黃土隧道淺埋段施工技術(shù)

侯 明

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111000）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某隧道穿越典型的黃土高塬溝壑地貌，施工難度較大，左洞起訖樁號(hào)ZK0+751—ZK2+856，長(zhǎng)2105 m，其中淺埋段進(jìn)口端172 m，出口端211 m；右洞起訖樁號(hào)K0+755—K2+837，長(zhǎng)2082 m，其中淺埋段進(jìn)口端226 m，出口端367 m。

1.2 地質(zhì)情況

隧道穿越地形總體為北西—南東向的黃土塬，頂部為較平坦的黃土塬，植被較稀少，隧址兩側(cè)為黃土沖溝，地形起伏大。隧道進(jìn)出口均遍布黃土沖溝，洞口均位于沖溝岸坡，地形呈陡坡狀，溝谷長(zhǎng)度較小，谷坡較陡，局部較寬，整體呈爪狀，地形地質(zhì)情況復(fù)雜。銀川端入口地形為緩坡低階地，坡度不大，埋深不超20 m，K0+933—K1+005 段有地表沖溝，埋深不超50 m。沖溝斷面為V 字形，其走向近于北東～南西向，地勢(shì)呈現(xiàn)中間高，四周低的總趨勢(shì)，但是南北地勢(shì)較之于東西則更低，兩側(cè)還有緩坡臺(tái)階的地形特點(diǎn)，因此地勢(shì)起伏相對(duì)較大，其內(nèi)側(cè)壁多處坍塌致排水不暢，溝底部植被茂盛。隧道進(jìn)、出口淺埋段為第四系中更新統(tǒng)黃土，含多層古土壤層，潮濕，可塑—硬塑，有大孔隙與裂隙，黃土豎向節(jié)理發(fā)育，受長(zhǎng)時(shí)間地表降水、地下水補(bǔ)給作用，含水率較大，有明顯滲水現(xiàn)象，土體所滲地下水為古土壤上層滯水，為地表水下滲遇古土壤層后滯留所致。

1.3 存在的問(wèn)題

施工階段，隧道進(jìn)口段開挖后，土體含水量較勘察階段有較大差距，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定近25%，勘察時(shí)最高為12%。經(jīng)分析，主要原因在于勘察時(shí)為干旱季節(jié)，降水量小，施工時(shí)為雨季汛期，且本年度降水量較往年明顯增多，地表排水不徹底，隧道洞口及沖溝淺埋段濕陷性黃土特性明顯，遇水易崩解。隧道施工中，相繼出現(xiàn)洞口淺埋段拱頂沉降過(guò)大，地表出現(xiàn)開裂，沖溝陷穴等次生地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重發(fā)育。因隧道開挖過(guò)程中形成較大洞室，受其影響滯水沿裂隙滲入洞室內(nèi)，掌子面開挖時(shí)，很容易因其穩(wěn)定性不良出現(xiàn)崩塌掉塊現(xiàn)象，不僅如此，邊墻、拱頂、拱腰不同位置普遍出現(xiàn)滲漏水，多處出露股狀明水；已施工初襯大面積滴滲水，部分地段較嚴(yán)重，呈線狀股狀水流出；且洞內(nèi)滲水多處散流，引排水不及時(shí)，出現(xiàn)浸泡拱腳，致使仰拱基底土體含水量加大，承載力下降。

2 施工方法的確定

該隧道在設(shè)計(jì)上對(duì)開挖方法進(jìn)行了研究和探討，在淺埋段采用CD 法開挖，深埋段則使用環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法開挖，緊急停車帶則采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行工程開挖。經(jīng)多次組織專家現(xiàn)場(chǎng)討論分析，為確保隧道施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，順利進(jìn)洞并安全穿越?jīng)_溝淺埋段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)，決定采取以下措施[1-2]：對(duì)進(jìn)洞口設(shè)計(jì)變更優(yōu)化，改變洞門形式；加長(zhǎng)洞口路塹開挖段，明暗洞樁號(hào)隨之調(diào)整，將暗洞縮短、明洞增長(zhǎng)；加強(qiáng)洞口地表引排水措施，使之形成流暢的排水系統(tǒng)，做好邊仰坡臨時(shí)防護(hù)；洞口淺埋段采用CD 法施工，并加設(shè)臨時(shí)仰拱支撐，仰拱基底需加固及引排水處理（增設(shè)水泥旋噴樁加固，仰拱基底設(shè)30 cm 厚碎石墊層），對(duì)地表沖溝陷穴段落同時(shí)進(jìn)行隧外地表處理及隧內(nèi)調(diào)整加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)參數(shù)等措施。

