隧道進口穿越淺埋滑坡體施工技術研究

何瀟洋

一、工程概況

甘肅渭源至武都高速公路鄧2#隧道，隧道最大埋深61m，頂部覆蓋厚3～5m的坡積碎石土層，右線全長686m。右線進口段位于岷江階地，坡面較平緩，表層覆蓋坡積碎石層，顆粒巖性以板巖為主，尖棱角狀，稍濕，中密；以下為階地沖洪積、角礫、碎石，稍濕、中密；下伏基巖為三疊系隆務河群的砂巖，灰褐色，中厚層狀構造，巖層較破碎。隧道主要在坡碎石土及強風化的板巖中開挖，圍巖無自穩(wěn)能力，成洞條件差。

二、施工方案

洞外山體坡腳位置的滑坡?lián)踝o工程和抗滑樁要最先施工，將地表清理干凈、整平以后，使用鋼管注漿加固的方式來對地表進行處理，采取此項措施的主要目的為對黃泥堆滑坡體的變形問題進行高效的抑制，樁背土體、抗滑樁受力段和樁兩側的摩阻力共同構成了拱效應，錨固力主要是由滑動面以下的錨固段來提供，實現(xiàn)對滑坡體的有效穩(wěn)定，防止出現(xiàn)從樁間滑出的問題，并實現(xiàn)對襯砌受力和隧道挖掘施工的高效控制。將樹枝狀截排水系統(tǒng)設置在隧道洞頂滑坡范圍之內(nèi)，地表水能夠以最快的速度從滑坡范圍之內(nèi)流出，做好滑坡范圍之內(nèi)的洼地、裂縫的夯實和整平工作，將地表水下滲問題控制在可控的范圍之內(nèi)。以超前大管棚支托為依據(jù)，使用三步短臺階留核心土法來完成進洞挖掘施工任務，在挖掘施工的同時，完成支護施工任務，使得封閉成環(huán)得以快速完成。

三、施工關鍵技術

1.抗滑樁施工

抗滑樁的施工程序：場地整平→放線、定樁位→挖第一節(jié)樁孔土方→綁扎護壁鋼筋、支模澆灌第一節(jié)商品混凝土護壁→在護壁上二次投測標高及樁位十字軸線→安裝活動井蓋、設置垂直運輸架、安裝電動葫蘆（或卷揚機）、吊土桶、潛水泵、鼓風機、照明設施等→第二節(jié)樁身挖土→清理樁孔四壁、校核樁孔垂直度和周邊尺寸→拆上節(jié)模板、綁扎第二節(jié)鋼筋、支第二節(jié)模板、澆灌第二節(jié)商品混凝土護壁→重復第二節(jié)挖土、支模、澆灌商品混凝土護壁工序，循環(huán)作業(yè)直至設計深度→對樁孔尺寸、深度、擴底尺寸、持力層進行全面檢查驗收→清理虛土、排除+孔底積水→在抗滑樁四周搭設雙排腳手架→綁扎樁身鋼筋→支模并澆灌樁身商品混凝土。

做好滑體坡面清理工作，將陡峭的坎壁和陡坡鏟除掉，填充好裂縫。在抗滑樁施工時，地面要事先進行大致的整平處理，在于山體靠近的一側要修建寬度保持在3m左右的平臺，設置3m高的漿砌片石臨時擋墻在孔樁靠山一側，在3m以上的位置處，使用噴涂混凝土的方式來設置坡面防護。為了有效預防松散滑坡體出現(xiàn)下移的情況，使用跳躍式間隔挖掘施工技術來完成抗滑樁施工任務，奇數(shù)號樁事先挖掘施工，在樁身混凝土澆筑施工結束以后，偶數(shù)號樁才開始挖掘施工。樁孔挖掘施工達到最低一層滑動面以下5m位置處時，將鋼筋籠下放，接著對樁身混凝土進行連續(xù)灌注施工?？够瑯堕_挖程序的具體情況詳見下圖1所示。

圖1 抗滑樁開挖程序（單位：cm）

2.抗滑擋墻及坡面防護施工

在滑坡體坡腳位置處，對M10漿砌片石抗滑擋墻采取分段施工的策略，抗滑擋墻的高度設置為4m，長度設置為240m，一個施工段的長度設置為15m左右。在抗滑擋墻施工結束以后，將土石填筑到抗滑擋墻的后面，已形成反壓的狀態(tài)，使其抗滑作用達到最佳的效果。M7.5漿砌片石坡面防護工程的具體施工位置為抗滑擋墻頂面至河岸防護頂線204.5m標高位置處，防護層的厚度設置為0.5m，并將0.2m厚的砂礫石墊層設置在防護層的下面，起到積極的防護作用。

