砂巖夾砂質(zhì)新黃土隧道進洞施工技術(shù)

樊 俊 明

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概述

1.1 工程概況

陽城隧道全長7 108.25 m，為單洞雙線隧道，隧道最大埋深207 m。隧道設(shè)置2座斜井，斜井長分別為439 m,725 m(平距)。隧道線間距變化范圍4.00 m～4.18 m。

1.2 地形地貌

隧道地處毛烏素沙漠向黃土高原過渡區(qū)，沿線地形受地臺抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，“V”字型沖溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，形成溝壑縱橫、支離破碎的特點，地形較為復雜，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地貌類型。

1.3 地質(zhì)情況

隧道進口位于陡坡上，進口自然坡角較陡，約70°。進口處基巖裸露，巖性為白堊系下統(tǒng)洛河組砂巖，其中153°∠80°張節(jié)理、250°∠60°張節(jié)理兩組節(jié)理對基巖穩(wěn)定性影響最大，易發(fā)展卸荷結(jié)構(gòu)面，發(fā)生崩塌、滑塌等現(xiàn)象。

1.4 工程背景及施工難點

陽城隧道進口仰坡地質(zhì)揭示為砂層上覆砂質(zhì)新黃土，按設(shè)計刷坡后采用噴錨臨時防護，大管棚進洞，施工工法采用三臺階大拱腳臨時仰拱法。在開挖支護完成8.25 m，準備下一循環(huán)開挖時，隧道仰坡右側(cè)出現(xiàn)溜塌，溜塌長度約15 m，高度約10 m，最大深度約3 m，溜塌土方約400 m3。同時洞內(nèi)已施工初支出現(xiàn)縱向和環(huán)向裂縫，裂縫呈樹枝狀，最寬10 mm，導致隧道進洞困難，存在極大的安全隱患。

2 洞口防護

2.1 應(yīng)急處理措施

出現(xiàn)溜塌現(xiàn)象后，立即撤出作業(yè)人員及設(shè)備，并安排專人負責仰坡上部土體監(jiān)測，確保安全。同時在洞內(nèi)增設(shè)了扇形鋼支撐，并進行土方回填，對溜塌體采用噴射混凝土進行封閉。

2.2 仰坡卸載及防護

砂質(zhì)新黃土具有多孔性、垂直節(jié)理發(fā)育、層理不明顯、透水性較強、濕陷性等特征，極易形成溜塌，在遇水后更為顯著，因此隧道仰坡應(yīng)分級設(shè)置，每級坡不宜過陡、過高，并設(shè)置緩沖平臺。一級仰坡坡率應(yīng)緩于其他仰坡坡率，使坡面形成緩沖坡。

仰坡開挖后應(yīng)及時施作永久防護，永久防護宜采用拱形骨架護坡、植物防護等防排水較好的方法，避免雨水進入坡面，造成坡面失陷、溜塌。

2.3 坡腳防護

為了確保洞口及邊仰坡穩(wěn)定，在仰坡坡腳設(shè)置一排鉆孔灌注防護樁，樁頂設(shè)置擋土墻。為了減少洞門邊坡的刷方，在洞門兩側(cè)設(shè)置鉆孔灌注防護樁，防護樁樁頂設(shè)置冠梁。洞口兩側(cè)擋土墻與縱向冠梁間設(shè)置拉梁，形成整體受力結(jié)構(gòu)，對仰坡形成永久支撐。

3 進洞技術(shù)

通過地質(zhì)鉆探及現(xiàn)場踏勘，隧道洞身主要為全～強風化砂巖，其中洞頂左側(cè)分布較厚，右側(cè)較薄，洞口掌子面地質(zhì)為砂層及砂質(zhì)新黃土，較潮濕、呈松散結(jié)構(gòu)。

3.1 超前支護施工

洞口段埋深淺，地質(zhì)軟弱松散，超前支護采用雙層支護方式。第一層采用超前大管棚，對開挖段山體進行超前預支護，并進行注漿，更好地加強管棚的支撐強度，增加裂隙間的粘結(jié)力；第二層采用超前密排小導管，對開挖面與超前大管棚之間圍巖進行超前預支護。

超前管棚和小導管施工完畢后，在隧道開挖上方形成了雙層承載拱，高壓注漿改善了圍巖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得被加固的圍巖密實，整體穩(wěn)定性增大，形成“殼狀”加固圈。

