淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)探討

李 靖

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

近年來，為大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，我國投入了大量資本進(jìn)行路橋工程建設(shè)。而在隧道工程建設(shè)實施過程中，常常會遇到各種不良地質(zhì)，濕陷性黃土就是其中之一。作為我國中西部地區(qū)較為常見的地質(zhì)類型，濕陷性黃土土質(zhì)松軟、孔隙率大且干密度較低，承載力十分低下，一旦受到水的侵蝕就會出現(xiàn)變形或者坍塌等問題，給隧道開挖造成巨大障礙[1]。對此，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行隧道施工時，必須要重點關(guān)注淺埋偏壓隧道的開挖支護(hù)施工技術(shù)，從而為工程的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

1 濕陷性黃土的特點

2 淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)要點

濕陷性黃土地基的承載力較低，且隧道拱腳穩(wěn)定性以及墻角穩(wěn)定性都較差，施工變形大，極易發(fā)生洞口塌陷以及支護(hù)下沉等現(xiàn)象，并嚴(yán)重影響到施工安全。而淺埋偏壓濕陷性黃土隧道施工地表沉降大，容易產(chǎn)生地表裂縫，對地表環(huán)境以及建筑物的影響都很大[4]。所以，為了確保隧道工程施工建設(shè)的順利實施，相關(guān)企業(yè)需要重點關(guān)注淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)。

2.1 工程概況

某隧道工程正線全長642 m，形式設(shè)計為單洞雙線，該工程的設(shè)計速度為160 km/h，某些路段在提速后可達(dá)到200 km/h，是一座大斷面濕陷性黃土淺埋偏壓隧道。該隧道的出口段恰好位于自重濕陷性黃土地區(qū)，切斷面約為200 m2，埋深較淺，暗洞進(jìn)口埋深在15 m～20 m之間。該隧道段不僅存在偏壓現(xiàn)象，同時圍巖也相對軟弱，一旦遭遇陰雨天氣，在水的作用下極易發(fā)生濕陷。因此，對黃土地基處理、結(jié)構(gòu)耐久度以及隧道防水、沉降控制等均有較為嚴(yán)苛的要求。

2.2 開挖支護(hù)方案

根據(jù)本次隧道工程施工現(xiàn)場的地質(zhì)特點，采取明挖法來對隧道出口段前的30 m處進(jìn)行施工，然后在出口段之后采取CRD法進(jìn)行開挖施工。其中，施工技術(shù)人員主要采取干法開挖以及鉆孔等施工工藝進(jìn)行施工，自此期間加強(qiáng)對施工用水的管理，做好水的排放工作，以避免隧道工程基地受到水的浸泡而出現(xiàn)各種不良后果。在洞口段施工中，搭配使用超前大管棚、系統(tǒng)錨桿(比如邊墻砂漿錨桿以及拱部藥包錨桿等)、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架以及噴射混凝土等措施進(jìn)行施工，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6 m左右，為保證施工質(zhì)量以及施工進(jìn)度，一天可進(jìn)行兩次循環(huán)。在施工進(jìn)行到出口段時，可以使用水泥土擠密樁技術(shù)對隧道基底進(jìn)行加固處理，需要注意仰拱鋼筋混凝土的施工質(zhì)量，并時刻關(guān)注隧道基底的沉降值，以確保工程施工的順利進(jìn)行。值得注意的是，想要盡可能的削弱隧道偏壓帶來的負(fù)面影響，有效處理隧道偏壓問題，相關(guān)施工人員需要始終堅持“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、禁爆破、快支護(hù)、早成環(huán)、勤量測以及緊襯砌”的施工原則，并進(jìn)行長管棚超前支護(hù)，加強(qiáng)隧道側(cè)面的邊墻支護(hù)[5]。

2.3 大管棚超前支護(hù)

