向蒲鐵路雪峰山隧道基礎沉降及底鼓處治技術

汪旵生

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

向蒲鐵路雪峰山隧道基礎沉降及底鼓處治技術

汪旵生

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

雪峰山隧道施工中進口軟巖地段基礎出現不均勻沉降與底鼓，其主要原因是基底軟弱圍巖發生塑性變形及水壓力的作用。為控制隧道基礎不均勻沉降，采取的處治措施為:地表截排水;對已施工完的仰拱，采用長10 m的微型樁+基底注漿進行隧底加固，并對仰拱底板增配鋼筋;對于未施作仰拱地段，采用長5 m小導管注漿加固基底。采取整治措施后基礎沉降穩定，滿足無砟軌道施工條件。

隧道 沉降 底鼓 水壓力 整治措施 微型樁

隧道基礎的開裂、沉降和隆起等影響結構本身及運營安全，特別是無砟軌道，基礎平順度對運營安全至關重要，而基礎的病害原因及整治也是隧道工程中的重點和難點問題。師亞龍等［1］根據產生底鼓的因素，提出軟巖隧道底鼓量計算方法。鐘祖良等［2］對隧道底鼓的發生機理及主要影響因素進行分析，并運用連續介質力學原理對底鼓量的計算理論進行了推導。陳鴻等［3］分析了錨桿及纖維混凝土在膨脹土中的作用。楊偉等［4］對公路隧道仰拱裂縫的處治進行了詳細探討。胡蓉［5］對隧道底鼓震害及其防治措施進行了研究。由于隧道工程的特殊性，隧道基礎的病害成因及處治措施也存在很大差異，需結合具體工程展開分析。

本文針對向莆鐵路雪峰山隧道進口段的基礎沉降及底鼓開裂的特殊情況，在分析病害成因的基礎上，對整治措施進行探討，為類似工程提供參考。

1 工程概況

向莆鐵路雪峰山隧道地處福建省西北部，穿越雪峰山主峰，單線雙洞，設計時速為200 km。左線全長17 842 m，右線全長17 836 m。隧道最大埋深1 000 m。左線設置一平行導坑，進口段為小間距段(里程DK300+896—DK302+082)，平行導坑與左線中線間距為25 m，凈距為16.4 m。左右線中線間距為12.94～40.00 m，凈距為2.94～30.00 m。隧道平面如圖1所示。

雪峰山地質復雜，隧道穿越40條斷層，進口段具有不良地質與特殊巖土地質特征。小間距段覆蓋層為粉質黏土，厚3～6 m，硬塑，遇水軟化。隧道周邊包圍石英片巖夾變粒巖，變粒結構，條帶狀構造，全風化，砂黏土狀，黏土飽和含水，可塑性強，遇水成泥，厚度＞20 m，為隧道穿越的主要地層。下臥層未進入弱風化層。

圖1 雪峰山隧道平面示意(單位:m)

2 隧道變形情況

2.1 初支變形

施工過程中曾發生初支累計變形超過60 cm的情況，導致初支拱架大面積變形，拱架折斷，扭曲。由于初支變形持續2～5 mm/d，且遇降水期，變形迅速增加。原鐵道部相關專家在施工期間多次到現場進行處治方案會商，對開挖和支護方案進行了多次優化，克服了粉質砂黏土高壓縮性、低強度、易變形的工程特點，避免了施工期塌方和更大的破壞。

2.2 線下基礎沉降與底鼓

襯砌施工完成后，對線下基礎沉降進行了持續觀測，數據顯示在其后4個月基礎沉降逐步趨于穩定。2011年9月后，雨水豐沛，9—10月發現觀測斷面的數據反向增長。復核監測數據發現，DK300+900—DK301+250測量數據出現異常，底板有隆起趨勢，且連續1個月累計超過1 cm，同時發現二襯混凝土出現不均勻沉降裂縫。

襯砌施工完成后7—9月基礎總沉降分別為11，8，－3，－6 mm。2011年10月第1—4周的總沉降量分別為3，－5，2，－6 mm。這說明雪峰山進口288 mⅤ級圍巖大變形段受到雨水影響，底板發生了明顯的隆起現象。現場觀測發現，在仰拱填充結構部位，裂縫上寬下窄，呈“V”字形，局部裂縫斜向發展。多數裂縫均未到底，左線仰拱填充結構裂縫最深約82 cm，右線最深約129 cm。隧道基礎的不均勻沉降及局部隆起無法滿足無砟軌道施工要求。

3 基底病害分析

隧道產生底鼓現象的原因之一是隧道底板巖層在圍巖作用下產生塑性變形［6］。如把隧道兩側圍巖對邊墻下部底板的壓力簡化為條形荷載，則隧道底板相當于承受條形荷載的地基。當隧道底板巖體應力狀態達到或超過巖體屈服條件時，底板巖體進入塑性流動狀態，底板滑移線場如圖2所示。由圖可知 ABC和DEF區為主動滑移區，BCG和DFG區為過渡區、BDG區為被動滑移區。在兩側圍巖垂直方向壓力作用下，隧道基底進入塑性變形，出現沿滑移線(圖中 α和 β線所示)向上運動的趨勢，導致隧道底鼓。

