淺埋隧道地表開裂處理及隧道施工技術(shù)管理研究

荀其迅

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，濟南 250399）

1 引言

隧道施工中，地質(zhì)薄弱區(qū)域施工受水文條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形的影響，容易出現(xiàn)地表開裂問題。而隧道施工地表開裂，地表發(fā)生沉降，會導致坍塌事故，增加工程施工安全隱患。針對此問題，需要及時對開裂區(qū)域進行處理，修補裂縫，結(jié)合地形、地質(zhì)等條件因素對圍巖進行加固，提高地表結(jié)構(gòu)強度，使其可長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2 工程概述及施工開裂問題

國家高速公路網(wǎng)昆明繞城高速東南段建設(shè)項目楊林隧道進口位于嵩明縣楊林鎮(zhèn)甸頭村，出口位于宜良縣海發(fā)村。全隧采用六車道高速公路標準建設(shè)，設(shè)計速度80 km/h，路面設(shè)計標準軸載BZZ-100，正洞凈寬14.0 m，凈高5.0 m。隧道采用三心圓曲墻式斷面，橫通道采用單心圓直墻式斷面。主洞采用拱部半徑8.6 m、側(cè)墻半徑為5.3 m 的三心圓襯砌斷面。內(nèi)輪廓凈空寬15.266 m，隧道輪廓標準斷面凈空面積97.92 m2，凈空周長40.08 m，內(nèi)輪廓扁平率0.639，高跨比0.508，矢跨比0.121[1]。

施工區(qū)位于云貴高原，昆明市東北部區(qū)域地形屬于中山侵蝕切割地貌，微地貌屬于高原臺地與侵蝕溝谷并存，碳酸鹽分布區(qū)具有巖溶地貌特征。區(qū)域海拔高程1 767～2 400 m，相對高差633 m。巖性主要為白云巖、砂巖、頁巖、灰?guī)r。隧道經(jīng)過多處斷層、斷裂帶，地震烈度為Ⅸ度。圍巖巖性為中風化灰?guī)r，巖溶發(fā)育強烈，巖體較為完整，富水，施工中局部地段可能產(chǎn)生涌水，通過計算預測單位長度隧道通過含水層日穩(wěn)定涌水量6.85 m3/d，單位長度日最大涌水量8.22 m3/d，斜井最大埋深249 m。斜井圍巖級別為Ⅲ級6 200 m，Ⅳ級400 m，Ⅴ級32 m。隧道工程出口地質(zhì)圖如圖1 所示。

施工隊伍從出口向進口區(qū)域掘進施工，應用超前導管注漿技術(shù)進行預支護。右側(cè)錨固施工結(jié)束完畢后，進行開挖作業(yè)，仰拱封閉成環(huán)狀，隧道洞內(nèi)右側(cè)連接處為縱向連接，發(fā)現(xiàn)存在2 條裂紋（A 裂縫與B 裂縫），在拱頂?shù)乇韰^(qū)域發(fā)現(xiàn)1條裂紋（C 裂縫），收斂分別為16.98 mm（A）、11.2 mm（B）、12.7 mm（C），拱頂沉降度明顯，達到9.85 mm，出現(xiàn)安全隱患[2]。

3 隧道施工裂縫特征及支護方案

3.1 裂縫特征

應用電子儀器對地表裂縫情況進行測量，對長度、寬度、方向等參數(shù)進行明確。對裂縫數(shù)量以及裂縫情況進行測量統(tǒng)計，具體見表1。

表1 地表巖石裂縫特征統(tǒng)計表

對表1 中地表裂縫各項參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果進行分析，總結(jié)隧道地表裂縫特征，具體內(nèi)容如下：

1）裂縫均出現(xiàn)在洞口淺埋區(qū)域，裂縫數(shù)量較少，密度不高。施工隊伍應用單側(cè)壁導挖施工技術(shù)以及超前小導管預支護，起到了一定應力控制作用，減小了地表圍巖形變。

