雁門關(guān)隧道新黃土地表裂縫段施工技術(shù)

鄧伯科

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概況

北同蒲取直線鐵路雁門關(guān)隧道全長(zhǎng)14.085 km，起訖里程DK110+855～DK124+940。隧道最大埋深約820 m。雁門關(guān)隧道為單洞雙線隧道，隧道以直線通過(guò)，為人字坡，上坡坡度為7‰，DK120+980以后下坡坡度為3‰。線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:Ⅰ級(jí)鐵路、電力牽引、雙線、線間距4.4 m、旅客列車行車速度160 km/h，預(yù)留200 km/h。設(shè)計(jì)明洞長(zhǎng)35 m，進(jìn)洞里程為DK110+890。洞口段開(kāi)挖寬度為13.6 m。

隧道進(jìn)口經(jīng)過(guò)地層約680 m長(zhǎng)度范圍位于山前洪積扇內(nèi)通過(guò)，地層為新黃土，粗、細(xì)圓礫土。雁門關(guān)隧道縱斷面見(jiàn)圖1。

圖1 雁門關(guān)隧道縱斷面圖

2 地表裂縫現(xiàn)狀調(diào)查

2008年1月20日，在隧道掘進(jìn)至32 m處，發(fā)現(xiàn)洞口仰坡四周范圍外兩側(cè)噴射混凝土面出現(xiàn)縱向裂縫;約1個(gè)月后地表中線兩側(cè)各出現(xiàn)了1條～2條與隧道中心線平行的縱向裂縫，而且隨著隧道開(kāi)挖的推進(jìn)，裂縫也隨之向前發(fā)展，且對(duì)應(yīng)掌子面前方地表處也出現(xiàn)1條～2條橫向裂縫，與縱向裂縫連通，裂縫形成環(huán)向包圍狀。隧道開(kāi)挖后變形較大，施工受阻。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，裂縫長(zhǎng)度約為270 m(DK110+890～DK111+160)，隧道埋深在4.8 m～62 m之間。地表裂縫與隧底的傾角在45°～60°之間。裂縫深度在2 m～8 m(采用鋼筋接長(zhǎng)法，有一定局限性)。地表裂縫范圍地面沉降值為92 mm～250 mm。地表0 m～1 m范圍裂縫寬度為4 cm～8 cm，1.5 m～2 m處的裂縫寬度2 cm～4 cm。

3 地表裂縫產(chǎn)生的原因分析

隧道施工時(shí)產(chǎn)生的地表裂縫主要是由于楔形滑動(dòng)體滑動(dòng)面剪裂或拉裂，并且首先開(kāi)裂是隧道周邊開(kāi)始逐漸向外或向上發(fā)展。在地表裂縫隨楔形滑動(dòng)體變形而張開(kāi)，在地層內(nèi)部主要表現(xiàn)為錯(cuò)動(dòng)。其中橫向裂縫在開(kāi)挖面前先張開(kāi)，在開(kāi)挖面到達(dá)和通過(guò)后隨地層變形裂縫又閉合。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)資料表明，地表裂縫開(kāi)裂較大的地段拱頂下沉值較大，兩者相互對(duì)應(yīng)。隧道地表裂縫基本發(fā)生于地表沉降值為100 mm左右。由于淺埋段地質(zhì)為新黃土，地基承載力較弱，在仰拱封閉成環(huán)前覆蓋層土體自重會(huì)造成隧道的整體受壓下沉，因此應(yīng)盡可能在隧道開(kāi)挖后仰拱緊跟掌子面閉合成環(huán)，從根本上改善隧道開(kāi)挖后的整體受力結(jié)構(gòu)以減少整體下沉。

與開(kāi)挖工序的關(guān)系:隧道地表開(kāi)裂沉降是隨隧道內(nèi)的開(kāi)挖進(jìn)行而發(fā)展，待仰拱閉合成環(huán)后逐漸趨于穩(wěn)定。

與地表水的關(guān)系:一旦有地表水，地表就有下沉趨勢(shì)，由此可見(jiàn)地表水對(duì)地表開(kāi)裂下沉有直接關(guān)系，會(huì)造成地表覆蓋層土體重量加大，加快隧道下沉，因此對(duì)淺埋黃土隧道地表應(yīng)進(jìn)行全封閉覆蓋防水處理。

