淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術(shù)探討

李 靖

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

近年來，為大力發(fā)展經(jīng)濟，我國投入了大量資本進行路橋工程建設。而在隧道工程建設實施過程中，常常會遇到各種不良地質(zhì)，濕陷性黃土就是其中之一。作為我國中西部地區(qū)較為常見的地質(zhì)類型，濕陷性黃土土質(zhì)松軟、孔隙率大且干密度較低，承載力十分低下，一旦受到水的侵蝕就會出現(xiàn)變形或者坍塌等問題，給隧道開挖造成巨大障礙[1]。對此，在濕陷性黃土地區(qū)進行隧道施工時，必須要重點關(guān)注淺埋偏壓隧道的開挖支護施工技術(shù)，從而為工程的順利進行奠定基礎。

1 濕陷性黃土的特點

2 淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術(shù)要點

濕陷性黃土地基的承載力較低，且隧道拱腳穩(wěn)定性以及墻角穩(wěn)定性都較差，施工變形大，極易發(fā)生洞口塌陷以及支護下沉等現(xiàn)象，并嚴重影響到施工安全。而淺埋偏壓濕陷性黃土隧道施工地表沉降大，容易產(chǎn)生地表裂縫，對地表環(huán)境以及建筑物的影響都很大[4]。所以，為了確保隧道工程施工建設的順利實施，相關(guān)企業(yè)需要重點關(guān)注淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術(shù)。

2.1 工程概況

某隧道工程正線全長642 m，形式設計為單洞雙線，該工程的設計速度為160 km/h，某些路段在提速后可達到200 km/h，是一座大斷面濕陷性黃土淺埋偏壓隧道。該隧道的出口段恰好位于自重濕陷性黃土地區(qū)，切斷面約為200 m2，埋深較淺，暗洞進口埋深在15 m～20 m之間。該隧道段不僅存在偏壓現(xiàn)象，同時圍巖也相對軟弱，一旦遭遇陰雨天氣，在水的作用下極易發(fā)生濕陷。因此，對黃土地基處理、結(jié)構(gòu)耐久度以及隧道防水、沉降控制等均有較為嚴苛的要求。

2.2 開挖支護方案

根據(jù)本次隧道工程施工現(xiàn)場的地質(zhì)特點，采取明挖法來對隧道出口段前的30 m處進行施工，然后在出口段之后采取CRD法進行開挖施工。其中，施工技術(shù)人員主要采取干法開挖以及鉆孔等施工工藝進行施工，自此期間加強對施工用水的管理，做好水的排放工作，以避免隧道工程基地受到水的浸泡而出現(xiàn)各種不良后果。在洞口段施工中，搭配使用超前大管棚、系統(tǒng)錨桿(比如邊墻砂漿錨桿以及拱部藥包錨桿等)、鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架以及噴射混凝土等措施進行施工，每循環(huán)進尺控制在0.6 m左右，為保證施工質(zhì)量以及施工進度，一天可進行兩次循環(huán)。在施工進行到出口段時，可以使用水泥土擠密樁技術(shù)對隧道基底進行加固處理，需要注意仰拱鋼筋混凝土的施工質(zhì)量，并時刻關(guān)注隧道基底的沉降值，以確保工程施工的順利進行。值得注意的是，想要盡可能的削弱隧道偏壓帶來的負面影響，有效處理隧道偏壓問題，相關(guān)施工人員需要始終堅持“管超前、嚴注漿、短開挖、禁爆破、快支護、早成環(huán)、勤量測以及緊襯砌”的施工原則，并進行長管棚超前支護，加強隧道側(cè)面的邊墻支護[5]。

2.3 大管棚超前支護

在隧道工程施工過程中，為了確保進洞順利以及施工安全，相關(guān)施工技術(shù)人員應根據(jù)施工方案，利用熱軋大管棚來進行超前支護。在此次工程中采用的大管棚一環(huán)直徑為108 mm，并截取長度為20 m的熱軋無縫鋼管，在與鋼架組裝后可形成預支護系統(tǒng)。合理應用這一系統(tǒng)，不僅可以有效避免隧道洞口以及淺埋段軟弱圍巖的變形、塌陷現(xiàn)象，起到加固以及鞏固圍巖的作用，同時還能為施工技術(shù)人員創(chuàng)造提供一個相對安全的作業(yè)空間[6]。另外，將管棚鋼管的環(huán)向間距控制在40 cm左右，且外插角也應保持在1°～3°范圍內(nèi)。其中，由于管棚有鋼管以及鋼花管屬于兩種不同形式，因此可以采取交錯布置的方式，在鋼花管搭設并注漿完畢后再進行鋼管的搭設。值得注意的是，想要進一步提高鋼管自身的抗彎強度，可以在鋼花管以及鋼管中布設鋼筋籠，之后進行水泥砂漿的灌注。另外，在管棚安裝之前，施工人員需要再一次確認鋼管的孔徑、孔深等是否符合施工要求。然后檢查鋼管內(nèi)是否存在鉆渣，如有則應利用高壓氣進行清理[7]。