2）隧道裂縫平均長度約為1.69 m，最大裂縫長度為3.52 m，最小裂縫長度在0.14 m。裂縫的平均寬度在0.49 mm，最大寬度在0.82 mm，最小寬度在0.16 mm，為減少裂縫對施工質(zhì)量的影響，需要及時處理裂縫，對其進行填補與加固。

3.2 隧道特征分析

施工區(qū)域丘陵坡度不大，施工過程中發(fā)現(xiàn)地表出現(xiàn)裂縫，并出現(xiàn)了一定程度的滑移。雖然裂縫的寬度和長度較小，對其處理比較簡單，勘察人員對施工現(xiàn)場進行勘察、測量后，判斷隧道施工地表裂縫產(chǎn)生的原因，并進行了應力測量。計算隧道結(jié)構(gòu)應力參數(shù)，對抗壓墻高度以及結(jié)構(gòu)屈服應變參數(shù)進行計算，探討地表開裂問題產(chǎn)生的原因。在施工之前，勘察結(jié)果顯示掘進區(qū)域的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，但在掘進之后改變了應力條件，使得隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，由于施工并未結(jié)束，需要采取相應的措施對其進行加固。結(jié)合實際的現(xiàn)場環(huán)境，需要采取支護的方式對隧道山體進行加固[3]。

3.2.1 護拱設(shè)計

在洞頂?shù)乇韰^(qū)域應用反壓回填技術(shù)進行裂縫彌補，由于山體施工之前結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，并未出現(xiàn)裂縫，將開挖區(qū)域地表恢復成未開挖之前的形態(tài)，為支護奠定基礎(chǔ)，同時，控制裂縫繼續(xù)發(fā)展，減少結(jié)構(gòu)性位移對圍巖質(zhì)量造成不良影響。由于隧道暗洞施工需要進一步爆破掘進，應用模板臺車施工無法進行明洞施工，需應用護拱的方式對其進行支護。在裂縫區(qū)域安裝結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的鋼鐵材料拱架，并噴射混凝土增強結(jié)構(gòu)的強度與穩(wěn)定性，當混凝土完全凝結(jié)之后對開挖區(qū)域進行回填施工。后續(xù)施工開挖掘進在護拱的保護作用下進行，避免了二次爆破應力變化引發(fā)地表區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)性開裂問題。

3.2.2 鋼管柱應用

為減少繼續(xù)施工對隧道出口區(qū)域造成的應力影響，導致地表結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，應用鋼管柱進行加固。在地表結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定區(qū)域鉆孔，在孔位中下鋼管以及注漿管進行壓力注漿，鋼管柱可作為樁基礎(chǔ)，起到抗滑的作用，減少施工外側(cè)應力對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響，減小地表土體以及巖體結(jié)構(gòu)的橫向應力。將鋼管柱密布在土體結(jié)構(gòu)之中，可以起到抗滑、支護的雙重作用，按照多排群樁結(jié)構(gòu)對鋼管柱進行排列，控制間隔約在3 m。

4 淺埋隧道施工地表開裂處理方案及管理措施

4.1 應急處理

在施工過程中，由于爆破掘進導致其出現(xiàn)裂縫，需要采取應急處理措施。上述方案為在觀察到地表開裂之后所采取的設(shè)計方案，為避免裂縫持續(xù)增加導致滑坡、坍塌，需要采取應急處理措施，具體內(nèi)容如下：

1）在隧道出口區(qū)域安設(shè)相應的警戒線，距離需要達到12 m 以上，禁止施工人員進入施工場地，將施工場地列為風險區(qū)域。與建設(shè)部門、技術(shù)人員、設(shè)計部門以及監(jiān)督管理部門聯(lián)系，到場勘察了解具體的情況。

2）存在地表水的區(qū)域設(shè)置相應的截水溝，如若存在裂縫，應用水泥漿進行封堵，采取初步處理手段增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并在裂縫區(qū)域覆蓋相應的紅色或者彩色布條，避免出現(xiàn)地表水和地下水順著裂縫滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，減小滑坡概率。

