黃土淺埋隧道掏砂洞安全施工技術(shù)

郭寶庫

摘 要：以周家莊二號(hào)隧道在施工中遇到的掏砂洞回填施工為例，針對(duì)黃土淺埋隧道掏砂洞分布密集，支洞較多且相互貫通，錯(cuò)綜復(fù)雜，呈蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且沉降、開裂嚴(yán)重等特點(diǎn)為確保施工的安全，通過洞內(nèi)外觀測(cè)、人工開挖、嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺、安全步距、超前支護(hù)、掏砂洞探明、回填及檢測(cè)等技術(shù)，安全順利的通過該特殊地段，為今后類似工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：黃土；淺埋；掏砂洞；沉降變形；開裂；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）05-0119-02

1 工程概況

中川鐵路ZCTL-SG2標(biāo)周家莊二號(hào)隧道位于蘭州永登縣內(nèi)，全長515m，起訖里程HK20+290～HK20+805，隧道洞身縱坡為-6‰，-3‰的單面下坡。隧道最大埋深60m，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，溝壑縱橫，自然坡度約20°～60°，山體多基巖出露較少，植被覆蓋較差。

HK20+680～HK20+805段：（1）淺埋HK20+695～HK20+710地表有一處天然沖溝，沖溝下面有暗穴，埋深最淺HK20+700處為5.8m。（2）風(fēng)積黃土：土質(zhì)為第四系風(fēng)積砂質(zhì)黃土，具自重濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)。洞內(nèi)揭示土質(zhì)疏松，用手可輕輕掰下，呈松散粉狀。（3）掏砂洞：隧道通過地段人為坑洞比較多，本地居民以其做建筑材料、填地、人為的掏洞取砂。HK20+600—HK20+805段隧底掏砂洞分布密集，支洞較多且相互貫通，錯(cuò)綜復(fù)雜，呈蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，掏砂洞高度一般為2.2m～3.8m，寬度3.5m～5.0m，洞頂在仰拱底以下3.0m左右，呈水平層狀分布，據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窠榻B，掏沙洞相互貫通，規(guī)模較大，粗圓礫土的采空率可達(dá)到50%以上。

2 洞外加固處理方案

2.1 截排地表水

由于施工處于雨季，山體坡面匯水面較大，為防止地表雨水對(duì)洞內(nèi)施工影響，本段施工前先在洞外做截排水溝，將地表水引至既有溝渠。

2.2 沖溝、墳穴處理

為防止地表水浸入土體內(nèi)，對(duì)洞頂周邊15m范圍內(nèi)的沖溝、墳穴進(jìn)行分層夯填，并用彩條布覆蓋。

2.3 地表裂縫處理

由于黃土、淺埋和掏砂洞等不利因素影響，掌子面施工前方10m范圍，地表出現(xiàn)開裂、沉降，裂縫達(dá)3～7cm，為防止地表水下滲，采取灌水泥、覆蓋封閉處理。

2.4 加強(qiáng)地表沉降觀測(cè)

在施工范圍內(nèi)每2m設(shè)置1組觀測(cè)點(diǎn)，每天觀測(cè)分析沉降情況。

3 洞內(nèi)加固處理方案

3.1 超前支護(hù)

HK20+700～HK20+775段洞內(nèi)施做Ф89管棚：每7m打設(shè)1環(huán)Ф89×5管棚，管棚長度10m，有效搭接長度不小于3m，環(huán)向間距40cm，內(nèi)設(shè)Ф18鋼筋籠。管棚間每榀打設(shè)40根Ф42×4m超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距40cm；中、下臺(tái)階環(huán)向間距1.2m打設(shè)Ф22×3m砂漿錨桿。

3.2 開挖支護(hù)

（1）開挖：因隧道內(nèi)為風(fēng)積黃土，無黏結(jié)性，較松散，開挖進(jìn)尺稍大或打設(shè)鎖腳錨管時(shí)就會(huì)出現(xiàn)土體坍塌，采用三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖方法施工。掌子面及中、下臺(tái)階開挖為避免機(jī)械擾動(dòng)及進(jìn)尺大，采用機(jī)械開挖配合人工開挖。上導(dǎo)坑每循環(huán)開挖支護(hù)1榀，采用I20b工字鋼，鋼架間距50cm/榀；上導(dǎo)坑開挖后立即進(jìn)行支護(hù)，上導(dǎo)和中、下進(jìn)行單班作業(yè)，上導(dǎo)坑開挖支護(hù)完成后方可進(jìn)行中導(dǎo)坑開挖作業(yè)，中、下每次開挖進(jìn)尺不大于2榀。仰拱每次開挖1榀初噴混凝土后進(jìn)行鋼拱施工，施工3榀鋼架后立模進(jìn)行仰拱、回填混凝土施工。

