洞口小型溜塌體黃土隧道進洞技術(shù)研究

馬 帥

（中鐵二十局集團市政工程有限公司，甘肅 蘭州 730046）

1 引言

隨著國家西部大開發(fā)政策的推行，近些年來中西部地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快了步伐，其中橫跨陜甘寧地區(qū)的黃土高原分布有面積廣闊的濕陷性黃土，其表層部分在雨水長期的沖刷下形成大大小小的溜塌體，成為了工程施工的攔路虎。尤其是當(dāng)隧道洞口位于溜塌體時，進洞施工難度較大，安全風(fēng)險極高。文章通過某鐵路隧道洞口位于小型溜塌體進洞的實例，提出了一種全新的安全、環(huán)保的進洞理念，為類似工程提供了一種新的思路。

2 工程概況

蒙西到華中煤運鐵路是國內(nèi)一次建成最大規(guī)模的運煤專線，線路北起內(nèi)蒙古浩勒報吉，終點到達江西省吉安，線路全長1 837 km，規(guī)劃設(shè)計輸送能力為2億噸/年。跨越蒙、陜、晉、豫、鄂、湘、贛七省區(qū)，投資概算1 700億元，是繼大秦線(山西大同至河北秦皇島)之后國內(nèi)又一條超長距離的運煤大通道。

蒙華鐵路某隧道位于陜西省延安市境內(nèi)，隧道全長1 369 m，最大埋深138 m，為單z洞雙線隧道。隧道進口處地質(zhì)情況為第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)新黃土，淺黃色，硬塑，呈松軟結(jié)構(gòu)。

洞口處穿越小型溜塌體上部，根據(jù)現(xiàn)場開挖揭示表層土為砂質(zhì)新黃土，下層為黏質(zhì)老黃土，新老黃土交界面較明顯。地表水通過交界面滲透出地表，導(dǎo)致溜塌體坡腳前緣土體含水量較高，局部達到液限，呈流塑狀。

3 設(shè)計變更情況

該隧道進口原設(shè)計采用常規(guī)A108大管棚超前支護措施進洞，明洞長11 m，洞門采用直切式明洞門。業(yè)主組織的現(xiàn)場地質(zhì)核對時發(fā)現(xiàn)原地表出現(xiàn)輕微裂縫，小型溜塌體前緣富水，局部土體含水量已達飽和狀態(tài)。考慮到按照原設(shè)計施工進洞風(fēng)險極高，施工難度大，業(yè)主召集設(shè)計院及施工單位對此進行了設(shè)計變更。變更后暗洞長度延長22 m，洞門變更為端墻式洞門。洞口左側(cè)溜塌體前緣土體采用三七灰土換填并夯實，開挖工法采用護拱暗挖法，護拱基礎(chǔ)下設(shè)置A89鋼管樁，鋼管樁下部嵌入硬質(zhì)黏土層不小于2 m。取消長管棚超前支護措施，進入暗洞后超前支護措施采用密排小導(dǎo)管。

4 施工過程

4.1 方案概述

由于該隧道進洞施工時已接近冬季，考慮到洞口附屬工程冬季施工保溫措施投入大，費用高，施工單位決定對設(shè)計方案進行優(yōu)化，在保證安全前提下加快進度，提早進入暗洞施工。經(jīng)過多方案比選，最后決定采用初支逆作法，即首先施做地表以上部分的初支結(jié)構(gòu)，其次施工護拱結(jié)構(gòu)，最后反壓回填后進行暗洞掘進的施工順序。

4.2 溜塌體前緣體三七灰土換填

線路左側(cè)溜塌體前緣土體含水率較高，局部達液限狀態(tài)。設(shè)計采用的軟弱地基加固方法為機械挖除后換填三七灰土并分層夯實，現(xiàn)場實際開挖揭示軟弱土層厚度約1.5~2 m。軟弱土層底部為黏質(zhì)老黃土，堅塑狀，圍巖穩(wěn)定性較好。分層夯實每層虛鋪厚度不大于30 cm，由于場地面積較小，作業(yè)空間有限，采用蛙式打夯機進行夯實。石灰采用新鮮消石灰粉，其顆粒不得大于5 mm，且不得含有未熟化的生石灰顆粒及其他雜質(zhì)，也不得含有過多的水分。

