淺談某隧道明洞段下沉加固處治技術(shù)

高志兵

（山西路橋集團(tuán)呂梁國道項(xiàng)目建設(shè)管理有限公司，山西 呂梁 033099）

1 工程概況

1.1 地形地貌

隧道位于黃土丘陵區(qū)，地表形態(tài)主要為黃土梁，隧道穿越的方向呈近東西向，進(jìn)出口兩側(cè)為黃土沖溝，谷坡陡立。海拔處于1 216～1 335 m之間，相對(duì)高差119 m。植被較為稀疏，主要以灌木為主。

1.2 氣象

隧道區(qū)山勢(shì)陡峭，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，高差變化較大，使得氣候特征各具代表性。區(qū)內(nèi)總體屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。

1.3 地質(zhì)條件

1.3.1 地層巖性

某隧道主要由第四系中更新統(tǒng)離石組（Q2pl）組成。巖性為粉質(zhì)黏土，局部含鈣質(zhì)結(jié)核及角礫，堅(jiān)硬-硬塑狀態(tài)，發(fā)育垂直節(jié)理，塊狀整體結(jié)構(gòu)，隧道埋深范圍內(nèi)無地下水分布。黃土主要物理指標(biāo)詳見表1。

表1 隧道圍巖離石組黃土（Q2pl）土工試驗(yàn)指標(biāo)

1.3.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道位于華北板塊之鄂爾多斯斷塊東部，地殼運(yùn)動(dòng)主要呈現(xiàn)為階段性升降運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)微弱。隧道區(qū)域基本被黃土覆蓋，未發(fā)現(xiàn)明顯構(gòu)造現(xiàn)象。

1.3.3 地震

根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，該地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，相應(yīng)的地震基本烈度Ⅵ度，場(chǎng)地穩(wěn)定性也較好。

1.3.4 水文地質(zhì)條件

某隧道穿越的黃土梁區(qū)，地形起伏大，沖溝較發(fā)育，地表降水大部分匯入沖溝流失，只有少量雨水入滲形成的地下水也會(huì)在雨后不久被蒸發(fā)或側(cè)向排入沖溝，調(diào)繪期間隧址區(qū)未發(fā)現(xiàn)地下水露頭，隧道埋深范圍內(nèi)不含地下水。

2 病害概況

某隧道為左右分離式，右洞長363 m，左洞長370 m。設(shè)計(jì)速度為80 km/h，隧道建筑限界為：凈寬10.25 m，限高5 m。汽車荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)。

該隧道于2015年5月建成通車，通車后不久，該隧道右洞出口明洞段整體出現(xiàn)了不均勻下沉，且從洞內(nèi)到洞門口方向，下沉量逐漸增大，俗稱明洞出現(xiàn)了磕頭式下沉。隧道管理單位分別于2016年底、2017年9月對(duì)下沉段路面銑刨重鋪兩次。2019年4月開始明洞段又出現(xiàn)下沉，且有加速的趨勢(shì)（圖1和圖2），洞門墻裂縫病害有發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)過對(duì)下沉段變形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，明洞段最大下沉45 cm。隧道右洞出口端墻式洞門有3條豎向裂縫，呈“川”字形，右側(cè)裂縫寬度6 cm，長度6.5 m；中間裂縫寬度1 cm，長度3.6 m；左側(cè)裂縫寬度2 cm，長度4.4 m（圖2）。

圖1 明洞段下沉

圖2 洞門墻上部裂縫

3 病害形成機(jī)理

該隧道病害出現(xiàn)后，經(jīng)檢測(cè)單位檢測(cè)，明洞段工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過對(duì)隧址區(qū)地表進(jìn)行病害勘察，隧道洞頂存在2～3處大小不同的落水洞；同時(shí)對(duì)隧道養(yǎng)護(hù)人員進(jìn)行詢問，明洞段幾次較大的下沉，相應(yīng)的年份雨水都較充沛。經(jīng)過仔細(xì)的分析，病害原因主要為：

a）地表水下滲，使得明洞段仰拱底部的黃土變得濕軟，局部甚至被掏空，地基承載明顯不足，導(dǎo)致明洞與頂門出現(xiàn)不均勻沉降，出現(xiàn)裂縫。

b）端墻式洞門體積龐大，經(jīng)計(jì)算，重量約500 t，這樣重的承重壓在明洞上，地基承載力稍有變?nèi)?，?shì)必引起下沉。

c）隧道洞口段存在一定程度偏壓，偏載導(dǎo)致隧道明洞和暗洞發(fā)生向前的位移，進(jìn)而形成張裂縫。

4 處治方案

為了保證病害處治期間不影響交通，故不考慮洞門的拆除，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，具體方案及施工順序如下。

