黃土隧道淺埋段施工技術(shù)

牛新有

【摘 要】隧道淺埋段由于隧道頂面覆蓋的圍巖較薄，完整性較差，特別是黃土隧道淺埋段，圍巖地質(zhì)條件更為不良，黃土陷穴、直切沖溝等地質(zhì)問題時(shí)常存在，開挖中容易引起地表沉陷，直接影響隧道的安全掘進(jìn)，本文以新建蘭州至合作鐵路黃家?guī)X隧道淺埋段施工為實(shí)例，介紹隧道穿越黃土淺埋地段的施工技術(shù)，以期對(duì)類似工程有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】隧道；淺埋；黃土陷穴；大管棚

中圖分類號(hào)： U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）16-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.040

【Abstract】due to the thin surrounding rock covering the roof of the tunnel，the integrity is poor，especially the shallow buried section of the LOESS tunnel，and the geological conditions of the surrounding rock are even worse. Geological problems such as the LOESS pit and the straight cut gully often exist，and it is easy to cause surface subsidence during excavation.This paper takes the construction of the shallow buried section of the new Huangjialing tunnel from Lanzhou to the cooperative railway as an example，sand introduces the construction technology of the tunnel through the shallow buried area of LOESS，so as to have a certain reference for similar projects.

【Key words】Tunnel；Shallow burial；Yellow soil trap；Pipe shed

1 工程簡介

新建黃家?guī)X隧道全長5881米，隧道出露地層主要為第四系全新統(tǒng)錯(cuò)落堆積砂質(zhì)黃土，塊石土、沖積砂質(zhì)黃土、粗圓礫土、卵石土，下伏基巖為上第三系泥巖、砂巖等。DK54+000～DK53+934段隧道埋深1.64～35m，圍巖為第三系泥巖。開挖至DK54+049掌子面節(jié)理發(fā)育，有滲漏水現(xiàn)象，基巖頂板比較薄弱，通過TSP隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，地下水弱發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性有變差的趨勢，基巖面較原設(shè)計(jì)驟降，隧道拱頂位于基巖與黃土交界面，隧道施工易發(fā)生坍塌、冒頂，為保證隧道施工及運(yùn)營安全，設(shè)計(jì)建議對(duì)DK54+049～DK53+934段支護(hù)措施進(jìn)行加強(qiáng)，并對(duì)黃土陷穴進(jìn)行處理，強(qiáng)化地表及隧道內(nèi)的防排水措施。

2 施工總體方案

施工前組織相關(guān)人員對(duì)淺埋段原地貌以及裸露巖體進(jìn)行仔細(xì)勘查，組織測量組對(duì)該淺埋段進(jìn)行地形測繪，繪制地形圖，將勘查測繪結(jié)果與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)一步明確有關(guān)問題，研究制定切實(shí)可行的施工方案，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和培訓(xùn)。

施工中做好洞內(nèi)洞外結(jié)合，強(qiáng)化洞外拱頂兩側(cè)20m范圍內(nèi)地表空洞陷穴回填灌漿并做好引、排水設(shè)施，防止地表水滲漏進(jìn)，確保洞內(nèi)施工安全。在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)洞內(nèi)圍巖支護(hù)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)， DK54+000～DK53+970、DK53+929～DK53+959兩段拱部采用φ89管棚超前預(yù)支護(hù)、超前小導(dǎo)管探孔注漿、鋼拱架加密、反壓回填等措施。并加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做好超前鉆探，動(dòng)態(tài)掌握圍巖變化，根據(jù)圍巖變化隨時(shí)調(diào)整施工方法。

3 施工方法

3.1 隧道洞外施工

3.1.1 灌漿及回填

對(duì)洞外黃土陷穴空洞、出水暗溝，進(jìn)行灌漿回填，確保拱頂上方暗溝空洞回填密實(shí)，防止拱頂出現(xiàn)空洞，造成冒頂及坍塌事故的發(fā)生。DK53+985處黃土陷穴先用M20砂漿回填1m，砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后采用2%水泥土回填，周圍陷穴群也用2%水泥土進(jìn)行回填，按照規(guī)范要求分層夯實(shí)，表層0.5m范圍內(nèi)采用三七灰土回填夯實(shí)。

DK53+985～DK53+943段出水暗溝采用地表鉆孔灌漿法回填，在隧道拱頂20m范圍內(nèi)采用梅花型布置孔位，孔位橫縱向間距均為1.5m，鉆孔采用小型洛陽鏟，成孔直徑0.5m，成孔后用M20砂漿通過灌漿管將砂漿注入底層中，采用同排隔孔錯(cuò)開灌漿的方式，使其充分流入出水暗溝內(nèi)，利用砂漿液速凝且凝固時(shí)間可控，砂漿液結(jié)石率高，結(jié)石體早期強(qiáng)度大的特性，砂漿以填充、滲透和擠密等方式，迅速填實(shí)暗溝，并與周圍黃土迅速凝結(jié)，形成結(jié)石體，使原來松散的黃土膠結(jié)成一整體，提高自穩(wěn)能力，從而保證隧道開挖安全。暗溝頂灌漿孔灌漿后，待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，灌漿孔采用水泥土夯實(shí)回填，夯實(shí)采用卷揚(yáng)式梨型錘，保證灰土壓實(shí)度。

