許王亮
(中鐵北京工程局集團(tuán)第一工程有限公司,西安 710000)
在隧道施工中,特別是洞口處于山體覆蓋層厚淺埋偏壓段時(shí),隧道進(jìn)洞處理方案一直是隧道施工的難點(diǎn)[1]。目前,已經(jīng)有很多專家學(xué)者對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。趙慧龍[2]采用數(shù)值模擬的方法比較全斷面法和臺(tái)階法開(kāi)挖對(duì)洞口段地表位移、圍巖變形和應(yīng)力進(jìn)行綜合分析,最終提出了確定了經(jīng)濟(jì)合理的施工參數(shù);吳子瀛[3]通過(guò)比較明洞、回填暗挖、半明半暗3 種進(jìn)洞方案,最終認(rèn)為半明半暗進(jìn)洞方案更適合大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工;王建秀等[4]考慮4 種不同連拱-邊坡作用模型,按強(qiáng)度折減法分析了邊坡穩(wěn)定性,其認(rèn)為三導(dǎo)洞工法更適合偏壓洞口段施工。針對(duì)淺埋偏壓隧道極易受地形條件的影響,容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,施工難度和風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題,本文以大涼山1 號(hào)隧道為工程背景,分析隧道偏壓形成條件與判斷條件,最終提出淺埋偏壓段隧道洞口段施工技術(shù)方法,并對(duì)處理中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行具體介紹。
大涼山1 號(hào)隧道全長(zhǎng)15.3 km,隧址位于四川省涼山彝族自治州雷波縣谷堆鄉(xiāng)。隧址區(qū)屬侵蝕構(gòu)造高山地貌,地貌基本形態(tài)主要受地質(zhì)構(gòu)造控制,并與地層巖性密切相關(guān),擬建隧址區(qū)高山逶迤,穿過(guò)背斜核部,為典型背斜成山地貌,“V”形橫向谷比較發(fā)育,植被一般,隧道進(jìn)口段原地形見(jiàn)圖1。隧道設(shè)計(jì)為雙向分離式越嶺隧道,總體構(gòu)造為兩背斜加一向斜加F1、F2斷層,不良地質(zhì)主要為巖溶、不良?xì)怏w、膨脹軟巖、斷層;洞口植被稀少,多為雜草,主要地層為崩坡積塊、碎石土,覆蓋層平均厚度為16 m,屬于淺埋隧道。
一般,隧道偏壓指隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)某一部分受力較大的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的原因可以大致歸結(jié)為兩個(gè)方面:(1)人為因素。由于施工方法不當(dāng),掌子面局部塌方,引起部分支護(hù)結(jié)構(gòu)上應(yīng)力集中,最終導(dǎo)致隧道偏壓。(2)地質(zhì)因素。地質(zhì)因素還可以分為地形和地層兩種因素。傍山而建且淺埋的隧道洞口段易產(chǎn)生偏壓情況。除此之外,在巖石節(jié)理廣泛發(fā)育,自穩(wěn)能力較差的地層中施工,若施工方法不當(dāng)且對(duì)不良地質(zhì)情況沒(méi)有進(jìn)行合理處置,一旦受到干擾,沿層理面巖石出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),進(jìn)而出現(xiàn)塌方等施工安全事故,并造成隧道偏壓。
不同原因?qū)е碌钠珘盒枰獞?yīng)用不同的判斷條件。開(kāi)挖不當(dāng)、支護(hù)不及時(shí)造成掌子面局部塌方,或支護(hù)結(jié)構(gòu)回填不實(shí)等均有可能引起人為原因的隧道淺埋偏壓; 當(dāng)所建隧道處于松散破碎圍巖地段(以III、IV 級(jí)圍巖為代表,Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)要特別注意)、地表坡度較大等地質(zhì)條件時(shí),需要注意淺埋偏壓對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。
隧道洞口段淺埋偏壓常用處置措施為削坡、減載。該方法通過(guò)削減偏壓邊坡土體,從而達(dá)到降低邊坡壓力的目的。需要指出的是,當(dāng)隧道開(kāi)挖范圍較小時(shí),治理效果較差,且可能造成新的邊坡滑移;當(dāng)開(kāi)挖范圍較大時(shí),施工成本較高,且不滿足文明施工的要求。由于本項(xiàng)目右洞設(shè)計(jì)無(wú)明洞,需將暗洞明做,若使用削坡、減載的方法,在開(kāi)挖時(shí)反而增大偏壓的臨空面,使山體滑坡的風(fēng)險(xiǎn)反而加大,因此,常用的處理方法不能使用在本項(xiàng)目。因此,本文提出了一種大斷面隧道淺埋偏壓洞口段施工的新方法。
1)洞口施工流程包括:隧道右洞二灰土反壓回填;截排水溝施工并對(duì)洞頂?shù)乇碜{加固;洞頂抗滑樁施工;洞口路塹墻施工;開(kāi)挖洞口時(shí)對(duì)洞口邊仰坡進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴支護(hù);超前大管棚施工;隧道暗洞開(kāi)挖、初期支護(hù);隧道底基礎(chǔ)換填(注漿加固);仰拱、仰拱回填施工以及明洞襯砌施工;并回填洞門,最后進(jìn)行暗洞施工。
