黃土地區(qū)深溝淺埋隧道施工進(jìn)洞方案比選研究

毛金沙

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.097

摘 要：該文通過(guò)對(duì)延延高速公路鐵家塬隧道左線出口V型長(zhǎng)深溝淺埋段施工進(jìn)行分析，從進(jìn)洞段蓋挖法施做、深溝段明洞延長(zhǎng)和高邊坡抗滑樁施做等方面進(jìn)行了論述，闡述了黃土隧道在深溝淺埋溝底施做中技術(shù)應(yīng)用和質(zhì)量控制措施，為今后類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：黃土隧道 深溝淺埋 蓋挖法 長(zhǎng)明洞施工 抗滑樁施工

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0097-03

隨著近幾年我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，尤其是高速公路建設(shè)在向西部山區(qū)延伸的過(guò)程中，受到山區(qū)公路線形指標(biāo)控制、特殊地形地貌和地質(zhì)條件限制，路線在傍山路段布設(shè)時(shí)，不可避免地要遇到隧道穿越深溝帶來(lái)的進(jìn)洞困難、防排水困難、高邊坡防護(hù)困難等技術(shù)難題。黃土隧道深溝淺埋段施工技術(shù)要求高、施工難度大，特別是各工序施工連續(xù)性尤為重要，這將是關(guān)乎隧道能否安全進(jìn)洞及保證工程質(zhì)量的重要因素。應(yīng)用蓋挖法進(jìn)洞、加長(zhǎng)明洞并反壓回填及采用抗滑樁防護(hù)邊坡的組合方式是一種行之有效的方法。

1 工程概況

延延高速公路鐵家塬隧道位于陜西省延安市延長(zhǎng)縣黑家堡張羅溝村，為曲線形雙線隧道，左右洞間距約為109 m，軸線總體走向約49°。隧道左線長(zhǎng)510 m，最大埋深約134 m，右線長(zhǎng)910 m，最大埋深約152 m。隧址區(qū)未見(jiàn)地表水，地下水主要為黃土空隙、裂隙水，大氣降水是唯一補(bǔ)給源。隧道穿越區(qū)為黃土塬峁工程地質(zhì)區(qū)的黃土塬工程地質(zhì)亞區(qū)，山體近南北走向，隧道與山脊近于直交，垂直隧道軸向兩側(cè)低，中部高。隧道左線出口位于一山體黃土梁，河谷三級(jí)階地，地形坡度較陡，坡腳30°～36°，圍巖以黃土、粉質(zhì)黃土、粘土為主，洞室埋深較淺，洞口位于山溝溝底位置，圍巖穩(wěn)定性差。隧道左線出口設(shè)65 m明洞，削竹式洞門(mén)，右線出口設(shè)8 m明洞，墻式拱門(mén)。隧道進(jìn)口段施工道路不方便，考慮到機(jī)械、材料的進(jìn)場(chǎng)，為了確保計(jì)劃工期按時(shí)完成，決定從鐵家塬隧道出口端進(jìn)洞。

2 施工方案的選定

鐵家塬隧道左線出口位于V型深溝溝底，原設(shè)計(jì)明暗交界樁號(hào)為：ZK59+325，明洞長(zhǎng)65 m。根據(jù)實(shí)際情況，道路路基邊坡開(kāi)挖高度過(guò)大且由于隧道出口均位于過(guò)濕土當(dāng)中，而該段落縱坡為延長(zhǎng)端上坡，隧道位于溝心，且匯水面積較大，極易在雨季發(fā)生水流倒灌現(xiàn)象，且隧道位于河谷內(nèi)，覆蓋層較薄，多為坡積土，原設(shè)計(jì)明洞采用深挖（7～13 m），致使右側(cè)邊坡挖方高度達(dá)到近60 m，可能導(dǎo)致山體失穩(wěn)，經(jīng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位現(xiàn)場(chǎng)核查后，認(rèn)為原設(shè)計(jì)路基段落存在各種安全隱患及高邊坡問(wèn)題，隧道施工期間存在水流倒灌且在運(yùn)營(yíng)中存在安全隱患，隧道明洞邊仰坡過(guò)高，對(duì)兩側(cè)山體穩(wěn)定性存在較大影響，綜合以上因素并依據(jù)陜西交通建設(shè)集團(tuán)公司紀(jì)要對(duì)原設(shè)計(jì)提出優(yōu)化方案如下。