3.1.2 地表排水

地表陷穴及暗溝灌漿回填完成后，修筑臨時(shí)截、排水溝等設(shè)施，防止施工期間地表水匯聚侵泡洞頂，地表臨時(shí)排水設(shè)施完成后，進(jìn)行洞內(nèi)施工，待洞內(nèi)二襯施工完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，對(duì)陷穴漏斗地形回填順坡，修筑永久性混凝土排水渡槽，將影響范圍內(nèi)地表水引排至右側(cè)沖溝，使地表排水通暢，防止積水浸泡隧頂，確保隧道主體結(jié)構(gòu)的安全。

3.1.3 沖溝處理

DK53+943處“V”字型沖溝，水流沖刷嚴(yán)重，待暗挖施工通過后對(duì)沖溝地表50米范圍采用C20混凝土鋪砌，混凝土厚度為50cm，避免山洪沖刷，確保運(yùn)營期間安全。

3.2 隧道洞內(nèi)施工

3.2.1 超前大管棚

在黃土陷穴及沖溝兩處淺埋地段（DK54+000～DK53+970和DK53+959～DK53+929），采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，管棚布設(shè)在隧道拱頂120°范圍內(nèi)，管棚采用Φ89的無縫鋼管，管棚長30m，外插角3°，每環(huán)18根。由于單線隧道斷面空間有限，管棚施工長度較長，采用跟管法施工。

（1）管棚加工：大管棚所用鋼材的規(guī)格、型號(hào)、材質(zhì)要滿足設(shè)計(jì)要求和國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。采用φ89的無縫鋼管，壁厚6mm，材質(zhì)為Q235，管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠采用φ18螺紋鋼與固定環(huán)焊接，固定環(huán)設(shè)置間距為1.5m，鋼管間的連接通過車公母扣對(duì)接，每根鋼管的一端都車15cm長的外絲扣，鋼管間采用一根長30cm帶全內(nèi)絲扣的φ102、壁厚6.5mm的無縫鋼管進(jìn)行連接。加工長度每根2～3m不定尺加工，讓接頭自然錯(cuò)開，滿足在同一截面內(nèi)接頭數(shù)量≤50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1m。

（2）管棚工作室：洞身管棚施工前預(yù)先施做管棚工作室，管棚工作室應(yīng)綜合考慮鋼管外插角、使用機(jī)械型號(hào)、支護(hù)情況及施工可操作性。為了施工方便，保障鉆機(jī)移動(dòng)的靈活性及管棚的頂進(jìn)，斷面前方預(yù)留6m×0.5m管棚操作室。

（3）導(dǎo)向墻：為縮短施工時(shí)間，導(dǎo)向墻采用C25噴射砼，長度1m，導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)置3榀I16工字鋼拱架，鋼架間距為30cm，鋼架縱向采用φ22螺紋鋼焊接，環(huán)向間距0.5m，每榀鋼架打設(shè)雙鎖腳，與鋼架焊接牢固，導(dǎo)向管采用φ114鋼管與鋼架翼緣焊接，導(dǎo)向管設(shè)置角度為3°，長度為100cm。

（4）鉆孔：鉆孔是管棚施工的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，鉆孔質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到管棚的整體質(zhì)量，管棚鉆進(jìn)采用工程地質(zhì)鉆機(jī)全跟管施工，為確保鉆頭正確插入導(dǎo)向管，平臺(tái)臺(tái)階高度控制在3m左右，鉆機(jī)角度調(diào)節(jié)采用數(shù)顯角度儀控制，管棚鉆頭直徑為φ102，當(dāng)鉆頭前進(jìn)時(shí)管棚緊跟其后，馬上將孔填充，防止孔內(nèi)塌陷，當(dāng)每節(jié)管棚跟進(jìn)至尾部時(shí)及時(shí)連接下一節(jié)管棚，直至一次性鉆至設(shè)計(jì)深度。施工中認(rèn)真作好鉆進(jìn)過程的原始記錄，及時(shí)對(duì)孔口巖屑進(jìn)行地質(zhì)判斷、描述，作為開挖洞身的地質(zhì)預(yù)探預(yù)報(bào)依據(jù)指導(dǎo)洞身開挖。

（5）注漿：管棚注漿采用由左到右，奇偶數(shù)間隔注漿，即先按順序注奇數(shù)管，奇數(shù)管注漿完成后，再按順序注偶數(shù)管，注漿量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍空隙充填飽滿，注漿過程應(yīng)認(rèn)真做好記錄，以便分析解決施工中出現(xiàn)的問題。

