茜洋隧道淺埋偏壓段偏移下沉處理技術(shù)

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴(kuò)建工程有限公司，龍巖 364000）

茜洋隧道淺埋偏壓段偏移下沉處理技術(shù)

■游建峰

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴(kuò)建工程有限公司，龍巖 364000）

文章就茜洋隧道出口段穿越淺薄山體出現(xiàn)的洞身偏移、地表開裂進(jìn)行原因分析，介紹了采用巖體注漿、滿堂式鋼支撐支架、換拱等加固措施進(jìn)行洞身變形處理，安全順利通過不良地質(zhì)段，評(píng)價(jià)了實(shí)施效果及處理體會(huì)。

淺埋偏壓 洞身變形 處理技術(shù)

隨著山區(qū)高速公路的大力建設(shè)，隧道工程廣泛使用甚至成為控制性工程，但是在穿越山嶺時(shí)，由于受路線走廊帶的限制和踐線標(biāo)高的控制，隧道不可避免要穿越淺理偏壓山體，同時(shí)由于施工管理的不夠規(guī)范，在施工中出現(xiàn)了一些問題，及時(shí)、合理處理這些問題對(duì)工程建設(shè)具有非常重要的意義。

1 工程概況

茜洋隧道系龍巖上杭蛟城高速公路A3標(biāo)段的控制性工程，位于上杭縣白沙鎮(zhèn)茜黃村與上村間的山體中，為分離式雙線雙洞隧道，設(shè)計(jì)行車速度100km/h，左線樁號(hào) ZK24+774～ZK25+231，全長 457m，縱坡為-2.489%；右線樁號(hào)YK24+795～YK25+245，全長450m，縱坡為-2.44%。

隧道區(qū)屬構(gòu)造-剝蝕低山地貌，地形起伏較大，植被較發(fā)育，山坡較陡，自然坡度35～50°，山脊 (頂)陡峭。進(jìn)口處地面高程480.00～510.00m，出口處地面高程470～497m，隧道最大埋深95m，進(jìn)口段自然坡度30～ 50°，出口段自然坡度20～35°。隧道場區(qū)上覆坡殘積土(Qdl+rl)，下伏基巖為震旦系樓子壩組變質(zhì)粉砂巖(Z1z)，其產(chǎn)狀為180°∠40°。隧址區(qū)及其附近未見滑坡、泥石流、崩塌和巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用。隧道區(qū)地下水為基巖裂隙水，受裂隙、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造的控制，受大氣降水的補(bǔ)給，向山體附近的溝谷中排泄，富水性較差。

2 隧道出口設(shè)計(jì)及開挖方案

茜洋隧道原設(shè)計(jì)考慮到洞口段位于坡積體碎土石成分較大，且埋深淺、偏壓大對(duì)隧道出口成洞面地質(zhì)較差，出口左右洞口段設(shè)置5m明洞 (ZK25+226～ZK25+ 231、YK25+240～ZK25+245)[1]。采用套拱內(nèi)施作Φ108長管棚超前支護(hù)，管棚長40m，管棚間距30cm。初期支護(hù)徑向布置EX42／25漲殼式中空注漿錨桿，長3.5m，邊頂拱設(shè)I18工字鋼支撐，間距50cm，掛網(wǎng)噴射C25混凝土厚25cm[2]。在出口右洞右側(cè)地面線向下延伸處設(shè)置擋土墻，回填土體形成洞頂反壓，如圖1所示。

圖1 出口段洞頂反壓圖 (單位:cm)

由于隧道出口軟弱圍巖跨度大，洞口開挖方法采用中隔壁法 (CD法)[3]，先分部開挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再分部開挖另一側(cè)的施工方法。按1～14道施工工序進(jìn)行：先行導(dǎo)坑上部開挖→先行導(dǎo)坑上部初期支護(hù)→先行導(dǎo)坑中部開挖→先行導(dǎo)坑中部初期支護(hù)→先行導(dǎo)坑下部開挖→先行導(dǎo)坑下部初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑上部開挖→后行導(dǎo)坑上部初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑中部開挖→后行導(dǎo)坑中部初期支護(hù)→后行導(dǎo)坑下部開挖→后行導(dǎo)坑下部開挖→仰拱超前澆筑→全斷面二次襯砌。如圖2所示。

