挖棄渣（約3年時(shí)間），為松散堆積體，且嚴(yán)重偏壓。導(dǎo)流洞與既有引水洞及與大瑤山一、二號(hào)隧道位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 九峰河導(dǎo)流洞位置關(guān)系圖

導(dǎo)流洞存在較嚴(yán)重的洞口地形偏壓及洞內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)偏壓。

仰坡范圍事先進(jìn)行注漿加固（φ42鋼花管，L=6m，0.8×0.8m梅花形布置）。

進(jìn)口偏壓山體采用在地表注漿加固松散體，雙排注漿超前小導(dǎo)管（φ42鋼花管，L=4m，環(huán)向間距20cm、縱向1m一環(huán)，外插角30度）超前注漿加固松散體；進(jìn)洞采用三臺(tái)階法施工，中臺(tái)階及下臺(tái)階均先開挖初支深埋側(cè)，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明拱頂三個(gè)下沉點(diǎn)下沉值基本一致，使偏壓因素對施工影響程度降低到了最小。上臺(tái)階分頂、底部兩臺(tái)階開挖，先開挖深埋側(cè)，頂部高2.7m、底部3.8m，底部開挖時(shí)，頂部采用扇形支撐，同時(shí)在拱架兩側(cè)各施工6根4m長鎖腳錨桿。

對洞身巖體結(jié)構(gòu)偏壓影響范圍內(nèi)（左側(cè)約130度范圍）的圍巖加強(qiáng)支護(hù)，增加5m長徑向注漿小導(dǎo)管與φ32自進(jìn)式中空注漿錨桿（L=5～8m）錨固加強(qiáng)圍巖，梅花形布置（0.5×0.5m間距）。

2.4 賽里木湖隧道出口

洞口位于坡洪積地層，因山體線路左低、右高，存在不明顯的地形偏壓，但由于線路右側(cè)地層較穩(wěn)定，線路左側(cè)地層本身處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，隧道距洞口30m處開挖下半斷面時(shí)洞內(nèi)產(chǎn)生了變形，地表多條裂縫。

采取的處理措施：洞內(nèi)增設(shè)徑向小導(dǎo)管注漿加固，在裂縫兩側(cè)3m范圍徑向施作（L=4m、@0.8×0.8m）注漿小導(dǎo)管，注水泥漿，注漿壓力0.6MPa。地表對裂縫采用灰土回填密實(shí)，將細(xì)砂土過篩，摻入1：1的水泥，攪拌均勻，用木棍將灰土搗入裂縫中，灰土回填高出裂縫地表至少高出5cm，處理后每天觀察，若裂縫發(fā)展隨時(shí)補(bǔ)填灰土。洞內(nèi)立即施作了30m地段（裂縫集中地段兩側(cè)各15m）的鋼筋砼邊墻基礎(chǔ)、仰拱及填充。

處理完畢后，裂縫沒繼續(xù)發(fā)展，地表沉降觀測及洞內(nèi)拱頂下沉、水平收斂均趨于穩(wěn)定。

2.5 中咀二號(hào)隧道出口

施工技術(shù)措施：增加大管棚施工數(shù)量及范圍，以此形成支撐山體側(cè)壓力的棚架。

偏壓主要是洞口向山體14m處，原始有一沖溝，線路右側(cè)覆土厚度只有3m，且自然坡度達(dá)68度之陡，因山體過陡且為Q4地表黃土，地表無法處理，決定以增加大管棚數(shù)量及施作范圍的措施來消除偏壓力。

原設(shè)計(jì)40m長φ108大管棚施作范圍為拱部130度，環(huán)向間距40cm，為確保沖溝處山體不移位，決定施作雙排大管棚，具體如圖4所示。

圖4 中咀二號(hào)隧道解決偏壓措施示意圖

該隧道目前正在施作大管棚，在施工過程對地表位移加強(qiáng)監(jiān)測，必要時(shí)再增加措施，確保山體穩(wěn)定及施工安全。

3 建議與體會(huì)

建議：存在地形偏壓洞口進(jìn)洞前，詳細(xì)進(jìn)行斷面測量，對偏壓進(jìn)行分析評估，針對性地制訂科學(xué)合理的技術(shù)措施，在隧道進(jìn)洞前事先采取必要的技術(shù)措施；進(jìn)洞后發(fā)生山體位移控制，可償試采用洞內(nèi)、外長錨索，使山體表層與深層形成整體。

體會(huì)：進(jìn)洞前處理得當(dāng)，有事半功倍的效果；進(jìn)洞后處理，將十分被動(dòng)且可能導(dǎo)致大的安全事故。

4 結(jié)束語

地形偏壓隧道進(jìn)洞前施工技術(shù)措施包括淺基礎(chǔ)支擋或抗滑樁、地表注漿加固、卸載、反壓等，進(jìn)洞后山體位移洞內(nèi)處理措施包括徑向注漿加固、增設(shè)臨時(shí)支撐、徑向深孔錨索等。但隧道施工條件特殊，一般難以實(shí)現(xiàn)卸載、反壓，多采用淺基礎(chǔ)支擋或抗滑樁、地表注漿加固、洞內(nèi)徑向注漿固結(jié)等方式。

隧道洞口地形偏壓在進(jìn)洞前事先處理效果好，進(jìn)場后對洞口做細(xì)致的測繪，利用施工準(zhǔn)備期采取合理的技術(shù)措施，進(jìn)洞后洞內(nèi)施工時(shí)宜先施工深埋側(cè)，下臺(tái)階開挖宜從洞內(nèi)向洞外施工。若進(jìn)洞后發(fā)生山體位移，必須采用洞內(nèi)、地表均處理的措施，整個(gè)過程加強(qiáng)監(jiān)測、加強(qiáng)觀測。處理的先后順序根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定，處理好時(shí)間與空間的時(shí)空效應(yīng)，將處理措施在合理的空間關(guān)系上、最短的時(shí)間內(nèi)按順序完成。

[1]王毅才.隧道工程.人民交通出版社.2000年

[2]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論安徽教育出版社.2004年

[3]鐵路隧道新奧法指南.外交部基本建設(shè)總局.中國鐵道出版社.1988年

[4] 王夢恕.大瑤山隧道——20世紀(jì)隧道修建新技術(shù)[M].廣東科技出版社.1994年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.037