2.4 初期支護

在該隧道工程施工中，隧道拱部的初期支護可以通過徑向藥包錨桿、鋼筋網(wǎng)以及厚度在35 cm的強噴射混凝土來實現(xiàn)。而邊墻的初期支護則可以利用徑向砂漿錨桿來進行。其次，為強化拱墻自身強度，可以在拱墻噴漿作業(yè)過程中，將適量的聚丙烯微纖維摻入到混凝土中。在此次施工中，混凝土中纖維的摻入量為1.2 kg/m3。在全斷面應選用間距為0.6 m的Ⅰ25a型鋼鋼架來進行支護，并且借助Ⅰ25a型鋼在隧道開挖部分進行橫撐支撐處理，以確保施工安全。值得注意的是，在初期支護階段，一定要確保鋼筋網(wǎng)與錨桿之間的連接牢固，防止在噴射混凝土時網(wǎng)片因不牢固而出現(xiàn)晃動。同時，噴射混凝土需要遵循分片自上而下的順序進行。空壓機要適時供風，利用兩臺混凝土噴射機進行噴射混凝土作業(yè)。直到管棚施工完畢后，才可以進行下一步的開挖與支護施工。

2.5 隧道基底加固

該隧道工程基底采用的是T76L邁式微型樁對濕陷性黃土地基進行處理。其中，微型樁的長度為7 m～9 m，所有微型樁按照1 m×1 m的間距布置成梅花形(總計23排，每排設置14根微型樁)。在完成隧道基底的加固處理后，相關(guān)技術(shù)人員還需要遵照相關(guān)標準，檢測該地區(qū)黃土濕陷性、承載力以及樁間土的壓縮性等指標，直到確認這些指標均達到合理標準后，才能繼續(xù)進行下一階段的施工計劃。

3 強化淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術(shù)效果的措施

3.1 有效控制地表裂縫的措施

在淺埋偏壓隧道施工中，如果不采取必要措施，在受到水的浸泡后，不僅容易出現(xiàn)變形、塌陷的問題，同時還可能出現(xiàn)地表裂縫，影響到工程整體安全。對此，相關(guān)施工企業(yè)需要從以下兩個方面入手，有效控制地表裂縫[8]：

1)從洞外的角度來看。在隧道施工之前，施工技術(shù)人員可以通過對地表沖溝、陷穴等進行回填處理，并不斷加強和健全地表排水系統(tǒng)，以達到地表不受雨水負面影響的目的。而針對淺埋偏壓黃土隧道施工，則可以利用減載平衡等手段，維持隧道的受力均衡，減少地表沉降以及拱頂下沉值。這種方法用在那些一側(cè)有沖溝的淺埋偏壓段的效果最佳。

2)從洞外的角度來看。a.企業(yè)需要派專人負責施工現(xiàn)場的用水管理，防止初期支護基礎在浸泡后引起拱頂下沉。b.施工技術(shù)人員需要在開挖施工作業(yè)中，實現(xiàn)對開挖進尺以及步長的嚴格把控。c.為了確保初期支護結(jié)構(gòu)在整個施工過程中都能保持受力穩(wěn)定，需要在保證鎖腳錨管施工質(zhì)量的前提下，根據(jù)實際情況在鋼架分節(jié)處增設2根鎖腳錨管。d.在隧道開挖支護作業(yè)時，為了盡可能的減少拱頂?shù)南鲁亮浚梢酝ㄟ^擴大拱墻腳來增加承壓面積。這一方面可以有助于施工中豎向壓力的傳遞，另一方面還能增加該節(jié)點橫向受力的穩(wěn)定性。e.有效控制鋼架質(zhì)量與性能。鋼架的加工和安裝質(zhì)量對整個隧道工程的施工質(zhì)量以及施工安全起到關(guān)鍵性作用。嚴格把控鋼架的加工以及安裝質(zhì)量，可以確保其線形圓順，避免應力集中，同時鋼架間必須要連接牢固，有需要時可以加焊鋼筋。f.為了使初期支護閉合前的整體下沉量控制在合理區(qū)間內(nèi)，可以通過在拱腳下墊混凝土塊或者槽鋼等方法，來進一步提高地基的承載力。g.鋼架的整體受力能力對工程的施工安全意義重大。對此，施工技術(shù)人員可以根據(jù)需要將設計的環(huán)向間距從原來的1.0 m縮短為0.8 m，對初期支護鋼架的縱向連接剛接進行加密，以強化鋼架整體受力。h.仰拱與二襯需要及時跟進，在盡可能短的時間內(nèi)閉合成環(huán)。

3.2 通風管理措施

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工中，加強通風管理，不僅僅是為了獲得滿意的通風效果，維護施工人員身心健康，更重要的是能夠有效縮短循環(huán)作業(yè)時間，保證工程可以在限定時間內(nèi)保質(zhì)保量的完成。對此，企業(yè)可以采取以下措施，來加強通風管理：企業(yè)需要派專人負責通風管理，并制定和完善相應的通風管理制度。與此同時，要結(jié)合施工實際情況，定期或不定期的對空氣衛(wèi)生以及通風等進行檢測，改進以及優(yōu)化通風系統(tǒng)，加強通風系統(tǒng)的運維管理，使其始終處于正常運行狀態(tài)中。

4 結(jié)語

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工中，如果施工方案存在疏漏或者施工過程控制不嚴格，不僅會大大增加初支變形以及塌方等事故，嚴重時還會給隧道施工以及周邊既有線路的運營安全造成威脅。基于此，相關(guān)企業(yè)需要積極學習和綜合國內(nèi)外成功案例，對施工方案、方式方法進行優(yōu)化，加強對地表裂縫以及通風等的管理與控制，落實各項支護控制措施，關(guān)注開挖支護施工技術(shù)要點，在保證隧道施工安全以及質(zhì)量的基礎上，不斷積累濕陷性黃土隧道的施工經(jīng)驗。

參考文獻:

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