2)抗滑樁:在洞口左側(cè)5 m 外設(shè)置抗滑樁,右洞設(shè)置5 根長(zhǎng)26 m 的B 型抗滑樁,每根抗滑樁間距5 m,截面尺寸為2.0 m×3.0 m,見(jiàn)圖2??够瑯稙橐环N阻斷滑動(dòng)面相對(duì)移動(dòng)的樁形結(jié)構(gòu),能承受較大橫向滑坡力。十分適用于裂隙發(fā)育不完全、完整性較好的巖體或滑動(dòng)面較單一、傾角小,且滑動(dòng)面以下為較完整的基巖??够瑯妒┕で白龊脴秴^(qū)地表截、排水及防滲工作,采用人工挖孔時(shí)需注意間隔開(kāi)挖,嚴(yán)禁在雨季施工。挖孔過(guò)程中,應(yīng)對(duì)斜坡進(jìn)行觀測(cè),并根據(jù)變形情況調(diào)整開(kāi)挖速度。
3)二灰土反壓回填:反壓回填通過(guò)改變隧道地形地貌,削弱偏壓作用,達(dá)到減小隧道應(yīng)力集中的目的,見(jiàn)圖3。一般,二灰土采用廠拌法生產(chǎn),沿右側(cè)洞口山坡分層回填、碾壓和夯實(shí)。填料采用穩(wěn)定性良好的土塊,石灰、粉煤灰和土的配比分別為12%∶35%∶53%。拱頂覆土厚度應(yīng)大于或等于3 m,當(dāng)回填到頂層后要考慮設(shè)計(jì)排水坡度,保證回填段不積水。
4)地表注漿加固:該方法要求注漿寬度超出開(kāi)挖直徑3~5 m 以上,注漿長(zhǎng)度超出偏壓段長(zhǎng)度5~10 m 以上;注漿孔按梅花形布置,縱、橫間距1.0 m×1.0 m,注漿深度5~9 m。對(duì)注漿漿液并無(wú)特殊要求,一般為單液水泥漿,特殊情況某些特制的化學(xué)漿液增強(qiáng)黏聚力。
5)擋墻加固及邊坡開(kāi)挖:一般配合二灰土反壓回填使用,通過(guò)抵擋仰坡下滑,從而達(dá)到消減偏壓對(duì)安全施工的影響。洞口開(kāi)挖后需及時(shí)施作擋墻,保障洞口段施工安全。洞口注漿完成、反壓回填、擋墻、抗滑樁驗(yàn)收合格后,進(jìn)行洞口邊仰坡開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)自上而下分層開(kāi)挖,每層開(kāi)挖高度2.0 m,邊仰坡采用錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土封閉,開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行防護(hù),隨開(kāi)挖分層及時(shí)施作。
6)超前大管棚支護(hù)。洞口淺埋段位于斷層破碎地層中,應(yīng)采用大管棚預(yù)注漿使破碎巖體形成緊密整體,增加施工安全性。一般,大管棚施工作業(yè)先施作導(dǎo)向墻,導(dǎo)向管安裝前定位要準(zhǔn)確無(wú)誤,導(dǎo)向管安設(shè)后要精確復(fù)核,保證安裝準(zhǔn)確。
對(duì)于淺埋偏壓隧道,目前采取的措施包括超前支護(hù)、分步開(kāi)挖、加強(qiáng)初支、增強(qiáng)二襯以及提前施作二襯等。除此之外,針對(duì)地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的偏壓隧道,還應(yīng)同時(shí)加基地注漿、鋼管樁等措施增強(qiáng)地基承載力,并同步加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。本文提出的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾種:(1)超前支護(hù)的措施,加長(zhǎng)加密超前錨桿,超前小導(dǎo)管注漿配合鋼支撐等。(2)隧道分步開(kāi)挖,眾多工程實(shí)例證明,全斷面法并不適用于偏壓隧道開(kāi)挖。通常的做法是將大斷面開(kāi)挖轉(zhuǎn)變?yōu)槎啻涡嗝骈_(kāi)挖,減少對(duì)地層的擾動(dòng),逐步釋放地層應(yīng)力,如多臺(tái)階法和單側(cè)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。開(kāi)挖應(yīng)開(kāi)挖隧道偏壓一側(cè),釋放圍巖應(yīng)力,再開(kāi)挖另一側(cè)。同時(shí)縮短每次開(kāi)挖進(jìn)尺,減輕對(duì)圍巖擾動(dòng)。(3)加強(qiáng)初期支護(hù)的措施,于偏壓側(cè)增設(shè)徑向小導(dǎo)管或錨桿,適當(dāng)增加偏壓側(cè)初支設(shè)計(jì)厚度,采用高強(qiáng)度混凝土,增強(qiáng)初支鋼架間的縱向連接強(qiáng)度,充分發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)的作用。(4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),由于偏壓隧道圍巖變形發(fā)展迅速,因此,適當(dāng)加密量測(cè)斷面和量測(cè)頻率,及時(shí)處理量測(cè)信息,根據(jù)拱頂下沉等位移信息判斷偏壓段隧道的施工是否滿足安全要求,并采取相應(yīng)技術(shù)措施,對(duì)保證安全施工至關(guān)重要。
大斷面隧道淺埋偏壓洞口段由于偏壓導(dǎo)致圍巖變形,地質(zhì)災(zāi)害常發(fā),嚴(yán)重威脅施工安全。隧道的偏壓是施工因素、地質(zhì)因素和地形因素綜合作用導(dǎo)致的,在實(shí)際施工中應(yīng)及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工,采取相應(yīng)措施。合理的施工順序和加固措施尤為重要。選擇增設(shè)抗滑樁、二灰土反壓回填、地表注漿加固,結(jié)合邊坡?lián)鯄统爸ёo(hù)的綜合方法降低山體滑坡對(duì)施工安全的影響。加強(qiáng)隧道洞口段洞內(nèi)變形以及地表沉降的監(jiān)控量測(cè),根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),判斷隧道施工是否安全并采取相應(yīng)措施。