在隧道工程施工過程中，為了確保進(jìn)洞順利以及施工安全，相關(guān)施工技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)施工方案，利用熱軋大管棚來進(jìn)行超前支護(hù)。在此次工程中采用的大管棚一環(huán)直徑為108 mm，并截取長度為20 m的熱軋無縫鋼管，在與鋼架組裝后可形成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)。合理應(yīng)用這一系統(tǒng)，不僅可以有效避免隧道洞口以及淺埋段軟弱圍巖的變形、塌陷現(xiàn)象，起到加固以及鞏固圍巖的作用，同時還能為施工技術(shù)人員創(chuàng)造提供一個相對安全的作業(yè)空間[6]。另外，將管棚鋼管的環(huán)向間距控制在40 cm左右，且外插角也應(yīng)保持在1°～3°范圍內(nèi)。其中，由于管棚有鋼管以及鋼花管屬于兩種不同形式，因此可以采取交錯布置的方式，在鋼花管搭設(shè)并注漿完畢后再進(jìn)行鋼管的搭設(shè)。值得注意的是，想要進(jìn)一步提高鋼管自身的抗彎強(qiáng)度，可以在鋼花管以及鋼管中布設(shè)鋼筋籠，之后進(jìn)行水泥砂漿的灌注。另外，在管棚安裝之前，施工人員需要再一次確認(rèn)鋼管的孔徑、孔深等是否符合施工要求。然后檢查鋼管內(nèi)是否存在鉆渣，如有則應(yīng)利用高壓氣進(jìn)行清理[7]。

2.4 初期支護(hù)

在該隧道工程施工中，隧道拱部的初期支護(hù)可以通過徑向藥包錨桿、鋼筋網(wǎng)以及厚度在35 cm的強(qiáng)噴射混凝土來實現(xiàn)。而邊墻的初期支護(hù)則可以利用徑向砂漿錨桿來進(jìn)行。其次，為強(qiáng)化拱墻自身強(qiáng)度，可以在拱墻噴漿作業(yè)過程中，將適量的聚丙烯微纖維摻入到混凝土中。在此次施工中，混凝土中纖維的摻入量為1.2 kg/m3。在全斷面應(yīng)選用間距為0.6 m的Ⅰ25a型鋼鋼架來進(jìn)行支護(hù)，并且借助Ⅰ25a型鋼在隧道開挖部分進(jìn)行橫撐支撐處理，以確保施工安全。值得注意的是，在初期支護(hù)階段，一定要確保鋼筋網(wǎng)與錨桿之間的連接牢固，防止在噴射混凝土?xí)r網(wǎng)片因不牢固而出現(xiàn)晃動。同時，噴射混凝土需要遵循分片自上而下的順序進(jìn)行?？諌簷C(jī)要適時供風(fēng)，利用兩臺混凝土噴射機(jī)進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)。直到管棚施工完畢后，才可以進(jìn)行下一步的開挖與支護(hù)施工。

2.5 隧道基底加固

該隧道工程基底采用的是T76L邁式微型樁對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理。其中，微型樁的長度為7 m～9 m，所有微型樁按照1 m×1 m的間距布置成梅花形(總計23排，每排設(shè)置14根微型樁)。在完成隧道基底的加固處理后，相關(guān)技術(shù)人員還需要遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，檢測該地區(qū)黃土濕陷性、承載力以及樁間土的壓縮性等指標(biāo)，直到確認(rèn)這些指標(biāo)均達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)后，才能繼續(xù)進(jìn)行下一階段的施工計劃。

3 強(qiáng)化淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)效果的措施

3.1 有效控制地表裂縫的措施

在淺埋偏壓隧道施工中，如果不采取必要措施，在受到水的浸泡后，不僅容易出現(xiàn)變形、塌陷的問題，同時還可能出現(xiàn)地表裂縫，影響到工程整體安全。對此，相關(guān)施工企業(yè)需要從以下兩個方面入手，有效控制地表裂縫[8]：

1)從洞外的角度來看。在隧道施工之前，施工技術(shù)人員可以通過對地表沖溝、陷穴等進(jìn)行回填處理，并不斷加強(qiáng)和健全地表排水系統(tǒng)，以達(dá)到地表不受雨水負(fù)面影響的目的。而針對淺埋偏壓黃土隧道施工，則可以利用減載平衡等手段，維持隧道的受力均衡，減少地表沉降以及拱頂下沉值。這種方法用在那些一側(cè)有沖溝的淺埋偏壓段的效果最佳。