3.2 洞身開挖及支護

3.2.1洞身開挖

開挖工法采用三臺階臨時仰拱法，在上、中臺階均隔榀設(shè)置臨時仰拱，并相互錯開，保證每榀拱架均有臨時仰拱。斷面見圖1。

施工時，先對上臺階進行人工開挖，減小對圍巖的擾動，開挖進尺不得大于1榀拱架間距，預留核心土，然后快速立架、噴射混凝土，盡量縮短圍巖的暴露時間。為了減小拱頂下沉，可采用高強度塑料對拱架拱腳進行墊實。上臺階初期支護施工結(jié)束后，及時挖除核心土，施作臨時仰拱，使其形成臨時封閉環(huán)，提高拱架承載能力。

上臺階進尺3 m～5 m后，進行中臺階開挖，開挖時左右側(cè)錯開2 m～3 m。中臺階與上臺階施工順序相同，即開挖后及時安裝拱架、噴射混凝土、施作臨時仰拱。由于該隧道開挖過程中左側(cè)揭示地質(zhì)為松散砂層，自穩(wěn)能力差，故現(xiàn)場施作時縮短了開挖高度，將中臺階左側(cè)拱架分為兩節(jié)施作，從而縮小開挖面積，減小臨空面，降低圍巖暴露時間。

中臺階進尺3 m～5 m后，進行下臺階開挖，開挖時左右側(cè)錯開2 m～3 m，與上、中臺階施工順序相同。同時在下臺階拱架拱腳處沿隧道縱向設(shè)置通長[32槽鋼，能夠有效防止拱頂下沉及圍巖不均勻沉降。

下臺階開挖進尺3榀后，拆除上臺階第一榀臨時仰拱，進行仰拱開挖及支護，噴射混凝土施工結(jié)束后及時在仰拱內(nèi)回填土反壓。用相同方法逐榀循環(huán)作業(yè)，確保安全順利通過淺埋不良地段。

3.2.2支護參數(shù)

初期支護采用全環(huán)噴射C25混凝土，厚27 cm；布設(shè)單層φ8 mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)眼間距20 cm×20 cm；全環(huán)設(shè)Ⅰ20a鋼架，間距0.6 m/榀；每榀鋼架連接部位設(shè)置4根φ76 mm(t=5 mm)鎖腳錨管，長度6 m，鋼管內(nèi)灌注M30砂漿；相鄰兩榀拱架之間設(shè)置φ22 mm縱向連接筋，環(huán)向間距1.0 m。

3.2.3相關(guān)要求

1)開挖進尺不得超過1榀拱架間距；

2)仰拱初期支護距離掌子面不得大于兩倍洞徑，洞口段應(yīng)及時成環(huán)鎖扣；

3)臨時仰拱不得一次性拆除，與仰拱初期支護至少搭接1榀拱架；

4)仰拱初期支護施工24 m后，及時進行仰拱及仰拱填充施工。

4 監(jiān)控量測

4.1 監(jiān)控量測點的布置

洞內(nèi)監(jiān)控量測每個斷面布置5個點，拱頂一個，上臺階拱腳上1.2 m處左右側(cè)各一個，中臺階拱腳上1.2 m處左右側(cè)各一個，縱向每5 m一個斷面。

地表監(jiān)控量測點與洞內(nèi)監(jiān)控量測點布置在同一個斷面，橫向間距5 m，縱向間距5 m。

4.2 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)

在進行中、下臺階開挖時，拱頂下沉3 mm～5 mm，周邊收斂趨于穩(wěn)定，仰拱初支開挖時，拱頂下沉約4 mm～7 mm，收斂趨于穩(wěn)定。截止到二襯施工時，累計下沉約20 mm～40 mm。

5 結(jié)語

1)松散砂層自穩(wěn)能力差，容易整體溜滑，施作防護樁、拉梁及冠梁，形成一個整體防護結(jié)構(gòu)，對仰坡具有整體支擋作用，防止溜滑。

2)仰坡坡面采用拱形骨架護坡及植物防護，可以形成排水系統(tǒng)，防止仰坡遇水失陷產(chǎn)生溜塌。

3)洞內(nèi)采用超前管棚和超前小導管進行超前支護，很好的控制住了開挖塌方，尤其在砂層施工中，超前小導管對控制超挖起到了至關(guān)重要的作用。

4)施作雙層臨時仰拱，解決了隧道開挖自穩(wěn)能力差、淺埋段下沉、收斂嚴重、甚至侵限的問題。

5)縮短臺階長度，仰拱初期支護緊跟下臺階施工，加快閉合時間，及時成環(huán)，有效的控制了土體下沉，確保隧道施工安全。

通過對陽城隧道進口溜塌體進行處理及洞口超前加固，在進洞施工過程中，沒有出現(xiàn)安全隱患，該處加固及開挖技術(shù)措施應(yīng)用是成功的，對同類地質(zhì)隧道施工具有參考意義。