洞口小型溜塌體黃土隧道進洞技術研究

馬 帥

（中鐵二十局集團市政工程有限公司，甘肅 蘭州 730046）

1 引言

隨著國家西部大開發(fā)政策的推行，近些年來中西部地區(qū)的基礎設施建設加快了步伐，其中橫跨陜甘寧地區(qū)的黃土高原分布有面積廣闊的濕陷性黃土，其表層部分在雨水長期的沖刷下形成大大小小的溜塌體，成為了工程施工的攔路虎。尤其是當隧道洞口位于溜塌體時，進洞施工難度較大，安全風險極高。文章通過某鐵路隧道洞口位于小型溜塌體進洞的實例，提出了一種全新的安全、環(huán)保的進洞理念，為類似工程提供了一種新的思路。

2 工程概況

蒙西到華中煤運鐵路是國內一次建成最大規(guī)模的運煤專線，線路北起內蒙古浩勒報吉，終點到達江西省吉安，線路全長1 837 km，規(guī)劃設計輸送能力為2億噸/年?？缭矫伞㈥?、晉、豫、鄂、湘、贛七省區(qū)，投資概算1 700億元，是繼大秦線(山西大同至河北秦皇島)之后國內又一條超長距離的運煤大通道。

蒙華鐵路某隧道位于陜西省延安市境內，隧道全長1 369 m，最大埋深138 m，為單z洞雙線隧道。隧道進口處地質情況為第四系上更新統砂質新黃土，淺黃色，硬塑，呈松軟結構。

洞口處穿越小型溜塌體上部，根據現場開挖揭示表層土為砂質新黃土，下層為黏質老黃土，新老黃土交界面較明顯。地表水通過交界面滲透出地表，導致溜塌體坡腳前緣土體含水量較高，局部達到液限，呈流塑狀。

3 設計變更情況

該隧道進口原設計采用常規(guī)A108大管棚超前支護措施進洞，明洞長11 m，洞門采用直切式明洞門。業(yè)主組織的現場地質核對時發(fā)現原地表出現輕微裂縫，小型溜塌體前緣富水，局部土體含水量已達飽和狀態(tài)?？紤]到按照原設計施工進洞風險極高，施工難度大，業(yè)主召集設計院及施工單位對此進行了設計變更。變更后暗洞長度延長22 m，洞門變更為端墻式洞門。洞口左側溜塌體前緣土體采用三七灰土換填并夯實，開挖工法采用護拱暗挖法，護拱基礎下設置A89鋼管樁，鋼管樁下部嵌入硬質黏土層不小于2 m。取消長管棚超前支護措施，進入暗洞后超前支護措施采用密排小導管。

4 施工過程

4.1 方案概述

由于該隧道進洞施工時已接近冬季，考慮到洞口附屬工程冬季施工保溫措施投入大，費用高，施工單位決定對設計方案進行優(yōu)化，在保證安全前提下加快進度，提早進入暗洞施工。經過多方案比選，最后決定采用初支逆作法，即首先施做地表以上部分的初支結構，其次施工護拱結構，最后反壓回填后進行暗洞掘進的施工順序。

4.2 溜塌體前緣體三七灰土換填

線路左側溜塌體前緣土體含水率較高，局部達液限狀態(tài)。設計采用的軟弱地基加固方法為機械挖除后換填三七灰土并分層夯實，現場實際開挖揭示軟弱土層厚度約1.5~2 m。軟弱土層底部為黏質老黃土，堅塑狀，圍巖穩(wěn)定性較好。分層夯實每層虛鋪厚度不大于30 cm，由于場地面積較小，作業(yè)空間有限，采用蛙式打夯機進行夯實。石灰采用新鮮消石灰粉，其顆粒不得大于5 mm，且不得含有未熟化的生石灰顆粒及其他雜質，也不得含有過多的水分。

4.3 架設地表以上部分格柵拱架并噴射混凝土

對原地表進行清表后測量人員放出拱腳部位邊線并做標記，根據拱架高度搭設鋼管架作業(yè)平臺架設鋼架，拱架采用H230四肢格柵鋼架，拱架間距0.6 m，拱架之間設置B22縱向連接筋，環(huán)向間距1 m，與格柵拱架主筋采用單面焊，焊縫長度22 cm。拱架每個節(jié)點處設置4根A42壁厚5 mm無縫鋼管作為鎖腳錨管，單根長度6 m，管內灌注M30砂漿以增強管體剛度。拱腳處通長鋪設36a槽鋼以減少初支拱架的不均勻沉降。為保證初支結構與護拱有效連接，噴射混凝土前預埋錨固筋，錨固筋間距縱環(huán)向均為1.2 m，與鋼架焊接牢固。

初支砼采用掛底模法噴射，在鋼架內側滿鋪5 cm厚木板并固定牢固。格柵拱架與木模間設置3 cm厚墊塊，保證初支混凝土保護層厚度滿足設計要求。噴射作業(yè)采用鐵建重工HPS3016濕噴機械手，最大噴射效率30 m3/h。為保證施工安全，每次噴射分段長度不大于5 m。