2)從洞外的角度來看。a.企業(yè)需要派專人負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場的用水管理，防止初期支護(hù)基礎(chǔ)在浸泡后引起拱頂下沉。b.施工技術(shù)人員需要在開挖施工作業(yè)中，實現(xiàn)對開挖進(jìn)尺以及步長的嚴(yán)格把控。c.為了確保初期支護(hù)結(jié)構(gòu)在整個施工過程中都能保持受力穩(wěn)定，需要在保證鎖腳錨管施工質(zhì)量的前提下，根據(jù)實際情況在鋼架分節(jié)處增設(shè)2根鎖腳錨管。d.在隧道開挖支護(hù)作業(yè)時，為了盡可能的減少拱頂?shù)南鲁亮浚梢酝ㄟ^擴(kuò)大拱墻腳來增加承壓面積。這一方面可以有助于施工中豎向壓力的傳遞，另一方面還能增加該節(jié)點橫向受力的穩(wěn)定性。e.有效控制鋼架質(zhì)量與性能。鋼架的加工和安裝質(zhì)量對整個隧道工程的施工質(zhì)量以及施工安全起到關(guān)鍵性作用。嚴(yán)格把控鋼架的加工以及安裝質(zhì)量，可以確保其線形圓順，避免應(yīng)力集中，同時鋼架間必須要連接牢固，有需要時可以加焊鋼筋。f.為了使初期支護(hù)閉合前的整體下沉量控制在合理區(qū)間內(nèi)，可以通過在拱腳下墊混凝土塊或者槽鋼等方法，來進(jìn)一步提高地基的承載力。g.鋼架的整體受力能力對工程的施工安全意義重大。對此，施工技術(shù)人員可以根據(jù)需要將設(shè)計的環(huán)向間距從原來的1.0 m縮短為0.8 m，對初期支護(hù)鋼架的縱向連接剛接進(jìn)行加密，以強(qiáng)化鋼架整體受力。h.仰拱與二襯需要及時跟進(jìn)，在盡可能短的時間內(nèi)閉合成環(huán)。

3.2 通風(fēng)管理措施

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工中，加強(qiáng)通風(fēng)管理，不僅僅是為了獲得滿意的通風(fēng)效果，維護(hù)施工人員身心健康，更重要的是能夠有效縮短循環(huán)作業(yè)時間，保證工程可以在限定時間內(nèi)保質(zhì)保量的完成。對此，企業(yè)可以采取以下措施，來加強(qiáng)通風(fēng)管理：企業(yè)需要派專人負(fù)責(zé)通風(fēng)管理，并制定和完善相應(yīng)的通風(fēng)管理制度。與此同時，要結(jié)合施工實際情況，定期或不定期的對空氣衛(wèi)生以及通風(fēng)等進(jìn)行檢測，改進(jìn)以及優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的運維管理，使其始終處于正常運行狀態(tài)中。

4 結(jié)語

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護(hù)施工中，如果施工方案存在疏漏或者施工過程控制不嚴(yán)格，不僅會大大增加初支變形以及塌方等事故，嚴(yán)重時還會給隧道施工以及周邊既有線路的運營安全造成威脅?；诖?，相關(guān)企業(yè)需要積極學(xué)習(xí)和綜合國內(nèi)外成功案例，對施工方案、方式方法進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)對地表裂縫以及通風(fēng)等的管理與控制，落實各項支護(hù)控制措施，關(guān)注開挖支護(hù)施工技術(shù)要點，在保證隧道施工安全以及質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不斷積累濕陷性黃土隧道的施工經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn):

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[6] 郭秀麗.大斷面濕陷性黃土隧道施工技術(shù)[J].山西建筑,2017,43(17):158-159.

[7] 龍思明.淺埋偏壓濕陷性黃土隧道進(jìn)洞方法淺析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(35)：71-72.

[8] 曲 恕.淺埋地段大斷面黃土隧洞開挖技術(shù)研究[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015,5(27)：81-83.