向蒲铁路雪峰山隧道基础沉降及底鼓处治技术

2015-06-01汪旵生

铁道建筑 2015年8期

关键词：雪峰山底鼓仰拱

汪旵生

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

向蒲铁路雪峰山隧道基础沉降及底鼓处治技术

汪旵生

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

雪峰山隧道施工中进口软岩地段基础出现不均匀沉降与底鼓，其主要原因是基底软弱围岩发生塑性变形及水压力的作用。为控制隧道基础不均匀沉降，采取的处治措施为:地表截排水;对已施工完的仰拱，采用长10 m的微型桩+基底注浆进行隧底加固，并对仰拱底板增配钢筋;对于未施作仰拱地段，采用长5 m小导管注浆加固基底。采取整治措施后基础沉降稳定，满足无砟轨道施工条件。

隧道沉降底鼓水压力整治措施微型桩

隧道基础的开裂、沉降和隆起等影响结构本身及运营安全，特别是无砟轨道，基础平顺度对运营安全至关重要，而基础的病害原因及整治也是隧道工程中的重点和难点问题。师亚龙等［1］根据产生底鼓的因素，提出软岩隧道底鼓量计算方法。钟祖良等［2］对隧道底鼓的发生机理及主要影响因素进行分析，并运用连续介质力学原理对底鼓量的计算理论进行了推导。陈鸿等［3］分析了锚杆及纤维混凝土在膨胀土中的作用。杨伟等［4］对公路隧道仰拱裂缝的处治进行了详细探讨。胡蓉［5］对隧道底鼓震害及其防治措施进行了研究。由于隧道工程的特殊性，隧道基础的病害成因及处治措施也存在很大差异，需结合具体工程展开分析。

本文针对向莆铁路雪峰山隧道进口段的基础沉降及底鼓开裂的特殊情况，在分析病害成因的基础上，对整治措施进行探讨，为类似工程提供参考。

1 工程概况

向莆铁路雪峰山隧道地处福建省西北部，穿越雪峰山主峰，单线双洞，设计时速为200 km。左线全长17 842 m，右线全长17 836 m。隧道最大埋深1 000 m。左线设置一平行导坑，进口段为小间距段(里程DK300+896—DK302+082)，平行导坑与左线中线间距为25 m，净距为16.4 m。左右线中线间距为12.94～40.00 m，净距为2.94～30.00 m。隧道平面如图1所示。

雪峰山地质复杂，隧道穿越40条断层，进口段具有不良地质与特殊岩土地质特征。小间距段覆盖层为粉质黏土，厚3～6 m，硬塑，遇水软化。隧道周边包围石英片岩夹变粒岩，变粒结构，条带状构造，全风化，砂黏土状，黏土饱和含水，可塑性强，遇水成泥，厚度＞20 m，为隧道穿越的主要地层。下卧层未进入弱风化层。

图1 雪峰山隧道平面示意(单位:m)

2 隧道变形情况

2.1 初支变形

施工过程中曾发生初支累计变形超过60 cm的情况，导致初支拱架大面积变形，拱架折断，扭曲。由于初支变形持续2～5 mm/d，且遇降水期，变形迅速增加。原铁道部相关专家在施工期间多次到现场进行处治方案会商，对开挖和支护方案进行了多次优化，克服了粉质砂黏土高压缩性、低强度、易变形的工程特点，避免了施工期塌方和更大的破坏。

2.2 线下基础沉降与底鼓

衬砌施工完成后，对线下基础沉降进行了持续观测，数据显示在其后4个月基础沉降逐步趋于稳定。2011年9月后，雨水丰沛，9—10月发现观测断面的数据反向增长。复核监测数据发现，DK300+900—DK301+250测量数据出现异常，底板有隆起趋势，且连续1个月累计超过1 cm，同时发现二衬混凝土出现不均匀沉降裂缝。

衬砌施工完成后7—9月基础总沉降分别为11，8，－3，－6 mm。2011年10月第1—4周的总沉降量分别为3，－5，2，－6 mm。这说明雪峰山进口288 mⅤ级围岩大变形段受到雨水影响，底板发生了明显的隆起现象。现场观测发现，在仰拱填充结构部位，裂缝上宽下窄，呈“V”字形，局部裂缝斜向发展。多数裂缝均未到底，左线仰拱填充结构裂缝最深约82 cm，右线最深约129 cm。隧道基础的不均匀沉降及局部隆起无法满足无砟轨道施工要求。

3 基底病害分析

隧道产生底鼓现象的原因之一是隧道底板岩层在围岩作用下产生塑性变形［6］。如把隧道两侧围岩对边墙下部底板的压力简化为条形荷载，则隧道底板相当于承受条形荷载的地基。当隧道底板岩体应力状态达到或超过岩体屈服条件时，底板岩体进入塑性流动状态，底板滑移线场如图2所示。由图可知 ABC和DEF区为主动滑移区，BCG和DFG区为过渡区、BDG区为被动滑移区。在两侧围岩垂直方向压力作用下，隧道基底进入塑性变形，出现沿滑移线(图中 α和 β线所示)向上运动的趋势，导致隧道底鼓。

图2 底板滑移线场

隧道产生沉降与底鼓的另一个原因是基底水压力的作用。进口段大量汇水，而水流出口只有隧道前方路基的边沟，排水距离超过1 km。在隧道边墙与拱部设置有排水系统，而底部不设地下水排导系统，导致地下水不能沿着仰拱与围岩界面有效排出。同时由于衬砌混凝土等级较高，抗渗性能较好，使地下水难以由仰拱及填充结构渗入隧道内。当隧道施工完成后，随着围岩渗流场趋于稳定，作用在仰拱上的水压力也会逐渐增大并趋于稳定，导致基底底鼓。对基底的水压力进行分析［7］，得到水压力分布，如图3所示。同时由于隧道围岩及下卧岩层长期浸润，基底局部围岩软化，导致隧道衬砌发生不均匀沉降。

图3 作用在衬砌上的水压力分布(单位:kPa)

4 处治措施

4.1 主要处治措施

1)地表。及时修建地表截排水沟，减小地表水对洞顶围岩的影响。

2)基底。对变形、开裂段采用微型桩和刚性袖阀管注浆加固处理基底。

3)仰拱。对开裂严重地段凿除填充层重新施作;对裂缝较小地段注浆加固;底板30 cm厚混凝土结构改为钢筋混凝土结构，并与仰拱钢筋连接成叠合结构，底板纵向钢筋应适当加强。

4)二衬。对二衬开裂严重地段以及侵入设计断面较大地段进行拆换处理，其他开裂较小地段用压浆(环氧树脂)补强的方式处理。

4.2 已施工仰拱地段的处治措施

对于已施工仰拱地段，在仰拱左右墙脚各设置两排微型桩［8］，纵向间距1.0 m，两排桩错开0.5 m;中部设置3排微型桩，纵向间距1.5 m，桩径127 mm，深度10 m，桩内设置3根φ25钢筋束，桩身混凝土强度采用C30。仰拱地段设置φ89、深3 m的注浆孔注浆加固基底，孔口管采用1 m长φ76×6钢花管，间距1.5 m(横向)×1.5 m(纵向)。已施工仰拱段基底加固见图4。