3）應用機械設(shè)備對隧道洞內(nèi)掌子面進行混凝土噴射，使其裂縫處于封閉狀態(tài)。

4）應用工字鋼對臺階連接處進行保護，起到臨時支撐的效果。洞內(nèi)地表裂縫區(qū)域采取豎向支撐方式，同樣應用工字鋼對其進行支撐。設(shè)置臨時工字鋼套拱，確保其縱向長度參數(shù)約為1.2 m，間隔控制在約0.48 m，設(shè)置多組長度為3.8 m 的錨管。

5）應急處理完畢之后，應用電子儀器對加固處理效果進行觀察，按照1 次/2 h 的頻率進行觀察，判斷其應急處置效果是否達標。應急處置期間如果出現(xiàn)裂縫擴大，應力結(jié)構(gòu)變更等問題，需要進一步采取應急方法，實現(xiàn)加固、穩(wěn)定的目標，具體內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 地表裂縫事故應急處理圖

應急處置結(jié)束之后，需要制訂綜合處理方案，使工程可以繼續(xù)施工。綜合處理方案應結(jié)合實際施工開展情況對裂縫參數(shù)進行明確，以此為基礎(chǔ)確定處理方法，應用注漿、支護、錨固等技術(shù)確保工程質(zhì)量。由于在本次方案設(shè)計中，原本的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好，由于爆破掘進施工而導致地表裂縫產(chǎn)生，需要及時停止施工，采取緊急預案對其進行加固處理。技術(shù)部門、監(jiān)管部門以及建設(shè)部門共同協(xié)商，在實際勘察的基礎(chǔ)上確定綜合處理方案，確保后續(xù)掘進施工不會產(chǎn)生地表開裂以及坍塌、滑坡等問題。

4.2 綜合處理

技術(shù)部門及施工部門在結(jié)束應急處置之后，制訂支護方案以及注漿方案，可以解決施工地表開裂問題，保障隧道工程施工質(zhì)量。具體處理方案如下：

1）在A 裂縫處設(shè)置工字鋼護拱，長度為5 m，縱向間距約為0.8 m。每個鋼架使用鋼筋材料對其進行連接固定，環(huán)向間距控制在約1 m，使用焊接技術(shù)使其連接牢固。在外側(cè)區(qū)域采用φ8 mm 鋼筋鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，確保鋼筋間距約為15 cm。使其護拱的承載力在400 kPa 以上，距離混凝土表面0.06 m。為了確保地基強度，可適當拓展拱腳的寬度，并對地基進行加固處理。

2）暗挖區(qū)域設(shè)置5 組鋼管柱，每組之間的距離在4.8 m，每組應用6 根鋼花管，規(guī)格型號為φ106 mm。鋼管的長度為0.16 m，經(jīng)過準確測量后將鋼管切割，埋入地下，深度控制在12 m 以上。暴露區(qū)域采用混凝土進行澆筑，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強。鋼管插入鉆孔15 cm，并以梅花形布置注漿孔，在導管內(nèi)部注入水泥漿液，為了提高水泥漿的穩(wěn)定性，在水泥漿液中按照一定的比例加入水玻璃，對注漿量進行計算，確保注漿效果。

3）在樁間區(qū)域設(shè)置擋板，為保障其穩(wěn)定性，確定擋板的參數(shù)，確保其長×寬為4 m×0.5 m，厚度約控制在0.5 m，裝設(shè)在貼緊邊坡的位置。為規(guī)避降雨影響，梅花形設(shè)置泄水孔，泄水孔面積為25 cm2，使用碎石等進行填補。應用上述方案進行綜合補救，對補救施工技術(shù)進行明確，嚴格按照規(guī)定參數(shù)裝設(shè)相關(guān)材料，隧道工程質(zhì)量良好。

5 結(jié)語

綜上所述，隧道出口位置是隧道工程施工關(guān)鍵區(qū)域，也是安全隱患、安全事故頻發(fā)區(qū)域，淺埋地段地表結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，極易出現(xiàn)開裂問題，需要采取補填、加固等方式處理，切實降低地表開裂問題對工程質(zhì)量影響，消除隧道行車安全隱患。處理完畢后應對處理效果進行檢驗，應用監(jiān)測手段觀察地表應力變化，實現(xiàn)安全加固目標。