（1）隧道起點(diǎn)由ZK59+390調(diào)整為ZK59+520，明暗交界處由ZK59+325調(diào)整為ZK59+328。其中ZK59+385～ZK59+520為明洞，長(zhǎng)135 m，ZK59+328～ZK59+328-385采用蓋挖法施工暗洞，長(zhǎng)57 m。

（2）ZK59+400～ZK59+445段右側(cè)有一小型古滑坡體，為確保安全，本著盡量少擾動(dòng)滑坡原則，在ZK59+400～ZK59+445右側(cè)順著下滑布設(shè)8根2×1.5 m抗滑樁，樁間距6 m，樁長(zhǎng)15 m、20 m。

（3）ZK59+460～ZK59+490段右側(cè)如果分臺(tái)階刷坡，右側(cè)邊坡最高約52 m，邊坡太高并且刷坡對(duì)右洞影響較大。為減小邊坡高度、減少對(duì)右洞影響，在ZK59+400～ZK59+445右側(cè)布設(shè)6根2×1.5 m的抗滑樁，樁長(zhǎng)15 m、20 m、25 m，樁間采用樁間板連接。

（4）隧道明洞施工完成后對(duì)洞口至暗洞口洞頂及沖溝進(jìn)行回填，為確保洞頂排水順暢，在明洞回填兩側(cè)設(shè)置排水溝以排除沖溝及明洞頂雨水，優(yōu)化后降低了隧道邊仰坡高度，避免了大開(kāi)挖，最大程度上保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，同時(shí)解決了洞口處雨水倒流進(jìn)洞內(nèi)及隧道頂?shù)木C合排水。

（5）原設(shè)計(jì)隧道出口路基段落為過(guò)濕土，土質(zhì)均一，軟塑，天然含水量為22.5%～27.5%，作為明洞基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁處理，作為明洞基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁處理。

3 隧道深溝淺埋方案施工

根據(jù)下發(fā)鐵家塬隧道左線出口施工圖要求，現(xiàn)場(chǎng)合理安排施工工序，優(yōu)化施工組織方案，確定左洞出口小里程方向淺埋段首先施工出口超前大管棚施工，管棚長(zhǎng)度為35 m，采用熱軋無(wú)縫鋼管Φ108×6 mm，管棚施工完成后進(jìn)行蓋挖法施工，蓋挖法頂蓋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)57 m，厚0.8 m，蓋挖法施工完后進(jìn)行暗洞施工，待隧道進(jìn)入暗洞兩板襯砌長(zhǎng)度后再退出施做明洞。同時(shí)大里程方向進(jìn)行明洞基礎(chǔ)抗滑樁處理及邊坡抗滑樁施工，水泥攪拌樁樁心距150 cm，樁徑40 cm，等邊三角形布置；抗滑樁規(guī)格為2×1.5 m，樁長(zhǎng)15～25 m，明洞基礎(chǔ)處理完成后進(jìn)行明洞施工，暗洞正常施工，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)合理安排施工順序，做好現(xiàn)場(chǎng)防排水工作，避免雨季施工積水，防止雨水浸泡明洞基底。

3.1 大管棚及蓋挖法施工

洞口段管棚護(hù)拱縱向設(shè)置2 m，厚度55 cm，拱內(nèi)預(yù)埋導(dǎo)向鋼管，鋼管規(guī)格型號(hào)Φ133×4 mm，31根，長(zhǎng)度2 m。鋼管與鋼拱焊接，鋼拱間距60 cm，導(dǎo)向管外插角1°～2°。鋼拱兩側(cè)無(wú)焊接導(dǎo)向管處，采用70 cm長(zhǎng)Φ20鋼筋與相鄰鋼拱焊接，環(huán)向間距1 m。長(zhǎng)管棚規(guī)格：熱軋無(wú)縫鋼管Φ108 mm，壁厚6 mm，節(jié)長(zhǎng)3 m、6 m。環(huán)向間距40 cm，仰角2°（不包括路線縱坡），方向與線路中線平行。鋼管施工誤差徑向不大于20 cm，隧道縱向同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開(kāi)1 m。

