湘芝塘隧道基底沉降處理施工技術

褚曉暉

（中鐵三局集團橋隧分公司，河北 邯鄲 056003）

1 概況

1.1 工程概況

武廣客運專線湘芝塘隧道全長746 m，隧道出口里程DK1805+384，出口明暗分界里程DK1805+367，全隧道單面上坡，坡度6.87‰。出口沉降段里程DK1805+334~DK1805+367，淺埋偏壓，圍巖設計等級為Ⅴ級，隧道開挖斷面154.4m2，采用CRD法施工。DK1805+367~DK1805+337段采用φ108管棚進行超前支護，DK1805+340~DK1805+334采用超前小導管進行超前支護。初期支護采用I20工鋼拱架（間距0.6m）、系統錨桿（L=4m）、鋼筋網（φ8，20×20 cm網格）、噴射混凝土（C25，28 cm厚）聯合支護。

1.2 工程地質

1.2.1 地層巖性

丘坡表層為Q[4](dl+el)黏土，褐紅色，硬塑，含少量碎石,成分為強風化的砂頁巖，厚0～22m；下伏基巖上部為C[1]d（2）泥質粉砂巖、泥巖、炭質頁巖，灰黃、灰白色、灰色等，全風化～強風化；下部為C[1]d（1）炭質灰巖、灰巖，灰色、灰黑色，弱風化，局部裂隙及巖溶發育，鉆探揭示溶洞，高1.3m，半充填，充填物為淺黃色粉質黏土，軟塑。受地層影響，局部地層重復。

1.2.2 地質構造

在DK1805+340～DK1805+385段發育逆斷層，巖體破碎，導致C[1]d（1）灰巖與C[1]d（2）碎屑巖地層重復，巖體破碎，尤其是砂頁巖地層，風化強烈，甚至在地表以下40m左右仍為全風化地層，被地下水浸泡后呈軟塑狀，性質較差。局部地層在灰巖的接觸面附近呈軟塑狀。

1.3 水文地質

隧道出口段地下水發育，DK1805+340右側約100m的水塘附近發育泉水，為沿斷層發育的上升泉，隧道出口右側亦發育泉水，為長年流水，開挖的掌子面土體，含水量較高，土質松散，穩定性差。

2 洞口段沉降變形及初步處理情況

2.1 洞口段沉降變形情況

一場特大暴雨后，隧道線路右側上部掌子面開挖里程到DK1805+334，線路左側上部里程到1805+345時，隧道右側偏拱位置產生縱向貫通的裂縫，裂縫寬度2~5mm，同時洞頂地表發生多處裂縫，最大裂縫寬度8 cm。同時，監控量測數據分析顯示，已施工段拱頂下沉累計達到20~25 cm，隧道右側絕對位移達到6~10 cm，地表沉降最大30 cm，裂縫錯臺最大達到10 cm，沉降及變形依然在發展，沒有變緩的趨勢。

2.2 初步處理情況

初步處理方案采用洞內外注漿加固的方法，洞內開挖支護停止施工，噴射混凝土封閉掌子面。洞內在線路右側設置I20工字鋼斜撐，間距同初期支護拱架間距，洞內采用φ42小導管徑向注漿，導管長5m，漿液采用1∶1水泥漿。洞外右側采用φ70鋼花管豎向注漿加固山體，鋼花管間距1×1m，長度以達到相應位置仰拱下5m為準，漿液采用1∶1水泥漿。地表裂縫回填后采用噴射混凝土封閉。但按照以上方案處理完成后，沒有起到預期的效果，沉降變形及地表裂縫繼續發展。

3 沉降段處理方案選擇

3.1 沉降原因分析

（1）湘芝塘隧道所處地區遭遇罕見暴雨，地表水大量下滲，使得第四系殘坡積土體在地下水富集后多呈軟塑狀，致隧道內暗洞開挖出現大量坍塌，土體從高山側向隧道洞內擠壓，隧道圍巖出現松動，隧道初期支護承受過大的松散荷載致隧道內高山側初期支護開裂，同時由于土體向洞內及仰坡兩個方向的移動，致地表出現斜向裂縫。

（2）在DK1805+340～DK1805+385段發育逆斷層，巖體破碎,風化嚴重，而且存在著沿斷層發育的上升泉，地層被地下水浸泡后呈塑狀，使得基底承載力不足。

（3）隧道基底以下巖溶發育，溶洞內填充物多為粉質黏土，基底承載力不足。

3.2 方案比選

方案1見圖1：采用部分明挖方案，拆除已施工的暗洞支護，現有隧道開挖臺階標高以上部分采用明挖施工，下部采用暗挖法施工。上部臺階以上施工護拱，然后在護拱的保護下施工上部初期支護，暗洞開挖下部及仰拱并施做初期支護。襯砌施工完成后回填洞頂至原地面線。基底處理方案：護拱基礎采用φ200鋼管樁，縱向間距1m。隧道基底采用φ400預應力混凝土管樁（1.5×1.5m）加固。