3.加固地表

在加固地表時，使用的主要方法為注漿加固法，使用φ75鋼管開展地表注漿施工任務時，具體的施工位置為隧道中線左右側各5m和7m位置處，實現(xiàn)對塊石土和松散碎石土的高效固結。

（1）地表整平和清理干凈以后，在加固施工范圍之內(nèi)完成布孔施工任務，實現(xiàn)對單管理論注漿量的準確計算。

（2）鉆機運送到施工位置以后，及時完成鉆孔施工任務。開孔孔徑設置為φ9，鉆孔施工達到設計的標準以后，將灌漿管插入，結合現(xiàn)場試驗的具體數(shù)值來對注漿作業(yè)的注漿參數(shù)進行確定。地表注漿施工時，遵循的主要施工順序為從外到內(nèi)的施工順序，將止?jié){墻設置在注漿施工范圍的四周，使得漿液流失問題得到高效的抑制。地表注漿參數(shù)的具體情況詳見下表1所示。

表1 地表注漿參數(shù)

表2 大管棚注漿參數(shù)

4.大管棚施工

將大管棚作業(yè)平臺設置在洞口位置處，上斷面覆蓋層被清除干凈以后，開始澆筑大管棚C15混凝土導向墻，墻的寬度設置為2m，將三棍格柵鋼架設置在其內(nèi)部，做好導向管的預埋工作，確保其精確度滿足相關的要求。導向墻的施工強度達到八成左右時，使用KSD-25型水平定向鉆機完成拱部φ89大管棚施工任務，管棚的加固圍巖寬度設置為3m，環(huán)向間距要保持在0.5m左右，長度要達到35m左右。

為了更好地提高注漿施工質(zhì)量，需要進行以下幾個方面的參數(shù)設計：

（1）注入材料和配合比：注入材料采用水泥-水玻璃雙液體，水泥采用425普通硅酸鹽水泥，水玻璃采用ii型水玻璃，體積質(zhì)量為1.25g/cm3，水玻璃濃度為35be°，水泥水灰比為0.6：1～1：1，水泥和水玻璃漿體積比為1：0.5。

（2）注入壓力：0.5～1.2MPa。

（3）漿液擴散半徑：R=0.7×0.3=0.21m，取0.3m。

（4）單根鋼管注漿量：

式中：r為鋼管半徑，0.108/2=0.054m；L為鋼管長度，考慮與鉆機連接，取24m；R為漿液擴散半徑，取0.3m；H為地板孔隙率，堆積體測試為11%；α為漿液有效填充率，取0.9；β為漿液損耗系數(shù)，取1.15；在經(jīng)過計算后，一根鋼管的注入量：Q=0.992m3。

（5）注漿前應進行現(xiàn)場注漿試驗，參數(shù)通過試驗后可適當調(diào)整。

（6）技術措施：為加強管棚剛度，在鋼管內(nèi)放入鋼筋籠。

管棚開展壓注純水泥漿液時，在注漿施工以前，要及時完成注水試驗工作，使得后續(xù)的施工任務得以有序開展。在注漿施工全部完成以后，在對注漿量進行控制時，要結合壓力大小和理論計算值來完成相關的施工任務，大管棚注漿參數(shù)的具體情況詳見下圖2所示。

管棚管注漿孔間距按試驗結果確定，一般可取1.0～2.0m。漿液的初凝時間應根據(jù)地基土質(zhì)條件和管棚管注漿目的確定。在砂土地基中，漿液的初凝時間宜為5～20min；在黏土地基中，宜為1～2h。此外，管棚管注漿量和管棚管注漿有效范圍應通過現(xiàn)場管棚管注漿試驗確定，在黏性土地基中，漿液注入率宜為15%～20%；管棚管注漿點上的覆蓋土厚度應＞2m。對劈裂管棚管注漿的管棚管注漿壓力，在砂土中，宜選用0.2～0.5MPa；在粘性土中，宜選用0.2～0.3MPa。對壓密管棚管注漿，當采用水泥砂漿漿液時，坍落度宜為25～75mm，管棚管注漿壓力為1～7MPa。當坍落度較小時，管棚管注漿壓力可取上限值。當采用水泥-水玻璃雙液快凝漿液時，管棚管注漿壓力應小于1MPa。在進行人工填土施工過程中，應采用多次管棚管注漿，間隔時間按漿液的初凝時間根據(jù)試驗結果確定一般應≤4h。