4.4 護拱施工

護拱厚60 cm采用C30混凝土澆筑而成，內部設置B25環(huán)向主筋間距20 cm，縱向鋼筋B16間距20 cm。護拱基礎寬度1.2 m，厚0.6 m，基礎下設置3排A89鋼管樁，縱向間距1 m，單根長8 m，管內灌注1∶1水泥漿。

護拱施工前必須對已施做初支結構進行預加固，防止護拱澆筑過程中初支結構受力過大而產生較大沉降。護拱混凝土澆筑分兩次進行，先澆筑兩側護拱基礎及以上50 cm部分，再澆筑其余部分。澆筑采用天泵進行，澆筑過程中保證布料均勻左右對稱澆筑。護拱澆筑完畢及時覆蓋灑水保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護期為7天。

4.5 反壓回填及正洞掘進

護拱混凝土強度達到設計要求后開始進行線路左側及拱部反壓回填。反壓回填施工時要注意保證護拱結構兩側受力均勻。回填應分層夯實，每層厚度不大于20 cm?；靥钇陂g嚴密注意初支結構監(jiān)控量測情況，發(fā)現異常情況時及時采取應對措施。

反壓回填完畢后進行正洞掘進，開挖工法采用三臺階預留核心土法，臺階長度不大于5 m，初支成環(huán)距掌子面距離不大于1倍洞徑。

護拱段正洞掘進完畢后進入暗洞施工時，超前支護措施采用超前密排小導管，上臺階拱部150°范圍內設置A42壁厚3.5 mm無縫鋼管，環(huán)向間距20 cm，單根長4 m。管內灌注1∶1水泥漿。縱向每3榀拱架設置一環(huán)，鋼管外插角10~15°。

4.6 監(jiān)控量測情況

洞口段圍巖級別為Ⅴ級，襯砌類型為Ⅴb（土），監(jiān)控量測點布置間距為5 m，共設置1個拱頂沉降監(jiān)測點和2排周邊收斂監(jiān)測點。施工期間護拱段監(jiān)控量測數據見表1。

表1 護拱暗挖段監(jiān)控量測數據

施工期間拱頂最大沉降斷面為DK344+260，累計拱頂沉降值為49.8 mm。該斷面的累計沉降折線圖見圖1。

圖1 護拱暗挖段拱頂下沉量測數據折線圖

通過監(jiān)控量測數據分析可知，采用該方案施工期間，初支結構整體較穩(wěn)定，監(jiān)控數據時間-累計沉降值曲線走勢符合實際情況，前期初期支護結構未封閉成環(huán)時拱頂沉降較大，封閉后拱頂沉降值趨于穩(wěn)定。

5 初支逆作法優(yōu)點

隧道的常規(guī)進洞方式為先反壓回填后人工修整筑護拱的胎膜（俗稱土牛），再施工護拱，在護拱的保護下開挖并施做初期支護結構，為保證在冬季施工來臨前進入暗洞施工，搶抓工期，技術人員在研究了現場的實際情況后積極打破一般隧道進洞的常規(guī)思路，采用先施作部分初支結構作為護拱的底模，再施作上部護拱結構，最后進行暗洞開挖掘進。采用該方案的優(yōu)點有：

（1）縮短了進洞時間，加快了施工進度。按照原設計方案原地形需先分層回填再開挖出護拱底膜進而施作護拱。按照優(yōu)化后的方案，取消了反壓回填的工序及人工挖護拱底模及修整護拱輪廓的時間，大大加快了施工進度。確保在冬季施工來臨前進入暗洞。

（2）該方案根據原地形情況人工適當修整并整平后立架，鋼架分節(jié)部位根據地形起伏進行調整。實現了零刷坡，減少對地表擾動，實現了安全進洞。

（3）原設計方案，反壓回填后暗洞部分的土方在進行暗洞掘進時需要開挖運走。采用優(yōu)化后的方案節(jié)省了該部分土方的開挖運輸費用，為項目創(chuàng)造了效益。

6 結論

該隧道按照此方案實現了安全、快速、高效進洞，達到了既定的工期節(jié)點目標，總結主要有以下幾點注意事項：

（1）該方案中對小型溜塌體前緣體處理采用的是換填后三七灰土夯實，施工中必須保證施工質量，分層攤鋪后夯實，切實起到改善地基承載力的作用，減少工后沉降。

（2）初支鋼架采用H230格柵鋼架，根據原地形起伏設置分節(jié)部位，盡量減少由于開挖原狀土對原地表的擾動，減少溜塌體下滑的風險。

（3）必須保證初支鋼架的安裝質量，鎖腳錨管采用單根長度6 m的φ42無縫鋼管，每節(jié)點設置4根，鎖腳錨管注1∶1水泥漿加強管體的剛度。施做過程中嚴格控制鎖腳錨管的打設角度，切實起到“抬”拱架的作用。

（4）初支結構施作完成后及時進行拱頂沉降和周邊收斂等隧道監(jiān)控量測項目。發(fā)現數據異常時要及時采取加固補強等應急措施。

（5）護拱施作完成后待線路左側滑坡體前緣反壓回填至右側山體基本持平后方可進行暗洞掘進。

（6）洞口段圍巖較軟弱，開挖工法采用三臺階預留核心法，初支仰拱及時封閉成環(huán)，上、下臺階長度不大于5 m。初支仰拱及時封閉成環(huán)，距掌子面距離不大于1倍洞徑，確保施工安全。