圖2 中隔壁法 (CD法)施工工序圖

3 隧道洞身偏移下沉情況

隧道出口在已完成套拱大管棚進(jìn)洞、邊仰坡噴錨支護(hù)，出口右洞在尚未實(shí)施擋墻回填反壓洞頂情況下，按CD法施工右洞進(jìn)洞70m(YK25+170)，施工順序由出口往進(jìn)口方向施工)，左洞進(jìn)洞30m(ZK25+196)。2010年3月20日左右洞中間山體地表 (YK25+240～238)出現(xiàn)微小裂縫，2010年3月29日裂縫稍顯已停止洞內(nèi)施工，2010年4月3日連續(xù)強(qiáng)降水影響裂縫進(jìn)一步發(fā)展明顯，截至4月7日監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，右洞已由于偏壓造成洞身偏移下沉，左右洞中間地表裂縫已由進(jìn)洞樁號(hào)(YK25+240)延伸至掌子面 (YK25+170)，右洞出現(xiàn)多道拱部、環(huán)向、縱向及拱墻仰拱裂縫，影響左洞洞口ZK25+218～ZK25+220出現(xiàn)環(huán)向裂縫。據(jù)此情況，4月8日，業(yè)主約請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位、監(jiān)控量測(cè)單位進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，分析洞身變形成因，提出地表注漿、滿堂式鋼支撐支架等緊急加固措施，同時(shí)加強(qiáng)地表沉降觀測(cè)及加強(qiáng)洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)，觀測(cè)洞內(nèi)變形的持續(xù)和發(fā)展情況。

4 洞身變形成因分析

4.1 地形地質(zhì)因素

隧道出口位于山脊處，平面形態(tài)總體呈似舌型，軸向長約100m，橫向?qū)捈s85m，地勢(shì)總體左高右低，上覆蓋層最深處10m，平均厚度5.2m，右洞偏壓，最大30°。

隧道出口洞口圍巖為坡積粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，巖體極破碎，呈松散結(jié)構(gòu)，［BQ］＜250(見圖3)。隧道洞口開挖擾動(dòng)山體后，山體偏壓及不良地質(zhì)影響致使左右洞中間地表形成縱向開裂。

圖3 隧道出口地質(zhì)橫斷面圖

4.2 降雨因素

4月初連降大暴雨，地表水滲入致使山體地質(zhì)含水量處于飽和狀態(tài)，加大了隧道的側(cè)壓力，致使洞口段在雨季施工地表縱向裂發(fā)展較快。

4.3 施工因素

右洞出口施工與設(shè)計(jì)不相符，右洞在尚未實(shí)施擋土墻回填土體形成洞頂反壓的情況下開始進(jìn)洞開挖，施工開挖方式未按設(shè)計(jì)CD法開挖，采用上下臺(tái)階法，且施工不夠規(guī)范，上下臺(tái)階縱向間距30m，洞口段開挖70 m二次襯砌未跟進(jìn)；地表排水設(shè)施不夠完善，加之洞口段地質(zhì)較差、偏壓嚴(yán)重，導(dǎo)致初期支護(hù)出現(xiàn)大變形，隧道圍巖失穩(wěn)致使發(fā)生洞身偏移下沉[4]。

5 偏移下沉處理

5.1 緊急加固處理

為了防止裂縫擴(kuò)大及洞身結(jié)構(gòu)安全，首先要求施工單位停止掌子面開挖，立即采取下列措施進(jìn)行左右洞緊急加固處理： (1)隧道洞口被破壞仰坡進(jìn)行噴錨加固，防止再次坍塌，盡快完善截水溝，同時(shí)地表裂縫灌注水泥漿進(jìn)行密封，防止地表水流入裂縫。 (2)右洞YK25+235～YK25+140右側(cè)回填反壓，壓實(shí)度為90%以上，開挖山坡臺(tái)階時(shí)逐個(gè)臺(tái)階開挖，當(dāng)一個(gè)臺(tái)階開挖并回填到原地表位置后再進(jìn)行開挖下個(gè)臺(tái)階，每個(gè)臺(tái)階不宜過大，盡量減少對(duì)山體擾動(dòng)。 (3)左右洞中間巖體采用徑向Φ75中導(dǎo)管注漿加固，注漿管長度12m(壁厚5mm無縫鋼管)，間距按1×1m梅花型布置，注漿漿液采用水泥漿液，水灰比0.5∶1，注漿壓力：1～2MPa，如圖4所示。

圖4 中間巖體中導(dǎo)管注漿加固

(4)出口左洞ZK25+196～ZK25+226和右洞YK25+ 170～YK25+240段落初支臨時(shí)加固措施采用滿堂架方法∶每根臨時(shí)鋼支撐均與原初支鋼支撐焊接牢固；同時(shí)相鄰豎直臨時(shí)加固鋼支撐橫向和縱向均采用I18型鋼連接；每根豎直臨時(shí)加固鋼支撐基礎(chǔ)采用枕木墊底，確保豎直臨時(shí)鋼支撐基礎(chǔ)不下沉；原初支鋼支撐拱腳處采用鎖腳Φ50小導(dǎo)管注漿加固[5]；臨時(shí)加固鋼支撐施工順序由洞口向掌子面方向逐榀施工，施工時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保施工人員安全。如圖5所示。

圖5 臨時(shí)滿堂式鋼支撐支架 (單位:cm)

5.2 洞身變形處理

在對(duì)隧道洞口段進(jìn)行了緊急加固處理后，對(duì)左右洞洞身初支變形較大、侵限二襯處理方法采用換拱法：初期支護(hù)厚度由原來24cm改為28cm，環(huán)向采用Φ50小導(dǎo)管 (L=5m)注漿，二次襯砌厚度由原來45cm改為55cm；鋼支撐由I18改為I20b，鋼支撐間距0.5m[6]。換拱施工順序按4榀1循環(huán)逐榀從洞口向掌子面方向立架，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保施工安全。換拱分段實(shí)施情況如下：

