富水黏土地段隧道洞口施工技术探讨

2018-06-22王忠培韦旋馨

西部交通科技 2018年4期

袁通，王忠培，韦旋馨

(1.广西交通设计集团有限公司，广西南宁 530029；2.中交第四公路工程局有限公司，北京 100000；3.广西乐百高速公司有限公司，广西凌云 533100)

0 引言

隧道在黏土地段施工，遇水经常会引发各种问题。黏土在较长时间水的浸泡下，会发生力学参数变小、承载力降低等情况，进而造成地基承载力不足和塌方或滑塌等灾害。地表发生突变的纵、横向位移时，往往被认为是滑坡的前兆。崔玉明等人采用树根桩加固隧道软弱基底[1]；邓荣贵等人采用自锚式加固结构处理隧道洞顶滑坡[2]，但这些只是针对处理隧道基底软弱或洞顶潜在滑坡等单一情况下的处治方法。本文介绍了某在建高速公路隧道在富水黏土地段且基底承载力不足情况下洞口推移后采取的一些应急处治措施，并分析介绍了后续施工工序，确保了隧道安全通过此不良地段。

1 工程地质概况[3-5]

1.1 地形地貌

隧址区属构造剥蚀低山地貌，地形起伏较大，隧址两端沟谷较发育，该隧道穿过东西走向的单一山体，隧道最大埋深约210 m。该隧道洞口位于倾向南的沟谷后缘斜坡上，自然地面坡度25°～40°，洞口植被发育。

1.2 地层岩性及地质构造

隧址区出露地层主要为第四系坡残积层(Qdl+el)和三叠系中统板纳组中段(T2b2)砂岩。坡残积层以粉质黏土为主，主要分布于隧道洞口，厚度约5.5 m。黏土下为强风化砂岩，厚度约50 m，其下为中风化砂岩，从地表往下风化程度由强到弱。洞口为Ⅴ级围岩，未见滑坡、崩塌等不良地质作用，自然斜坡稳定。隧址区东侧发育北东——南西走向的区域性断层，断层自新生代以来未见有活动迹象。

1.3 水文地质概况

隧址区沟谷切割斜坡地形，于隧道出口右侧形成一冲沟，如图1。该地区5～8月份为雨季，降雨量较大，但由于洞口地势较高，无地表积水，大气降水形成的地表面流往隧址两端沟谷排泄。地下水主要为赋存于坡残积粉质黏土层孔隙水和赋存于基岩中的裂隙水，经钻孔勘察得稳定地下水位埋深28.80～36.20 m。隧道洞口施工期间为雨季过后，地表残坡积粉质黏土层赋水量较大，洞口开挖时，于套拱右侧起拱线位置处时有渗水，水量较大，造成隧道洞口基底软化，经推断，出水点位于上述冲沟位置附近。

图1 隧道洞口地形图

2 隧道洞口变形

2.1 洞口施工概况

由于洞口段为小净距隧道，为减少两洞开挖时相互干扰效应，施工采用右洞先行、左洞暂时不动的原则施工。套拱施工前，先将右侧积水排水，并于套拱基底处采用碎石盲沟将山体渗水引排至路基边沟。根据地基承载力试验，采用片石(厚1.5 m)+碎石(厚0.3 m)换填法进行套拱基底换填。

右洞洞口采用三台阶预留核心土开挖法，并于上、中、下台阶拱脚部位两侧各施作2根3.5 m长A42×4 mm锁脚小导管。上台阶开挖高度约3 m，上台阶拱脚部位采用Ⅰ18工字钢进行横向支撑，同时拱顶采用Ⅰ18工字钢竖向支撑，竖向支撑的工字钢基底采用宽50 cm、厚1 cm的钢板垫底，以增大受力面积，减小拱顶沉降。上台阶钢拱架拱脚部位采用纵向工字钢焊接连接，提高初支整体受力性能。待上台阶进尺8 m后，进行中台阶和下台阶施工。

2.2 洞顶地表位移

隧道上台阶开挖施工时，洞顶截水沟附近可见断断续续的裂缝，裂缝只分布于隧道正上方，两侧未见裂缝发育。裂缝平均宽3 mm，最大处宽10 mm。根据现场套拱处布设的纵向位移监测点的测量数据反映，此段时间套拱平均每天纵向位移约0.3～0.5 mm，累计位移约3 mm。当进行洞口中、下台阶开挖时，套拱纵向位移速率增大，之后趋于平稳，累计位移约9 mm。推测中、下台阶开挖时对山体坡脚扰动增大。当施作完中、下台阶锁脚小导管后套拱又趋于稳定。随后进行洞口第一环仰拱施工开挖(开挖长度3 m)，洞顶地表裂缝一天内出现急剧变宽趋势，平均宽度约20 mm，最宽处达50 mm，裂缝出现“圈椅式”贯通趋势，并于主裂缝后缘出现2条断断续续的细小裂缝，呈现一定的“牵引式滑动”特征。