圖1 DK1805+350橫斷面設計圖（方案1）

方案2見圖2：采用明挖方案，開挖臺階到現有隧道開挖底標高后，在線路右側施工支擋結構，分段明挖隧道下部，施工仰拱及拱墻襯砌。施工明洞防水后回填。基底處理方案：采用樁基托梁的形式，樁徑1.2m，縱向間距3.5或4m，樁基入巖至少1m。

圖2 DK1805+350橫斷面設計圖（方案2）

方案1土方施工較少，但在護拱的保護下暗挖隧道下部，風險較高；因護拱基礎處存在防水軟弱面，隧道防水質量不易保證；經現場試驗，護拱鋼管樁不易成孔，另外，由于地層構造復雜，地層重復現象嚴重，地層中夾層較多，預應力管樁施工難度大，工期難以保證。方案2工藝簡單，在支擋結構下明挖土方安全性好，明洞防水質量易于保證，樁基托梁的形式徹底解決了基底承載力低的問題，方案2處理費用與原設計的暗洞方案費用大致相當，綜合考慮選擇了方案2進行處理。

4 沉降段處理技術措施

4.1 截水溝施工

施工前先將截水天溝修好，做好坡腳臨時排水設施，避免地表水對開挖邊坡產生沖刷或浸泡，防止邊坡在施工過程中失穩。

4.2 邊仰坡防護

（1）右側邊坡。DK1805+334~DK1805+360.25段設置抗滑樁，樁間距6m（中至中），樁截面2.5×2.25m，樁長17m，共計5根，采用C30鋼筋混凝土現場澆注。樁頂以上邊坡采用1∶1.5坡率進行刷方處理，并采用錨噴網防護，錨桿長4 m。DK1805+334~DK1805+360.25段樁間邊坡從底板底外側50 cm處開始起坡，一級邊坡坡率1∶0.25，坡高7m，上部邊坡坡率1∶1.5，并采用噴錨網防護，錨桿長6m。DK1805+360.25~DK1805+384段邊坡從墻角外側處開始起坡，并采用錨噴網防護，錨桿長6m。

（2）左側邊坡。邊坡從底板底開始起坡，DK1805+334~DK1805+370段坡率1∶1，然后過渡的DK1805+384里程的1∶1.25坡率，并采用錨噴網防護，錨桿長6m。

（3）仰坡采用錨噴網防護，錨桿長4m。

（4）錨噴網防護參數。錨桿采用Φ22砂漿錨桿，間距1.5×1.5m布置，梅花型布置。噴砼采用10 cm厚C20網噴砼，鋼筋網φ8，網格間距25×25 cm。

4.3 施工監控

邊坡減載施工期間于坍塌或開裂段坡頂每10m設一觀測點，平時每2～3天監測一次，雨天每天監測一次，發現變形及時處理。邊坡減載施工完成后，每20m設一監測剖面，每個監測剖面分別于坡腳錨固樁樁頂、坡頂處各設一個監測點，一般情況下每2～3天監測一次，雨天每天監測一次，發現變形及時處理。

4.4 隧道結構物

DK1805+334~DK1805+367段上部采用曲墻式襯砌結構，下部采用底板結構。底板寬16.1m，中間高1m，兩端高1.5m。

4.5 基礎處理

隧道底板下部兩側設置挖孔樁，樁直徑1.2m，間距3.5m或4m（中-中），孔樁入巖深度至少1m。

4.6 植被恢復

洞頂回填后要地表植被恢復，回填黏土隔水層表面采用噴播植草，回填黏土隔水層上部采用噴錨網防護的邊仰坡采用噴砼植生防護。

5 處理過程及效果

按照處理方案開挖卸載并施作邊仰坡錨網噴支護后，在原開挖暗洞的臺階底標高處施工抗滑樁，抗滑樁采用跳樁開挖。為加快工期并減少明洞下部邊坡暴露的時間，在該標高處進行基底加固挖孔樁的施工，挖孔樁同樣采用跳樁開挖的方式。當支擋結構及加固孔樁完成且強度達到設計要求后，逐層開挖明洞下部土方，開挖完成后及時底板及拱墻襯砌，待強度達到設計強度后施作防水層后及時回填。在整個施工過程中，監測數據顯示，邊坡位移穩定，在安全范圍之內，在結構完成后，對隧道結構進行了沉降觀測，經評估顯示滿足高速鐵路工后沉降的要求。

6 結束語

在隧道地基沉降處理方案論證中，采用簡單、成熟的施工工藝有助于質量的控制和工期的保證，在湘芝塘隧道洞口沉降段處理過程中，采用了明洞施工、抗滑樁和樁基托梁的形式，機具設備簡單，易于組織，取得了較好的效果，對同類工程有一定的借鑒作用。