(1)仰拱已施工段落從洞口向掌子面方向按4榀一循環(huán)進(jìn)行換拱：現(xiàn)初支2榀鋼支撐中間開槽挖至設(shè)計(jì)線→初噴4cm厚C25混凝土→架立新的I20b鋼支撐→噴射16cm厚C25混凝土→累計(jì)完成4榀新鋼支撐架立→逐榀拆除舊的工18鋼支撐→重新開挖至設(shè)計(jì)線→噴射16cm厚C25混凝土→形成整體工作面→掛Φ12鋼筋網(wǎng)→噴身8cm厚C25混凝土→進(jìn)行下一循環(huán)換拱施工。

(2)仰拱未施工段落按跳槽法進(jìn)行換拱：現(xiàn)初支2榀鋼支撐中間開槽挖至設(shè)計(jì)線→初噴4cm厚C25混凝土→架立新的工20b鋼支撐→施打鎖腳小導(dǎo)管→噴射16cm厚C25混凝土→累計(jì)完成4榀新鋼支撐架立→逐品落底、開挖仰供→逐榀架立鋼拱架封閉→逐榀拆除舊的工18鋼支撐→重新開挖至設(shè)計(jì)線→噴射16cm厚C25混凝土→形成整體工作面→掛Φ12鋼筋網(wǎng)→噴身8cm厚C25混凝土→進(jìn)行下一循環(huán)換拱施工。

在換拱施工過程中，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)已完成換拱支護(hù)段落，拱頂下沉、周邊收斂位移及地表沉降趨于穩(wěn)定的，盡快跟進(jìn)施作加厚設(shè)計(jì)為55cm的二襯以形成抗荷環(huán)，消除洞身變形影響。隧道復(fù)合支護(hù)如圖6。

圖6 換拱后復(fù)合支護(hù)構(gòu)造圖

6 實(shí)施效果

茜洋隧道出口段山體裂縫、洞身偏移下沉經(jīng)過緊急加固和換拱處理后，地表裂縫、洞內(nèi)變形開裂得到了有效控制，未再進(jìn)一步發(fā)展增大趨于穩(wěn)定，二襯及時(shí)跟進(jìn)至原開挖掌子面，實(shí)現(xiàn)安全通過洞身變形段，2011年1月茜洋隧道左右洞貫通，2012年12月蛟城高速建成通車。

7 結(jié)語

(1)由于山區(qū)高速公路隧道洞口段的進(jìn)洞及施工是隧道工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，設(shè)計(jì)單位對(duì)洞口處地勘一定要準(zhǔn)確詳細(xì)，并做出合理的進(jìn)洞位置和方案設(shè)計(jì)；施工單位嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求制定合理可行施工方案，施工工序及輔助措施銜接到位，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，發(fā)現(xiàn)施工異常及時(shí)上報(bào)處理。

(2)在解決隧道突發(fā)問題時(shí)，各方一定要在盡快趕赴現(xiàn)場，第一時(shí)間及時(shí)掌握現(xiàn)場真實(shí)情況，盡快提出合理正確的緊急處理措施，爭取處理寶貴時(shí)間更重要的是可避免人員傷亡、減少損失。

(3)隧道洞口淺埋偏壓段采取多種措施多方面提高隧道山體、圍巖及初支的承載力，達(dá)到了洞身變形及地表裂縫的處理效果，確保了本工程實(shí)施成功。如洞頂回填反壓改善隧道的偏壓狀況，雙洞隧道采用中間巖體中導(dǎo)管注漿、初支小導(dǎo)管注漿以提高巖體自穩(wěn)能力，洞身變形采用滿堂式鋼支撐支架承受變形壓力以抑制進(jìn)一步偏移下沉，初支變形過大采用鋼支撐換成大尺寸鋼支撐提高承載力和穩(wěn)定性，換拱后對(duì)侵限二襯段落重新環(huán)向開挖至設(shè)計(jì)線后予以施作初支、二襯跟進(jìn)消除洞身變形影響，這一成功實(shí)踐，為今后我們?cè)陬愃茰\埋偏壓隧道施工及洞身偏移下沉處理方案選擇上提供了值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

［1］徐代宏.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

［2］中交第一公路工程局有限公司.JTGF60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］福建省高指.福建省高速公路標(biāo)準(zhǔn)化施工管理指南(隧道)［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［4］張敏，黃潤秋，巨能攀.淺埋偏壓隧道出口變形機(jī)理及穩(wěn)定性分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，16(4)：482-488.

［5］孫春森.隧道軟弱圍巖初期支護(hù)大變形的處理［J］.西部探礦工程, 2006(11):147-148.

［6］郭振武，陳勇.隧道變形的技術(shù)處理方案［J］.公路，2005(10)：200-204.