5.挖掘施工與支護

（1）短臺階設置為三步式，將核心土留好，挖掘施工以人工環(huán)形挖掘施工為主。在管棚超前支護施工時，使用風鎬完成挖掘施工任務，每次挖掘施工的長度要保持在0.6m左右，并將一棍N1拱部格柵鋼架安裝到位，接著完成混凝土的初噴施工。在二次掛網(wǎng)完成以后，對混凝土進行復噴，厚度設置為20cm，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格間距設置為25cm。槽部挖掘施工達到10cm左右時，完成拱部φ42施工，鎖腳小導管和徑向小導管的環(huán)向間距設置為0.5m，在加固處理圍巖時，使用的主要方法為注漿施工法。

（2）拱部注漿達到一定強度以后，挖掘施工使用小挖掘機錯開施工策略，小挖掘機的機型比較小，沒有尾部，因此在隧道內(nèi)可以自由施工。臺階的長度要盡量控制在5m以內(nèi)，在一側挖掘施工結束以后，將邊墻格柵鋼架安裝就位，完成混凝土初噴施工任務，兩側掛網(wǎng)施工結束以后，對混凝土進行復噴施工。

（3）邊墻徑向小導管注漿施工達到預計強度以后，使用專用挖掘機完成挖掘施工任務，挖掘施工需要到隧道底部方可結束，同時完成邊墻格柵鋼架的安裝施工任務，按照設計的標準分次完成混凝土澆筑施工任務。

6.仰拱超前施工及混凝土填充

事先開展填充混凝土和仰拱施工的主要目的為對不良地質(zhì)隧道進行高效的處理，使其受力閉環(huán)得以快速形成，高效地抑制了隧道變形塌方問題和圍巖被破壞的問題。隧道出渣施工結束以后，在隧洞拱部注漿和養(yǎng)護的施工段內(nèi)，及時完成仰拱挖掘施工任務，并將混凝土及時的填充好。

7.二次襯砌及防水層施工

混凝土填充施工和仰拱施工結束以后，初期支護達到穩(wěn)定狀態(tài)時，將復合式防水板鋪設好。隧道二次襯砌施工與挖掘面的距離保持在30m左右，使用鋼筋混凝土完成襯砌施工任務。

在襯砌施工以前，先將鋼筋捆扎結實，依據(jù)先墻后拱的施工方法來完成簡易臺架搭設施工任務，使用的小塊組合鋼模板的數(shù)量為三套，混凝土的運輸車輛為兩臺，兩臺車輛交替施工。隧道水質(zhì)體現(xiàn)出了弱溶出性侵蝕的特點，因此對襯砌耐腐蝕混凝土的抗?jié)B等級進行設置時，要保持在S6以內(nèi)。經(jīng)過大量的實驗以后，對混凝土中添加耐腐蝕外加劑、石子、砂子和水泥的比例進行了科學的設置，使其達到最佳的施工效果。在通常情況里，養(yǎng)護的時間要保持在48h以上，當其強度達到6MPa左右時，才能將模板拆除掉，模板拆除以后，養(yǎng)生時間要保持在兩周以上。

四、結語

隧道洞口施工的過程中，邊墻會有小坍塌的問題發(fā)生，究其原因為在對地表注漿進行設計時，對加固寬度考慮不夠周全，使得側壓力在不斷增加時，出現(xiàn)了小坍塌的問題。在具體施工時，使用的補強措施為洞內(nèi)徑向注漿補強方式，將不良事件的發(fā)生機率控制到最低。在挖掘支護施工結束以后，仰拱和襯砌施工要及時完成，將施工支護造成的襯砌受力問題進行合理的管控。如果襯砌混凝土前期施工出現(xiàn)了裂縫問題的先兆，會隨著施工的不斷推移而演變成為裂縫問題，因此，要結合監(jiān)控所得數(shù)據(jù)信息，對支護參數(shù)進行事先修改，確保其強度與結構穩(wěn)定性要求完全一致，給二次襯砌施工創(chuàng)造絕佳的機會。