（2）支護(hù)：拱架底腳墊實(shí)，先用大錘把土夯實(shí)后，再放10cm厚×30cm寬水泥方磚墊實(shí)拱腳，支立I20b工字鋼架，焊接Ф22拱架連接筋及[20槽鋼（增加鋼架整體性，減少下部掏砂洞不均勻沉降），掛設(shè)Ф8鋼筋網(wǎng)片。

（3）腳錨管施做：為保證鎖腳錨管打入方向及角度，在鋼架加工時(shí)，鋼架內(nèi)、外側(cè)翼緣位置焊鎖腳固定鋼板，上中下3處每側(cè)鋼架內(nèi)、外側(cè)焊接三個(gè)。

打設(shè)：利用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，錨管穿過固定鋼板上眼孔緩慢地送入土層。鋼架內(nèi)、外側(cè)均用“L”型連接筋將拱架和鎖腳錨管焊接牢固，確保鋼架與鎖腳錨管不脫離。因土質(zhì)松軟，為增加鎖腳鋼管與土層連接力，減少沉降，采取上、中、下臺(tái)階每側(cè)拱腳處打設(shè)3組Ф42×4m鎖腳錨管。

（4）臨時(shí)仰拱：初期支護(hù)完成后，立即施做臨時(shí)仰拱。臨時(shí)仰拱采用I20b工字鋼架，噴射C25混凝土。上、中、下3臺(tái)階均施做臨時(shí)仰拱，每2榀施做1次。

（5）縮短安全距離：為確保施工安全，盡快封閉成環(huán)，二襯距掌子面安全步距控制在40m以內(nèi)，二襯距仰拱距離12m，每施工完3板仰拱就進(jìn)行二襯混凝土澆筑，完成后再進(jìn)行仰拱開挖。

（6）監(jiān)控量測(cè)：待初期支護(hù)完畢后，及時(shí)布設(shè)圍巖觀測(cè)樁，隧道內(nèi)每個(gè)斷面布設(shè)7處，洞外每2m一個(gè)斷面。測(cè)量人員每天至少觀測(cè)2次，及時(shí)進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)分析。如出現(xiàn)下降量超出規(guī)范要求立即停止掘進(jìn)，撤出施工人員，將開挖掌子面進(jìn)行封閉。洞內(nèi)施工時(shí)，按要求擺放好逃生通道，管道間連接牢靠。洞內(nèi)施工時(shí)24h安全員值班，要每天進(jìn)行洞內(nèi)外的巡視（特別注意初支拱架有無開裂掉塊現(xiàn)象、洞外地表有無開裂）。

4 掏砂洞加固處理方案

設(shè)計(jì)階段，由于掏砂洞年代久遠(yuǎn)，開采時(shí)無規(guī)劃、無支撐，且洞內(nèi)分支較多，洞口及洞身易坍落掉塊，洞內(nèi)穩(wěn)定性極差，不具備安全勘察的條件。做到勘察結(jié)果詳盡準(zhǔn)確，存在較大的困難和極高的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)查人員未進(jìn)入掏砂洞內(nèi)部做詳細(xì)勘察，僅依據(jù)周邊較淺掏砂洞推測(cè)了洞身走向、洞身凈空及洞身長度。

施工階段在仰拱底部的線路中心位置發(fā)現(xiàn)一洞口寬4.25m，高3.19m的掏砂洞，該洞與隧道出口掏砂洞連通。洞內(nèi)掏砂洞多分布在仰拱底和邊墻處規(guī)模較大，一般主洞高度3m，寬4m，呈水平層分布。長度不等，支洞較多，走向不定，相互貫通，網(wǎng)狀密布，規(guī)模較大，且變形、開裂、坍塌，穩(wěn)定性較差且部分洞體坍塌嚴(yán)重，人員無法進(jìn)入。如圖1、2。

4.1 掏砂洞探測(cè)