4.3 架設(shè)地表以上部分格柵拱架并噴射混凝土

對原地表進行清表后測量人員放出拱腳部位邊線并做標(biāo)記，根據(jù)拱架高度搭設(shè)鋼管架作業(yè)平臺架設(shè)鋼架，拱架采用H230四肢格柵鋼架，拱架間距0.6 m，拱架之間設(shè)置B22縱向連接筋，環(huán)向間距1 m，與格柵拱架主筋采用單面焊，焊縫長度22 cm。拱架每個節(jié)點處設(shè)置4根A42壁厚5 mm無縫鋼管作為鎖腳錨管，單根長度6 m，管內(nèi)灌注M30砂漿以增強管體剛度。拱腳處通長鋪設(shè)36a槽鋼以減少初支拱架的不均勻沉降。為保證初支結(jié)構(gòu)與護拱有效連接，噴射混凝土前預(yù)埋錨固筋，錨固筋間距縱環(huán)向均為1.2 m，與鋼架焊接牢固。

初支砼采用掛底模法噴射，在鋼架內(nèi)側(cè)滿鋪5 cm厚木板并固定牢固。格柵拱架與木模間設(shè)置3 cm厚墊塊，保證初支混凝土保護層厚度滿足設(shè)計要求。噴射作業(yè)采用鐵建重工HPS3016濕噴機械手，最大噴射效率30 m3/h。為保證施工安全，每次噴射分段長度不大于5 m。

4.4 護拱施工

護拱厚60 cm采用C30混凝土澆筑而成，內(nèi)部設(shè)置B25環(huán)向主筋間距20 cm，縱向鋼筋B16間距20 cm。護拱基礎(chǔ)寬度1.2 m，厚0.6 m，基礎(chǔ)下設(shè)置3排A89鋼管樁，縱向間距1 m，單根長8 m，管內(nèi)灌注1∶1水泥漿。

護拱施工前必須對已施做初支結(jié)構(gòu)進行預(yù)加固，防止護拱澆筑過程中初支結(jié)構(gòu)受力過大而產(chǎn)生較大沉降。護拱混凝土澆筑分兩次進行，先澆筑兩側(cè)護拱基礎(chǔ)及以上50 cm部分，再澆筑其余部分。澆筑采用天泵進行，澆筑過程中保證布料均勻左右對稱澆筑。護拱澆筑完畢及時覆蓋灑水保濕養(yǎng)護，養(yǎng)護期為7天。

4.5 反壓回填及正洞掘進

護拱混凝土強度達到設(shè)計要求后開始進行線路左側(cè)及拱部反壓回填。反壓回填施工時要注意保證護拱結(jié)構(gòu)兩側(cè)受力均勻。回填應(yīng)分層夯實，每層厚度不大于20 cm。回填期間嚴密注意初支結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測情況，發(fā)現(xiàn)異常情況時及時采取應(yīng)對措施。

反壓回填完畢后進行正洞掘進，開挖工法采用三臺階預(yù)留核心土法，臺階長度不大于5 m，初支成環(huán)距掌子面距離不大于1倍洞徑。

護拱段正洞掘進完畢后進入暗洞施工時，超前支護措施采用超前密排小導(dǎo)管，上臺階拱部150°范圍內(nèi)設(shè)置A42壁厚3.5 mm無縫鋼管，環(huán)向間距20 cm，單根長4 m。管內(nèi)灌注1∶1水泥漿。縱向每3榀拱架設(shè)置一環(huán)，鋼管外插角10~15°。