3 淺埋段地表地質(zhì)勘探鉆孔、沖溝及陷穴處理

3.1 地質(zhì)勘探鉆孔處理

對(duì)左、右線隧道頂?shù)刭|(zhì)勘探鉆孔采用先吊入混凝土球然后回灌1 m 厚M7.5 水泥砂漿進(jìn)行封閉，確保地表水不進(jìn)入孔內(nèi)滲入隧洞內(nèi)。

3.2 地表沖溝處理

3.2.1 洞口兩側(cè)地表沖溝處理

對(duì)沖溝進(jìn)行清表，清表厚度30 cm。沖溝回填處理在洞門開挖之前并結(jié)合截水溝施做，為保證工程質(zhì)量，用水泥混合土作為回填材料，配比嚴(yán)格把控，逐層夯實(shí)，壓實(shí)度則必須在90%以上，回填頂標(biāo)高在隧道拱頂標(biāo)高上2 m 位置。其上覆蓋種植土并植草綠化，暗洞開挖需要水泥混合土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.0 MPa時(shí)，才開始施工。

3.2.2 洞頂沖溝處理

清理溝壁危險(xiǎn)土體，并疏浚沖溝，人工開挖基底深0.5 m（松散層較厚區(qū)域適當(dāng)調(diào)大挖深），將表層松散的土層清出棄放至棄土場(chǎng)，運(yùn)用夯實(shí)機(jī)具夯實(shí)基底。沖溝疏浚、基底夯實(shí)處理后采用三七灰土換填，換填厚度50 cm；繼續(xù)回填三七灰土1.5 m厚，灰土攤鋪分段、分層進(jìn)行，壓實(shí)度不小于90%。換填三七灰土且夯實(shí)處理后，表層鋪設(shè)50 cm 厚黏土隔水層，并預(yù)留排水溝的鋪設(shè)空間。回填土縱坡坡率按原沖溝溝底自然坡度進(jìn)行順直，且不小于5%，回填橫坡按設(shè)計(jì)坡率5% 施作。局部原地表縱坡坡率小于5%的段落，依據(jù)實(shí)際地形適當(dāng)調(diào)整清表土層厚度，保證沖溝處置后，回填土表面平整，溝內(nèi)水流引排順暢。

3.3 地表陷穴處理

隧道影響范圍內(nèi)陷穴采用夯填土回填，頂部采用C15 混凝土封閉做隔水處理，并做好周邊截排水措施引離地表水。

3.4 洞內(nèi)支護(hù)參數(shù)調(diào)整加強(qiáng)

沖溝段下方洞內(nèi)調(diào)整加強(qiáng)襯砌參數(shù)，同時(shí)運(yùn)用Φ108 mm 注管棚循環(huán)穿越，每環(huán)30 m 共3 環(huán)，防止掌子面上方軟弱圍巖坍塌掉塊；加強(qiáng)洞內(nèi)引排水措施，加密引排橫向排水管，應(yīng)用砂礫過(guò)水墊層，設(shè)計(jì)在仰拱下，采用多級(jí)集中抽水的方式完成引排。

4 CD 法開挖施工技術(shù)

4.1 CD 法優(yōu)缺點(diǎn)

獨(dú)立封閉成環(huán)的時(shí)間短，早期結(jié)構(gòu)件跨度小，因支護(hù)的剛度大，施工時(shí)保持隧道整體穩(wěn)定，下沉較小，為了抑制形變的產(chǎn)生，用中隔墻增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度[3]。然而因?yàn)閷?dǎo)坑斷面過(guò)于狹小，為了保證不對(duì)土層產(chǎn)生破壞，用人工開挖，即便是使用機(jī)械也只能是小型機(jī)械，加之工序復(fù)雜，施工進(jìn)度較臺(tái)階法慢；拆除臨時(shí)支護(hù)時(shí)初期支護(hù)發(fā)生受力轉(zhuǎn)換，易造成較大變形，存在不安全因素[4-5]。