（1）采用物探和人工探測(cè)相結(jié)合綜合探測(cè)方式。（2）掏砂洞內(nèi)自立性較好地段，采用支立@50cm鋼架，鋼架外立木模的支護(hù)方式。人員進(jìn)入洞內(nèi)，采用鋼尺和羅盤儀繪制出支洞的相對(duì)位置平面圖。（3）掏砂洞內(nèi)坍塌嚴(yán)重人員無法進(jìn)入和為確保施工安全，對(duì)掌子面下導(dǎo)坑和兩側(cè)邊墻位置進(jìn)行超前探孔，確保及時(shí)探明及時(shí)處理，先處理后施工。用潛孔鉆配備15m鉆桿超前探測(cè)：掌子面每兩個(gè)循環(huán)（1.0m）探測(cè)1次，每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)孔，孔位橫向間距2.5m；下導(dǎo)每2個(gè)循環(huán)（1.0m）左、右側(cè)各探測(cè)1次，鉆孔角度斜向下30°。鉆孔過程中，技術(shù)人員旁站，做好探測(cè)記錄。如圖3所示。

4.2 邊墻掏砂洞處理

（1）兩側(cè)邊墻處理范圍：對(duì)已探明段隧道結(jié)構(gòu)邊墻底部至掏砂洞底部按30°角向外范圍內(nèi)做回填措施處理。（2）掏砂洞立拱架：已探明掏砂洞在隧道左、右側(cè)邊墻處3m范圍內(nèi)支立I20b拱架，拱架間距0.5m，拱架間用Φ22鋼筋連接，掛設(shè)Φ8網(wǎng)片，噴射C25混凝土，確保掏砂洞體不再坍塌和上部隧道邊墻處混凝土澆筑前穩(wěn)定。（3）下導(dǎo)噴錨：掏砂洞內(nèi)支護(hù)、封擋端頭完成后，在隧道下導(dǎo)鋼架間預(yù)留Ф80cm鋼管（鋼管底部盡可能貼近掏砂洞洞頂，以便混凝土澆筑飽滿），并進(jìn)行下導(dǎo)噴錨。（4）打設(shè)Ф42mm注漿小導(dǎo)管： 待隧道下導(dǎo)初期支護(hù)完成后，打設(shè)打設(shè)Ф42mm注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管底部穿透掏砂洞洞頂即可。（5）澆筑掏砂洞混凝土：由于掏砂洞相互連通，回填時(shí)為確?；炷粱靥蠲軐?shí)，采取分段澆筑。人工堆碼砂袋封擋端頭。每個(gè)部位砂袋堆碼3排，砂袋外用鋼管斜撐。邊墻處預(yù)留Φ80cm鋼管，澆筑C30混凝土，塌落度180～220mm。（6）注漿：為防止混凝土填充過程中有未能達(dá)到的區(qū)域及混凝土澆筑后沉降收縮后留下填充空隙，對(duì)以后運(yùn)營產(chǎn)生隱患，采取分次注漿進(jìn)行填充空隙。澆筑混凝土達(dá)到初凝后采用1：1水泥漿進(jìn)行回填補(bǔ)注漿，待漿液從注漿孔口處溢出且注漿壓力達(dá)到0.7 MPa后停止注漿。第1次注漿完成后1天后進(jìn)行第2次補(bǔ)注漿，確保所有區(qū)域填充密實(shí)。如圖4、5。

4.3 仰拱處掏砂洞處理

仰拱內(nèi)發(fā)現(xiàn)有掏砂洞，重型機(jī)械（挖機(jī)，裝載機(jī)，出碴車輛，混凝土罐車）禁止通過，開挖仰拱時(shí)，嚴(yán)格按每2榀開挖支護(hù)一次施做。隧底開挖至硬質(zhì)巖層或夯實(shí)后，素噴、立拱架、噴錨。

5 掏砂洞處回填檢測(cè)

掏砂洞回填注漿完成后，請(qǐng)有資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位采用CMPCC二維面波的吸收散射綜合分析法檢測(cè)，對(duì)有疑問部位分別采用鉆芯取樣和注水試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

6 結(jié)語

在有掏砂洞隧道處理中，應(yīng)針對(duì)掏砂洞探測(cè)、隧道內(nèi)、隧道外排水加固措施、掏砂洞處理范圍、混凝土回填方式、檢測(cè)方法，制定合理處理方案，避免盲目處理，為以后運(yùn)營埋下安全隱患，造成工程事故。本方案在中川鐵路周家莊二號(hào)隧道中安全、順利、快捷、經(jīng)濟(jì)地完成對(duì)掏砂洞隧道處理，確保施工過程和運(yùn)營安全，可為類似的工程提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]張運(yùn)庭.淺埋軟弱地層隧道圍巖穩(wěn)定性分析及綜合施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（5）：86.

[2]劉彥文.隧道穿越采空區(qū)同時(shí)下穿既有隧道設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（4）：13.

[3]王夢(mèng)恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010：326-327，284.