圖2 底板滑移線場

隧道產生沉降與底鼓的另一個原因是基底水壓力的作用。進口段大量匯水，而水流出口只有隧道前方路基的邊溝，排水距離超過1 km。在隧道邊墻與拱部設置有排水系統，而底部不設地下水排導系統，導致地下水不能沿著仰拱與圍巖界面有效排出。同時由于襯砌混凝土等級較高，抗滲性能較好，使地下水難以由仰拱及填充結構滲入隧道內。當隧道施工完成后，隨著圍巖滲流場趨于穩定，作用在仰拱上的水壓力也會逐漸增大并趨于穩定，導致基底底鼓。對基底的水壓力進行分析［7］，得到水壓力分布，如圖3所示。同時由于隧道圍巖及下臥巖層長期浸潤，基底局部圍巖軟化，導致隧道襯砌發生不均勻沉降。

圖3 作用在襯砌上的水壓力分布(單位:kPa)

4 處治措施

4.1 主要處治措施

1)地表。及時修建地表截排水溝，減小地表水對洞頂圍巖的影響。

2)基底。對變形、開裂段采用微型樁和剛性袖閥管注漿加固處理基底。

3)仰拱。對開裂嚴重地段鑿除填充層重新施作;對裂縫較小地段注漿加固;底板30 cm厚混凝土結構改為鋼筋混凝土結構，并與仰拱鋼筋連接成疊合結構，底板縱向鋼筋應適當加強。

4)二襯。對二襯開裂嚴重地段以及侵入設計斷面較大地段進行拆換處理，其他開裂較小地段用壓漿(環氧樹脂)補強的方式處理。

4.2 已施工仰拱地段的處治措施

對于已施工仰拱地段，在仰拱左右墻腳各設置兩排微型樁［8］，縱向間距1.0 m，兩排樁錯開0.5 m;中部設置3排微型樁，縱向間距1.5 m，樁徑127 mm，深度10 m，樁內設置3根φ25鋼筋束，樁身混凝土強度采用C30。仰拱地段設置φ89、深3 m的注漿孔注漿加固基底，孔口管采用1 m長φ76×6鋼花管，間距1.5 m(橫向)×1.5 m(縱向)。已施工仰拱段基底加固見圖4。

圖4 已施工仰拱段基底加固示意

底板配筋:底板采用單層鋼筋網，環向為 φ32鋼筋，間距200 mm;縱向為φ25鋼筋，間距200 mm。植筋采用φ25@400 mm×400 mm，呈梅花形布置，植筋外側應設置彎鉤。已施工仰拱底板配筋圖如圖5所示。

圖5 已施工仰拱底板配筋示意

4.3 未施工仰拱地段的施工方案

尚未施工仰拱地段，基底采用 φ50×5小導管注漿加固，間距1.0 m(環向)×1.0 m(縱向)，呈梅花形布置，加固深度5 m。未施工仰拱段基底加固如圖6所示。

圖6 未施工仰拱段基底加固示意

5 處治效果

2012年3月初，雪峰山隧道進口變形段微型樁施工結束。沉降觀測結果表明3月總沉降量為1.5 mm，4月和5月沒有產生新沉降，滿足無砟軌道施工條件。

6 結語

雪峰山隧道進口段基礎出現沉降及隆起的原因是在兩側圍巖垂直方向壓力作用下，隧道基底發生塑性變形并沿滑移線向上滑動。此外，隧道基底未設置排水系統，底部水壓力導致基底隆起開裂，局部出現沉降。

處治措施主要為:地表截排水，對于已施工完仰拱地段，采用10 m深微型樁結合注漿加固，并對仰拱底板配置鋼筋;對于未施作仰拱地段，采用5 m長小導管注漿加固。

處治后隧道進口段基礎穩定，未出現沉降變化，說明整治措施得當，可供同類工程參考。

［1］師亞龍，陳禮偉，裴濤濤，等．軟巖隧道底鼓機理及底鼓量計算方法［J］．鐵道建筑，2014(5):54-56．

［2］鐘祖良，劉新榮，王道良，等．桃樹埡隧道底鼓發生機理與防治技術研究［J］．巖土工程學報，2012，34(3):471-476．

［3］陳鴻，汪大新．膨脹土隧道仰拱施工技術［J］．隧道建設，2010，30(5):582-585．

［4］楊偉，王國良．公路隧道仰拱裂縫處理技術探討［J］．公路交通科技，2014，10(5):118-122．

［5］胡蓉．隧道底鼓震害及其防治措施研究［D］．重慶:重慶交通大學，2013．

［6］賀建清，李和志，趙永清，等．底鼓隧道的底板支護錨桿長度確定方法［J］．自然災害學報，2012，21(6):214-220．

［7］崔連友，吳劍，鄭波．雪峰山隧道進口段仰拱填充結構開裂原因探討［J］．地下空間與工程學報，2015，11(1):48-55．

［8］汪旵生．微型樁整治隧底填充結構裂損病害的原理及效果分析［J］．科學技術與工程，2013，13(20):5861-5866．

(責任審編 李付軍)

U455．4

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．16

2015-03-11;

:2015-04-20

汪旵生(1970— )，男，安徽懷寧人，高級工程師。

1003-1995(2015)08-0055-03