隴東地區(qū)黃土公路隧道修建關(guān)鍵技術(shù)探討

賈 瀟

（中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100089）

伴隨著我國生產(chǎn)力的提高和中西部地區(qū)公路的建設(shè)，黃土隧道建設(shè)里程和長度均大幅度增加，黃土隧道設(shè)計(jì)和施工水平也有了很大提高。考慮到不同黃土工程地質(zhì)分區(qū)的氣候、地形和地質(zhì)條件的差異，如大氣降水量、黃土層厚度、天然含水量、黏粒含量、濕陷性等，不同地區(qū)黃土的工程特性差異較大，隧道建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)不能直接套用。本文結(jié)合隴東地區(qū)在建項(xiàng)目的現(xiàn)場施工和設(shè)計(jì)變更情況，分析了黃土的各項(xiàng)工程特性，提出了常見隧道工程問題的處治措施，在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，取得了很好的效果。

1 項(xiàng)目情況簡介

彭陽至大橋村段高速公路是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中G85銀川至昆明國家高速公路的重要路段。項(xiàng)目沿線地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜，橋隧工程比例較高，特別是潘城控制性工程段內(nèi)，路線穿越山體陡峻，沿大路河溝道較為狹窄，施工作業(yè)面較小，實(shí)施難度大。潘城先期開工試驗(yàn)段長5.64公里，雙向四車道，設(shè)計(jì)速度80公里/小時(shí)。試驗(yàn)段設(shè)隧道2093.5米/1座（以雙洞計(jì)），即潘城隧道，位于平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)潘城村。隧址區(qū)屬黃土塬溝壑區(qū)，洞口呈緩坡臺(tái)階狀低階地地貌，銀川端洞頂段落遍布沖溝，洞身穿越黃土塬，地形起伏大，地表植被少。

2 關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 洞口穩(wěn)定性及位置選擇

隧道銀川端洞口處于緩坡狀的低階地，樁號(hào) K0+755～K0+860/ ZK0+751～ZK0+851段地面起伏較小，最大埋深約20米，勘察期未見地下水。洞口地表遍布沖溝，呈雞爪狀地形，設(shè)計(jì)時(shí)考慮適當(dāng)回填沖溝，加大拱肩覆土厚度，提高淺埋暗洞段落圍巖穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)提前進(jìn)洞。

施工期隧道開挖后，洞內(nèi)土體含水量與勘察期成果差異較大，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測定土體含水量為23%～25%，而勘察期含水量為9%～12%。經(jīng)分析得出，勘察期屬項(xiàng)目區(qū)域旱季，施工期屬項(xiàng)目區(qū)域雨季，洞口段因埋深淺、孔隙較大、土體豎向節(jié)理發(fā)育，雨季降水下滲明顯，導(dǎo)致土體含水量增大。洞口段存在較厚的濕陷性黃土，當(dāng)土體含水量增大時(shí)，以粉粒含量為主的黃土，遇水崩解。施工過程中，隧道拱頂沉降偏大、地表出現(xiàn)裂縫、仰拱地基承載力偏低等不利現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，導(dǎo)致施工難度加大、效率降低、變更費(fèi)用增加，可以推斷該洞口段方案有值得總結(jié)和優(yōu)化的地方。

結(jié)合設(shè)計(jì)階段的理念運(yùn)用和施工現(xiàn)場的變更設(shè)計(jì)，該洞口段方案有如下值得優(yōu)化的地方。一是洞口樁號(hào)的確定：應(yīng)靈活運(yùn)用“早進(jìn)晚出、零開挖”的原則，對(duì)于地形或地質(zhì)條件不適宜或選擇提前進(jìn)洞會(huì)帶來洞口段施工安全風(fēng)險(xiǎn)升高的情況，可選擇適當(dāng)加長洞口段挖方路塹長度、增長明洞并配合明洞回填覆土植草，能夠明顯縮短工期、降低工程造價(jià)。二是洞口段穩(wěn)定性的提高：原洞口段采用中隔壁法開挖，考慮到工序的復(fù)雜性、土體承載力不足、支護(hù)閉合時(shí)間較長、土體滲水較嚴(yán)重等因素，可采用三臺(tái)階（超短臺(tái)階）法+臨時(shí)仰拱開挖，依靠大體積核心土提高掌子面穩(wěn)定性，依靠臨時(shí)仰拱控制拱頂沉降，并為洞內(nèi)軟基處理提供施工作業(yè)平臺(tái)，經(jīng)現(xiàn)場施工驗(yàn)證，可有效提高作業(yè)效率、安全性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 洞內(nèi)軟基處理

隧道銀川端洞口淺埋段，樁號(hào)K0+755～K0+860/ ZK0+751～ZK0+851范圍，地質(zhì)勘察報(bào)告中屬第四系中更新統(tǒng)黃土，夾多層古土壤，地基承載力為250kPa。該段落開挖后，仰拱以下主要為第四系中更系統(tǒng)黃土，潮濕，可塑，含水量約26.5%，有明顯的滲水現(xiàn)象，地基承載力約110kPa。經(jīng)挖探查明：自拱腳開始向下1～2m為第四系中更新統(tǒng)黃土，黃褐色，可塑，飽和；2～5m為第四系中更新統(tǒng)黃土（古土壤）層，灰褐色，可塑，濕～飽和；5～7m為第四系中更新統(tǒng)黃土，黃褐色，可塑～硬塑，濕，含較多鈣質(zhì)結(jié)核。