管棚超前支護(hù)完成后，進(jìn)行蓋挖法施工，護(hù)拱采用C25混凝土澆筑，厚度80 cm，護(hù)拱主筋采用Φ25螺紋鋼，間距25 cm，水平筋采用Φ10鋼筋，間距25 cm，箍筋采用Φ10鋼筋，間距50 cm。蓋挖法護(hù)拱原設(shè)計(jì)采用土模施工，土模完成后進(jìn)行拱頂回填，后進(jìn)行暗挖施工。實(shí)際施工中經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施做發(fā)現(xiàn)土模強(qiáng)度低，施工容易造成暗洞初支輪廓侵限，且土模施工時(shí)間長(zhǎng)，施工質(zhì)量難以保證，對(duì)施工周期影響較大，實(shí)際施工中經(jīng)過(guò)反復(fù)比較遴選，選定以暗洞初支鋼架為護(hù)拱底模，上覆防水板，增加初支輪廓面精確程度，且施工周期較土模施工大大縮短。

3.2 邊坡抗滑樁施工

在ZK59+460～ZK59+490右側(cè)明洞外側(cè)布設(shè)8根2×1.5 m抗滑樁，樁間距6 m，樁長(zhǎng)15 m、20 m，在ZK59+400～ZK59+445右側(cè)布設(shè)6根2×1.5 m的抗滑樁，樁長(zhǎng)15 m、20 m、25 m，樁間采用樁間板連接。

3.3 明洞基礎(chǔ)處理

明洞基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁處理，樁心距150 cm，樁徑40 cm，等邊三角形布置，樁體固化劑采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，參量為被加固土體的15%，水泥漿液水灰比0.5，加固后要求地基承載力不小于250 kPa。ZK59+385～ZK59+510段基底采用0.8 m拋石+0.6m砂礫換填+0.85 mC15片石混凝土處理。

3.4 明洞施工及明洞回填

鐵家塬隧道右線出口段YK59+562～YK59+532段30 m采用55 cm厚二次筑模C25鋼筋混凝土襯砌。明洞回填土石指標(biāo)：r=1.9 t/m3，Φ=35°，明洞拱背回填，應(yīng)對(duì)稱分層夯實(shí)，每層厚度不大于0.3 m，夯實(shí)度不小于90%。

4 施工質(zhì)量控制措施

在隧道施做過(guò)程中，由于蓋挖法在淺埋段帶來(lái)的沉降不均勻問(wèn)題、長(zhǎng)明洞施工中明洞基底處理問(wèn)題、明洞防排水問(wèn)題等，隱蔽工程質(zhì)量控制顯得尤為重要。在隧道施工中，我們采取了詳細(xì)的質(zhì)量控制措施對(duì)上述的施工質(zhì)量進(jìn)行控制。

4.1 蓋挖法施工質(zhì)量控制問(wèn)題

為保證蓋挖法施工的質(zhì)量，減小不均勻沉降，在施工過(guò)程中，應(yīng)做好蓋挖法護(hù)拱的測(cè)量和監(jiān)控，掌握動(dòng)態(tài)下沉量，防止預(yù)留沉降量不足造成侵限，同時(shí)采取措施減小下沉量。蓋挖法護(hù)拱原設(shè)計(jì)采用土模施工，土模完成后進(jìn)行拱頂回填，后進(jìn)行暗挖施工。實(shí)際施工中經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施做發(fā)現(xiàn)土模強(qiáng)度低，施工容易造成暗洞初支輪廓侵限，且土模施工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)施工周期影響較大，實(shí)際施工中經(jīng)過(guò)反復(fù)比較遴選，選定以暗洞初支鋼架為護(hù)拱底模，上覆防水板，增加初支輪廓面精確程度，且施工周期較土模施工大大縮短。實(shí)際施工中首先施做蓋挖法基礎(chǔ)，基礎(chǔ)采用C25混凝土，適當(dāng)增大基礎(chǔ)面積，保證鋼架連接板落實(shí)在混凝土上（暗洞施工時(shí)鑿除連接板混凝土，左右側(cè)鋼架錯(cuò)開(kāi)3榀開(kāi)挖，防止整體下沉），鋼架連接筋焊接牢固，形成整體受力。鋼架安裝完成后上覆防水板，防水板下安裝焊接鋼筋網(wǎng)片，噴射C20噴射混凝土，形成整體受力結(jié)構(gòu)。噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行初期支護(hù)下部安裝支撐裝置，上部進(jìn)行護(hù)拱鋼筋綁扎，模板安裝混凝土澆筑工作，澆筑過(guò)程左右側(cè)對(duì)稱澆筑，一次澆筑成型，防止不均勻受力造成沉降。