4.2 施工中質(zhì)量控制

CD 法施工必須保證導(dǎo)坑工作面的縱向間距，這在施工中需要得到嚴(yán)格的把控；中隔墻的受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜，在拆除前需對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判定來(lái)確定拆除時(shí)間[6-7]。因CD 工法的復(fù)雜性，初支閉合時(shí)間較長(zhǎng)，拆除中隔壁時(shí)的不穩(wěn)定性產(chǎn)生較大安全隱患，實(shí)際施工中易發(fā)生臨時(shí)支撐變形致使導(dǎo)坑坍塌侵限現(xiàn)象，要嚴(yán)格施工工序控制措施。

5 監(jiān)控量測(cè)情況

監(jiān)控量測(cè)是整個(gè)施工過(guò)程中非常重要的部分，在該隧道的施工中發(fā)揮了巨大的指導(dǎo)作用。采用具有相關(guān)資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集整理，施工單位負(fù)責(zé)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)與日常保護(hù)[8]。對(duì)地表下沉、拱頂沉降和周邊收斂情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以斷面間距10 m為標(biāo)準(zhǔn)，所有測(cè)點(diǎn)保持在同一斷面，洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)埋入圍巖深度不小于20 cm，地表觀測(cè)點(diǎn)混凝土包裹。實(shí)際應(yīng)用情況：受黃土豎向節(jié)理發(fā)育特性，黃土隧道以拱頂沉降變化為主，周邊收斂變化不大，特殊地段如偏壓地段、片幫地段周邊收斂也需高度重視；經(jīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，拱頂沉降量基本在15 cm 以內(nèi)；水平收斂在5 cm 以內(nèi)，設(shè)計(jì)預(yù)留變形20 cm，滿足施工需要。在實(shí)際監(jiān)控中，發(fā)現(xiàn)同等地層下仰拱距掌子面超過(guò)20 m 后拱頂沉降速率明顯變大，故建議黃土隧道施工中，仰拱與上臺(tái)階步的距離應(yīng)該不超過(guò)20 m。

6 效果評(píng)價(jià)

隧道淺埋段施工段落長(zhǎng)，CD 法各部獨(dú)立封閉成環(huán)的時(shí)間短，結(jié)構(gòu)受力小，施工時(shí)隧道整體下沉較小，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)；利用現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備通過(guò)工序循環(huán)有序銜接月進(jìn)尺可達(dá)30 m，進(jìn)度較慢但基本滿足淺埋段施工要求；通過(guò)監(jiān)控量測(cè)變形速率的變化可隨時(shí)調(diào)整各個(gè)導(dǎo)坑的開挖進(jìn)尺，及時(shí)增加臨時(shí)支護(hù)，有效控制圍巖變形。在該隧道洞口淺埋段設(shè)計(jì)優(yōu)化及地表沖溝淺埋段處治后，實(shí)際成效顯著，開挖后掌子面未出現(xiàn)崩塌、掉塊，土體含水量也有效降低，初支滴滲水明顯減少，拱頂沉降在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，基底承載力提高，整體施工安全風(fēng)險(xiǎn)變低，工人的施工效率也大幅改善。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）水對(duì)黃土隧道施工的影響很大，及時(shí)引排是關(guān)鍵，嚴(yán)禁散排，同時(shí)加強(qiáng)防排水施工質(zhì)量，有效降低施工病害，尤其是縱向盲管與橫向盲管三通連接質(zhì)量、防水板接縫焊接質(zhì)量、縱向盲管土工布防水板包裹質(zhì)量、仰拱與二襯結(jié)合部清理質(zhì)量是防排水檢查的重點(diǎn)，確保排水系統(tǒng)完整流暢。

（2）監(jiān)控量測(cè)是黃土隧道施工的關(guān)鍵工序，拱頂沉降數(shù)據(jù)對(duì)工序的指導(dǎo)意義重大，安全步距控制、開挖進(jìn)尺控制、臨時(shí)加強(qiáng)處理等均與監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)息息相關(guān)。仰拱距上臺(tái)階步距是控制圍巖變形保證初期支護(hù)穩(wěn)定的重要控制手段，結(jié)合實(shí)際控制在20 m 為宜。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如在收斂較大的時(shí)候要進(jìn)行臨時(shí)仰拱。