經(jīng)分析，土體滲水來源是古土壤上層滯水，為地表水下滲遇古土壤層（隔水層）后滯留所致，總體水量不大。施工期屬項(xiàng)目地雨季，地表水引排不及時(shí)而下滲后滯留，導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)明顯的滲水現(xiàn)象。加之洞內(nèi)滲水散排、浸泡拱腳及下臺(tái)階土體，加大了該部分土體含水量，降低其承載力，不滿求隧道結(jié)構(gòu)的承載力要求。

為確保隧道結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場作業(yè)安全，綜合考慮該段落地基土含水量、洞內(nèi)施工便利性、施工作業(yè)面、施工效率、洞內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力敏感性、洞內(nèi)軟基厚度等因素，排除了強(qiáng)夯法、換填墊層法、灰土擠密樁法，采用洞內(nèi)高壓旋噴樁復(fù)合地基處治。

高壓旋噴樁復(fù)合地基的承載力特征值，可采用增強(qiáng)體靜載荷試驗(yàn)結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。設(shè)計(jì)時(shí)可先按照有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基的公式進(jìn)行估算，依據(jù)面積置換率、單樁承載力發(fā)揮系數(shù)、樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)、樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)等參數(shù)，得出樁體直徑、樁間距、樁長等初步設(shè)計(jì)值。然后進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)段施工，結(jié)合現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)的結(jié)果，即復(fù)合地基承載力特征值和單樁豎向承載力特征值，調(diào)整初步設(shè)計(jì)參數(shù)，最終確定現(xiàn)場施工參數(shù)和工藝。另外，結(jié)合隧道有限元計(jì)算結(jié)論，兩側(cè)矮邊墻與仰拱銜接處相比仰拱正下方，對(duì)承載力的大小更為敏感，在設(shè)計(jì)樁間距和樁長時(shí)，應(yīng)做加密考慮。經(jīng)現(xiàn)場施工驗(yàn)證，采取洞內(nèi)高壓旋噴樁的方案，有效的提高了洞內(nèi)軟基的承載能力，取得了很好的效果。

2.3 淺埋暗挖穿越?jīng)_溝

隧道樁號(hào)K0+933～K1+005范圍，穿越地表沖溝，埋深為30～50米。該處沖溝內(nèi)地表植被較豐富，沖溝橫斷面呈V型，沖溝側(cè)壁陡立并伴有多處小規(guī)模坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致沖溝內(nèi)時(shí)有堵塞，排水不暢。

項(xiàng)目施工期恰逢雨季，大量降水匯集于沖溝內(nèi)部無法快速引排，通過豎向裂隙大量滲入隧道周邊土體，導(dǎo)致土體含水量增大，掌子面自穩(wěn)性降低，引發(fā)隧道施工中出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)、初期支護(hù)變形偏大等現(xiàn)象。為保證穿越?jīng)_溝段施工和運(yùn)營期的結(jié)構(gòu)安全，需采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行處治。

結(jié)合土體含水量、承載力及洞頂沖溝的現(xiàn)狀，綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工便利性等因素，采用“內(nèi)外兼治”的方案，即洞內(nèi)調(diào)整支護(hù)參數(shù)+洞外地表沖溝處治二者結(jié)合的方案。洞內(nèi)措施：采用φ108多循環(huán)管棚，提前加固掌子面前方土體；調(diào)整支護(hù)參數(shù)，改用加強(qiáng)型V級(jí)襯砌；加密環(huán)向排水管，仰拱下方敷設(shè)砂礫濾水墊層；選擇三臺(tái)階七步開挖法。洞外措施：地表陷穴和裂縫封閉，沖溝疏浚、黏土封水回填、埋置梯形預(yù)制排水溝；加強(qiáng)沉降觀測，及時(shí)調(diào)整工法和支護(hù)方案。經(jīng)現(xiàn)場施工驗(yàn)證，采取洞內(nèi)和洞外配合的處治措施，后續(xù)施工未發(fā)生掌子面坍塌、初期支護(hù)侵限的現(xiàn)象，施工效率得到了提高，安全性得到保證，處治效果顯著。

3 結(jié)論

本文結(jié)合在建隧道出現(xiàn)的技術(shù)問題，如隧道洞口選擇、洞內(nèi)軟基處理和淺埋穿越地表沖溝等，提出了靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)理念，基于洞內(nèi)地基承載力、含水量和作業(yè)空間等不同采取加固措施，及地表沖溝“內(nèi)外兼治”的處治思路及方案，取得了一定效果，積累了部分經(jīng)驗(yàn)，可供鄰近地區(qū)隧道建設(shè)參考。當(dāng)然，地形、地質(zhì)、含水量、承載力、工法和埋深條件，均對(duì)黃土隧道的設(shè)計(jì)和施工有決定性影響。項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的沿用還應(yīng)與實(shí)際情況緊密結(jié)合，做到具體問題具體分析，探明原因，對(duì)癥施策。