4.2 明洞基底處理、明洞防排水處理

長(zhǎng)明洞施工由于多次立模、多次澆注，容易引起外觀質(zhì)量下降、二襯不均勻下沉開(kāi)裂、施工縫處理不符合要求造成二襯滲漏水。為了提高外觀質(zhì)量，防止二襯不均勻下沉，做好明洞防排水工作，經(jīng)過(guò)探索，采取了以下措施。

（1）長(zhǎng)明洞基底施工應(yīng)避開(kāi)雨季施工，明洞基底開(kāi)挖一次成型，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)實(shí)測(cè)地基承載力，對(duì)不符合設(shè)計(jì)地基承載力要求的地基采取措施保證承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，回填片石及回填碎石應(yīng)保證密實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采用大型機(jī)械壓實(shí)，保證地基承載力受力均勻。

（2）明洞施工前做好現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)防排水措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理調(diào)整臺(tái)車位置，保證現(xiàn)場(chǎng)施工便道暢通，洞內(nèi)外施工協(xié)調(diào)有序。

（3）明洞澆筑混凝土，要確保二襯外觀質(zhì)量，澆筑混凝土前，檢查模板牢固性，保證模板牢固不變形，做好止水條、止水帶安裝工作，先對(duì)上一循環(huán)施工面人工鑿毛，對(duì)支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件進(jìn)行檢查、整理，清除雜物，用高壓水沖洗干凈，模板間和下部嵌塞海綿條以防漏漿。混凝土應(yīng)按一定厚度、順序和方向分層澆注。

（4）明洞施工完成后對(duì)洞口至暗洞沖溝進(jìn)行回填，回填前做好明洞防排水工作，防排水遵循“防排截堵，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和營(yíng)運(yùn)設(shè)備的正常使用和行車安全。隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外應(yīng)形成一個(gè)完整通暢的防排水系統(tǒng)。施工縫、沉降縫施工均采用橡膠止水條、止水帶環(huán)向布設(shè)，外部采用三油兩氈防水，隧道明洞外部設(shè)置兩層土工布包裹一層防水板，明洞兩側(cè)邊墻后設(shè)置縱向Φ160排水管，采用漿砌片石回填兩側(cè)邊墻，明洞頂部回填土表面鋪設(shè)隔水層，設(shè)置截排水溝，引排洞頂水。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)2年的不懈努力，鐵家塬隧道左線于2014年4月順利貫通，獲得一致好評(píng)，通過(guò)鐵家塬隧道左線施工，總結(jié)出以下結(jié)論。

（1）蓋挖法施工、抗滑樁及加長(zhǎng)明洞施工有效解決了深溝淺埋段進(jìn)洞困難問(wèn)題，有效避免了大開(kāi)挖施工，消除了高邊坡開(kāi)挖帶來(lái)的安全隱患，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率。

（2）蓋挖法施工中采用初支鋼架代替土模施工能夠解決土模施工困難，更好的控制超欠挖，提高施工效率，能夠保證工期。

（3）隧道明洞回填后降低了邊仰坡高度，避免了大開(kāi)挖，最大程度保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)解決了洞口處雨水倒進(jìn)洞內(nèi)及隧道頂?shù)木C合排水。

參考文獻(xiàn)

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