4.1 鋼管注漿加固

圖3 隧道拱腳三向微型鋼管斷面布置圖

右線出口20 m范圍內(nèi)的明洞、暗洞兩側(cè)拱腳處施做三向微型鋼管（圖3），保障施工期間洞身穩(wěn)定性。錨管采用直徑為89 mm的無縫鋼管，外徑89 mm，壁厚6 mm，長6 m。鋼管傾角分別為：0°、45°、90°。鋼管打設(shè)后用M30水泥砂漿緊密充填，以增強(qiáng)導(dǎo)管的剛度和強(qiáng)度[1]。

4.2 高壓旋噴樁加固

右線出口20 m范圍內(nèi)的隧道仰拱下方地基進(jìn)行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計(jì)120根1 200 m。

旋噴壓力為 20～25 MPa，旋噴速度 20～25 r/min，提升速度 0.25～0.40 m/min，噴嘴直徑 2～3.5 mm，漿液流量50～75 L/min。

固化劑采用水灰比為1∶1的凈水泥漿，水泥采用強(qiáng)度等級(jí)大于等于32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，加固體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不低于2.0 MPa，樁身每米水泥用量不小于200 kg。

4.3 洞外地基加固

右線出口10 m范圍內(nèi)的洞外地基進(jìn)行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計(jì)60根600 m。

高壓旋噴樁加固洞外參數(shù)與洞內(nèi)相同。

4.4 施做素混凝土樁

在洞門擬修筑擋墻位置處施做素混凝土樁處理擋墻地基。素混凝土樁190根，每根長8.0 m，樁徑0.5 m，梅花型布樁，樁距1.35 m，共長1 520 m。樁基施工完成后，在樁頂鋪設(shè)50 cm砂礫墊層。

4.5 增設(shè)洞門背梁

在洞門墻后修筑背梁，增強(qiáng)洞門抗裂性能。背梁高100 cm，寬60 cm，總長22.10 m。

錨固鋼筋梅花型布置，須用錨固劑錨固于洞門端墻上，錨固深度為50 cm，施工須將錨固鋼筋與洞門墻后背梁主筋焊接在一起。

施工時(shí)須密切監(jiān)測(cè)端墻位移，必要時(shí)采取臨時(shí)支護(hù)，防止端墻傾覆。

4.6 增設(shè)洞口擋土墻

在隧道洞口修筑擋土墻，解決洞口偏壓偏載問題，提高洞門與明洞的整體穩(wěn)定性。擋墻頂部寬2.2 m，高11.5 m，擋墻基礎(chǔ)埋深大于等于1.5 m，長度共計(jì)55.5 m。擋墻要求地基承載力不小于300 kPa。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

該隧道明洞段病害處治完成后，其變形監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，明洞段下沉逐漸減小，加固效果良好。因此在隧道病害處治設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮隧道地基承載力的加固，同時(shí)也要考慮隧道洞身的加固。

5.2 建議

a）鑒于黃土的濕陷性，特別是遇水軟化，承載力急劇下降，造成其上部建筑物不均勻沉降，建議在以后隧道修筑過程中，黃土地區(qū)洞門修筑為削竹式，既經(jīng)濟(jì)又安全。

b）建議公路養(yǎng)護(hù)部門每年應(yīng)對(duì)黃土地區(qū)隧道周邊的洞穴進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)洞穴及時(shí)采用灰土回填，同時(shí)做好周邊排水，防止雨水下沉。

c）建議黃土地區(qū)隧道洞外排水溝設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)取上限。