根据套拱处布设的纵向位移监测点的测量数据反映，洞口第一环仰拱开挖施工时，套拱当日纵向推动位移约8 mm，待洞口第一环仰拱浇筑完后，位移渐渐趋于稳定，总位移约20 mm，见图2。

图2 套拱纵向位移曲线图

2.3 洞内初支变形

经现场察看，洞内初支未出现明显裂缝，可见拱顶沉降和两侧收敛较小，洞口段左侧有一部分二次补喷混凝土与初支出现脱离现象，推测可能是由于隧道右侧山体较高，存在一定偏压，再加上隧道基底软化，产生一定的横向推移现象，位移方向由右向左。

距套拱3 m位置处，洞内布设有拱顶和周边位移监测点。根据监测点监测数据反映，拱顶沉降和周边位移虽未趋于稳定，但位移速率均较小，且成递减趋势。拱顶位移速率为0.2～0.6 mm，累计沉降约40 mm；两侧收敛速率0.1～0.4 mm，累计收敛约16 mm，均较小，如图3和图4所示。

图3 洞口初支拱顶沉降曲线图

图4 洞口初支周边收敛曲线图

3 处治措施

3.1 洞口反压及地表防渗

为抑制套拱纵向推移，在洞口套拱两侧，采用块石堆载反压，堆载高度至套拱顶，纵向堆载长度≥10 m。采用“黏土”将地表裂缝填实，既能封堵缝隙，同时能起到隔水效果，然后在地表裂缝处抹一层砂浆，上述措施完善后，在洞口地表施盖一层“彩条布”，防止雨水下渗。

3.2 洞口仰拱施工

洞口第一环仰拱开挖施工时，套拱纵向位移加剧，而初支变形较小，可知隧道发生了整体纵向推移。这是因为仰拱的开挖，实质上是将边坡的坡脚挖除，边坡稳定性降低。同时在富水黏土地质条件下，洞顶土体粘聚力、内摩擦角较小，边坡发生纵向牵引式的滑动，由于基地软弱，抗阻能力较小，下滑力带动隧道初支及套拱一起纵向位移。因此，及时浇筑隧道仰拱是至关重要的一步。但由于隧道基底长时间浸水造成地基承载力不满足要求，而基础换填需1～2 d才能完成，同时换填开挖造成开挖深度更深，坡体稳定性进一步降低。对此问题，可采用类似“桩基+筏基”综合地基处理方式解决。采用5根5 m长纵向钢拱架垫于仰拱初支钢拱架之下，然后及时绑扎仰拱二次钢筋并一次性泵送混凝土，混凝土内掺入少量早强剂，待仰拱达到一定强度后，在靠近纵向工字钢两端，采用4 m长A108×6 mm注浆钢管以15°内倾角度斜向打入隧道基底，钢拱架每端各打入2根，然后将钢管与纵向工字钢纵向焊接在一起，能起到一定“顶托”并且加固软弱地基的作用，具体如图5所示。

图5 仰拱地基加固示意图

3.3 后续施工次序

施工完洞口第一环3 m长的仰拱后，加强纵向位移监控量测，待位移稳定后，进行洞外明洞仰拱施工。明洞仰拱每隔3 m跳格开挖，待浇筑完后再进行洞内第二环仰拱施工，施工长度为3 m。此工序不应颠倒，若先施工洞内第二环仰拱，由于洞内第二环仰拱的开挖，可能会引发潜在滑动面的二次发育，绕过洞口第一环仰拱基底从洞外地面剪出，由于此时洞外仰拱未施作，抗滑阻力全部由洞外地基抗剪强度提供。当洞外地基抗剪强度满足不了阻滑要求时，进而发生类似“中点圆”型的圆弧滑动面破坏。

为避免左洞开挖造成右洞横向位移加剧，施工完洞内仰拱后，于隧道两侧分别增设3根6 m长的A108×6 mm注浆锁脚钢管，纵向间距2 m，施工时需间隔施工。

上述措施施工完后，隧道洞口已基本稳定，目前已成功掘进110 m进入砂岩地段。