3.2.2 隧道開挖

淺埋段隧道開挖仍按照新奧法原理施工，由于淺埋地段地質(zhì)圍巖穩(wěn)定性較差，且存在陷穴、沖溝，很難形成自承體系，容易造成坍方甚至冒頂事故，所以開挖時(shí)采用機(jī)械開挖，盡量減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，嚴(yán)禁爆破作業(yè)。開挖方法為短臺(tái)階法，上臺(tái)階長度控制到3～5m，下臺(tái)階控制在15～20m，每循環(huán)進(jìn)尺上臺(tái)階1榀，下臺(tái)階2榀，施工中解決好上下臺(tái)階的施工干擾問題，下部施工減少對(duì)上部圍巖、支護(hù)的擾動(dòng)，以確保開挖、支護(hù)質(zhì)量及施工安全。

3.2.3 支護(hù)

本淺埋段初期支護(hù)總體按照V加級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌施工，部分設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)處理，（1）鋼架：I16工字鋼鋼架，設(shè)計(jì)鋼架縱向間距0.8米調(diào)整為0.5米，全環(huán)設(shè)置；縱向采用Φ22螺紋鋼鋼筋連接，環(huán)向間距1米；（2）錨桿：拱部Φ25中空錨桿，邊墻Φ22砂漿錨桿；（3）鋼筋網(wǎng)：拱墻采用φ8鋼筋，規(guī)格為20×20cm；（4）噴射混凝土：C25噴射混凝土，全環(huán)厚度23cm；（5）鋼架鎖腳由原設(shè)計(jì)單鎖腳調(diào)整為雙鎖腳形式；（6）每循環(huán)開挖后及時(shí)封閉掌子面，采用C25噴射混凝土掛網(wǎng)封閉，混凝土厚度為10cm。

3.2.4 襯砌

本淺埋段二次襯砌總體按照V加級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌施工，部分設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)處理，（1）DK54+000-53+970段主筋采用Φ22螺紋鋼，原設(shè)計(jì)環(huán)向鋼筋縱向間距由25cm調(diào)整為20cm，縱向鋼筋環(huán)向間距為25cm，鋼筋保護(hù)層厚度5mm；（2）DK54+000-53+970段拱墻及仰拱的襯砌厚度由原設(shè)計(jì)40cm調(diào)整為45cm；（3）淺埋段環(huán)向透水盲管按富水區(qū)每5米布置一環(huán)。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)根據(jù)需要采用地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、TSP法等，地質(zhì)預(yù)報(bào)的信息及時(shí)分析并反饋給施工現(xiàn)場，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。監(jiān)控量測是隧道施工中關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)，淺埋段施工時(shí)將監(jiān)控量測作為關(guān)鍵工序列為現(xiàn)場組織，淺埋區(qū)段V級(jí)圍巖每5延米一個(gè)設(shè)量測斷面，每個(gè)斷面設(shè)5個(gè)測點(diǎn)；淺埋段隧道開挖后圍巖難以自穩(wěn)成拱，地表容易沉陷，地表沉降是施工過程中的控制重點(diǎn)，洞外地表處理完成后及時(shí)進(jìn)行地表沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)，在1-3倍的洞徑范圍進(jìn)行布點(diǎn)，斷面間距為5m，測點(diǎn)走向與線路方向垂直，間距2～5m，每個(gè)斷面布置11個(gè)觀測點(diǎn)，隧道中線附近密些，遠(yuǎn)離中線疏些，并做好觀測點(diǎn)的平時(shí)維護(hù)工作，避免測點(diǎn)的損壞，保證量測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及精度，量測數(shù)據(jù)及時(shí)分析處理、綜合評(píng)價(jià)，為施工提供準(zhǔn)確信息，確保施工安全。

5 施工關(guān)鍵注意事項(xiàng)

淺埋段施工過程超前管棚為關(guān)鍵工序，長管棚往往會(huì)由于地球的重力勢能而向下走，另外隧道一般都是有坡度的 ，如果角度過大管棚就達(dá)不到效果，角度過小開挖時(shí)會(huì)造成管棚侵限，所以導(dǎo)向管的傾角控制至關(guān)重要。在施工中導(dǎo)向管的安裝要運(yùn)用測斜儀及全站儀精確定位，并加強(qiáng)對(duì)鉆孔偏斜度的測量，專人盯控記錄，嚴(yán)格控制管棚打設(shè)方向。

6 結(jié)束語

通過對(duì)隧道地表黃土陷穴暗溝的合理處理，洞內(nèi)設(shè)置超前大管棚，強(qiáng)化地表及隧道內(nèi)的防排水，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)監(jiān)控量測等措施，有效防止了坍塌等事故的發(fā)生，保證了隧道安全掘進(jìn)，順利通過了該淺埋段施工，為后續(xù)的淺埋段和類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

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