4 地表裂縫的處治措施

為了保證隧道建成后鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，必須對(duì)地表裂縫進(jìn)行妥善處理，保證隧道的覆蓋層密實(shí)，無(wú)潛在的空洞和裂縫，否則在雨水的長(zhǎng)期侵蝕和沖刷下，容易在覆蓋層深處沿著裂縫形成陷穴等，導(dǎo)致雨水能直接侵蝕隧道主體并降低了圍巖的承載能力，影響隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

4.1 裂縫表面處理

在裂縫表面用人工將雜物清除，清理寬度順裂縫左右寬30 cm，在裂縫走向范圍挖一矩形溝槽，深5 cm，寬10 cm。

4.2 裂縫處理施工方法

1)采取壓注水泥漿:由于考慮到裂縫中容易填塞其他的雜物，不利于漿液流動(dòng)，因此采用壓注水泥漿。按一定間距打入預(yù)埋注漿管，然后進(jìn)行注漿:注漿順序采用先壓注較寬的裂縫，再注較窄的裂縫。水灰比控制在0.8～1，出漿口必須深入裂縫不少于1 m(采取預(yù)埋注漿管)，壓力控制在0.5 MPa以內(nèi)，注漿間距(預(yù)埋注漿管)控制在50 cm。注漿量較大時(shí)，應(yīng)暫停漿液待凝固后再進(jìn)行注漿。

2)注漿后表面處理:壓漿后，裂縫地面采用M10水泥砂漿抹面，做成圓弧狀，防止雨水浸入。詳見(jiàn)裂縫頂部處理示意圖2。

圖2 裂縫頂部處理示意圖（單位：cm）

4.3 裂縫處理工況

地表裂縫處理前工況見(jiàn)圖3，裂縫處理后工況見(jiàn)圖4。

圖3 地表裂縫處理前工況

圖4 裂縫處理后工況

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

5.1 地表處理

1)做好地表防排水系統(tǒng)。對(duì)由于洞內(nèi)沉降形成的地表低洼地段，必須進(jìn)行地表漿砌片石鋪砌，防止地表水淤積而下滲。

2)待地表沉降變形穩(wěn)定后，及時(shí)對(duì)已形成的裂縫采用壓漿的方法及時(shí)進(jìn)行封閉。

5.2 洞內(nèi)施工措施

主要采取“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、早成環(huán)、勤量測(cè)”的施工原則。

1)嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺:一般控制在60 cm以內(nèi)。采用臺(tái)階法施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制臺(tái)階長(zhǎng)度，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)橫撐和豎撐，防止變形過(guò)大造成塌方。

2)保證鎖腳錨管的施工質(zhì)量，適當(dāng)增加鎖腳錨管數(shù)量，且保證鎖腳錨管的下傾角不小于30°。針對(duì)施工中鎖腳錨管不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，創(chuàng)新鋼架鎖腳工藝:即在每榀上、中、下導(dǎo)鋼架外輪廓焊接1塊～2塊25 cm×45 cm鋼板，機(jī)械打設(shè)2個(gè)～4個(gè)φ50 mm錨管孔，將鎖腳錨管穿入孔中打設(shè)，尾端并用“L”形φ22螺紋鋼焊接牢固，詳見(jiàn)圖5。

圖5 鎖腳錨管施工大樣圖（單位：mm）

3)加強(qiáng)鋼架支護(hù)，必須保證鋼架各單元連接牢固，接頭板密貼;鋼架間采用12 mm槽鋼連接，環(huán)向間距為50 cm，從而提高鋼架支護(hù)體系整體受力。

4)仰拱、二襯緊跟:仰拱距掌子面的距離控制在25 m以內(nèi)，二襯距掌子面的距離控制在50 m以內(nèi)。

5)加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)，每天觀測(cè)不少于兩次，每個(gè)斷面的觀測(cè)點(diǎn)不少于5個(gè)，每3 m～5 m布設(shè)一個(gè)斷面，及時(shí)反饋量測(cè)結(jié)果，便于指導(dǎo)施工。

6)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)用水管理，嚴(yán)禁浸泡初期支護(hù)基礎(chǔ)造成下沉。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)雁門關(guān)隧道新黃土段的處理施工，初步找到了地表裂縫產(chǎn)生的一些規(guī)律，通過(guò)施工中的一些處理措施，保證了隧道施工安全及結(jié)構(gòu)安全，為以后施工提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

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