4.6 監(jiān)控量測情況

洞口段圍巖級別為Ⅴ級，襯砌類型為Ⅴb（土），監(jiān)控量測點布置間距為5 m，共設(shè)置1個拱頂沉降監(jiān)測點和2排周邊收斂監(jiān)測點。施工期間護拱段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)見表1。

表1 護拱暗挖段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)

施工期間拱頂最大沉降斷面為DK344+260，累計拱頂沉降值為49.8 mm。該斷面的累計沉降折線圖見圖1。

圖1 護拱暗挖段拱頂下沉量測數(shù)據(jù)折線圖

通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析可知，采用該方案施工期間，初支結(jié)構(gòu)整體較穩(wěn)定，監(jiān)控數(shù)據(jù)時間-累計沉降值曲線走勢符合實際情況，前期初期支護結(jié)構(gòu)未封閉成環(huán)時拱頂沉降較大，封閉后拱頂沉降值趨于穩(wěn)定。

5 初支逆作法優(yōu)點

隧道的常規(guī)進洞方式為先反壓回填后人工修整筑護拱的胎膜（俗稱土牛），再施工護拱，在護拱的保護下開挖并施做初期支護結(jié)構(gòu)，為保證在冬季施工來臨前進入暗洞施工，搶抓工期，技術(shù)人員在研究了現(xiàn)場的實際情況后積極打破一般隧道進洞的常規(guī)思路，采用先施作部分初支結(jié)構(gòu)作為護拱的底模，再施作上部護拱結(jié)構(gòu)，最后進行暗洞開挖掘進。采用該方案的優(yōu)點有：

（1）縮短了進洞時間，加快了施工進度。按照原設(shè)計方案原地形需先分層回填再開挖出護拱底膜進而施作護拱。按照優(yōu)化后的方案，取消了反壓回填的工序及人工挖護拱底模及修整護拱輪廓的時間，大大加快了施工進度。確保在冬季施工來臨前進入暗洞。

（2）該方案根據(jù)原地形情況人工適當(dāng)修整并整平后立架，鋼架分節(jié)部位根據(jù)地形起伏進行調(diào)整。實現(xiàn)了零刷坡，減少對地表擾動，實現(xiàn)了安全進洞。

（3）原設(shè)計方案，反壓回填后暗洞部分的土方在進行暗洞掘進時需要開挖運走。采用優(yōu)化后的方案節(jié)省了該部分土方的開挖運輸費用，為項目創(chuàng)造了效益。

6 結(jié)論

該隧道按照此方案實現(xiàn)了安全、快速、高效進洞，達到了既定的工期節(jié)點目標(biāo)，總結(jié)主要有以下幾點注意事項：

（1）該方案中對小型溜塌體前緣體處理采用的是換填后三七灰土夯實，施工中必須保證施工質(zhì)量，分層攤鋪后夯實，切實起到改善地基承載力的作用，減少工后沉降。

（2）初支鋼架采用H230格柵鋼架，根據(jù)原地形起伏設(shè)置分節(jié)部位，盡量減少由于開挖原狀土對原地表的擾動，減少溜塌體下滑的風(fēng)險。

（3）必須保證初支鋼架的安裝質(zhì)量，鎖腳錨管采用單根長度6 m的φ42無縫鋼管，每節(jié)點設(shè)置4根，鎖腳錨管注1∶1水泥漿加強管體的剛度。施做過程中嚴格控制鎖腳錨管的打設(shè)角度，切實起到“抬”拱架的作用。

（4）初支結(jié)構(gòu)施作完成后及時進行拱頂沉降和周邊收斂等隧道監(jiān)控量測項目。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時要及時采取加固補強等應(yīng)急措施。

（5）護拱施作完成后待線路左側(cè)滑坡體前緣反壓回填至右側(cè)山體基本持平后方可進行暗洞掘進。

（6）洞口段圍巖較軟弱，開挖工法采用三臺階預(yù)留核心法，初支仰拱及時封閉成環(huán)，上、下臺階長度不大于5 m。初支仰拱及時封閉成環(huán)，距掌子面距離不大于1倍洞徑，確保施工安全。