康寧2號隧道出口洞口段地表沉降處理技術

(中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 工程概況

山西中南部鐵路通道ZNTJ-1標康寧2號隧道進口里程DK49+281，出口里程DK50+348，隧道全長1067 m，中心里程為DK49+814.5，進口、出口均位于興縣康寧鎮閣老灣村，施工從出口進洞。

出口段地質描述:新黃土:淺黃～黃褐色，硬塑，呈松軟結構，具濕陷性;粗圓礫土:灰黃色，稍濕，中密，呈松散結構。

2 施工情況

施工進展情況:邊仰坡分級開挖，分級高度8 m，坡比1∶0.5，平臺寬度1 m，采用網噴150 mm厚C25混凝土，鋼筋網φ8@250 mm×250 mm，φ22砂漿錨桿錨入土體內固定，錨桿長度3 m，間距1.2 m。采用30 m超前大管棚進洞，洞身開挖采用三臺階七步開挖法施工，循環進尺0.6 m，初期支護采用錨噴支護，鋼架采用Ⅰ20a工字鋼，鋼筋網φ8@200 mm×200 mm，噴射混凝土厚度25 cm。上導開挖及初支:9.6 m(樁號 DK50+330.4);左中導開挖及支護:3.6 m(樁號 DK50+336.4);右中導開挖及支護:5.4 m(樁號DK50+334.6);左下導開挖及支護:0.6 m(樁號 DK50+339.4)，洞口樁號DK50+340。

2010年7月28日下午15:00發現康寧2號隧道洞口仰坡兩側初期支護及地表開裂，當時洞內正在進行拱架安裝作業，發現此險情，立即將施工人員及設備撤離現場，及時封閉現場并及時將情況上報相關單位。

初期支護中、下導連接部位出現一條長30 cm寬2 mm的裂縫。

導向墻兩側拱腳以下范圍出現3條裂縫，裂縫寬15 mm～20 mm。線路左側裂縫長度1.8 m，線路右側2條裂縫長度分別為3.0 m，4.0 m。導向墻整體下沉46 mm，拱部產生兩道細小裂紋，未貫通，縫寬0.2 mm，導向墻向洞口側縱向外移6 mm。

地表出現8條裂縫，裂縫寬度1 mm～100 mm，裂縫長度1.5 m ～16 m，地表下沉52 mm ～95 mm，見圖1，表1。

圖1 康寧2號隧道地表開裂示意圖

表1 地表裂縫統計表

3 沉降原因分析

1)地質為新黃土，具濕陷性。圍巖結構松散，自穩能力差，地基承載能力低。

2)洞口處于偏壓地段，且仰坡開挖高度大，巖體自重產生的壓力大，對洞口段導向墻及初期支護產生較大的推力。

3)正值雨季施工，雨水滲入土體，增加土體自重。

4)邊仰坡開挖坡率較陡。

4 處理技術

4.1 洞口段反壓回填

對洞口段進行反壓回填，以穩定洞口邊仰坡及初期支護，避免邊仰坡及洞口支護下沉、變形擴大或失穩塌方。

回填范圍:高度至導向墻兩側拱腳以上1.5 m處，寬度頂寬為21.2 m，兩側及導向墻端面采用1∶1.5坡比至地面。

4.2 洞頂卸載

采用兩臺挖掘機分層卸載，分層厚度控制在3 m左右，邊坡坡度不大于1∶1，分節平臺寬度3 m～5 m，每隔6 m～8 m設一級平臺。先從靠近穩定山體一側開始，再向已開挖仰坡位置延伸，卸載過程中要注意觀察山體的變化，確保人員、設備始終處于安全狀態，嚴禁一次卸載到位。

4.3 圍巖量測

加大量測頻率，監控量測按每4 h測一次進行，每天早上8:00，晚上18:00對量測數據進行統計、分析并上報。

截止2010年8月4日上午累計沉降46 mm，截止2010年7月31日上導累計收斂2.3 mm，中導累計收斂7.7 mm。

4.4 正洞施工

通過圍巖量測數據分析，判定洞口段地表沉降、初期支護變化穩定后，組織項目部施工技術人員再次認真分析此次地表、初期支護沉降的機理，制定切實可行的施工方案。經研究分析，山體并未大面積滑動，未形成滑動面，地表靠近仰坡5.5 m范圍內開裂，未貫通;導向墻及初期支護由于地基承載力不足整體下沉4.6 cm，與開挖輪廓剝離，縫隙寬3 cm左右;超前大管棚內側土體剝落，管棚外露，管棚外水泥漿被拉裂，縫寬3 cm。為此制定如下施工方案并加以實施。

4.4.1 拉槽

對反壓回填部分土體從中部拉槽(機械開挖、人工配合)，拉槽高度至拱頂2.8 m，寬度3 m，深度至掌子面，兩側土體盡量保留，以增加抵抗力，抑制初期支護收斂變形。

4.4.2 上導開挖

為了充分發揮超前大管棚的作用，先行掘進上導初期支護4.8 m(總進尺達到14.4 m)，循環進尺0.6 m，使其與超前大管棚形成整體受力體，減少原掌子面超前管棚所受剪力，形成“挑力”，抑制洞口導向墻下沉及山體偏壓產生的側壓力。

4.4.3 施作明洞仰拱

為了穩定洞口，先清除洞口外部分反壓回填土體，及時施作明洞仰拱，仰拱及時開挖及時封閉，循環進尺不超過2 m，2個循環即達到4 m后及時澆筑仰拱填充混凝土，施工時采用埋管的方式預留地基擠密樁位置。

4.4.4 中、下導開挖

中、下導開挖先跟進一側，中、下臺階距離保持3榀鋼架即1.8 m，開挖馬口寬度盡量縮小，控制在3 m左右，待下臺階長度達到7.8 m時封閉巖面暫停作業(此時中導初期支護距掌子面4.8 m)，循環進尺0.6 m。再進行另一側中、下導開挖，開挖方法相同，待中導跟進至7.8 m，下臺階跟進至6 m時及時施作仰拱。

4.4.5 施作仰拱

為達到“及時封閉成環、抑制圍巖變形”的目的，及時施作仰拱，仰拱開挖每循環2榀鋼架即1.2 m，開挖初支3個循環即達到3.6 m時施作仰拱混凝土及填充混凝土，使其與明洞仰拱形成整體受力環。

4.4.6 開挖掘進

為減少開挖對圍巖的擾動，要盡可能多的預留核心土，減少同時開挖的作業面，減少機械開挖的范圍。上導坑、左中下導及右中下導分三個時間段開挖。

4.5 錨桿格梁

邊坡坡面采用錨桿格梁進行防護。格梁節點處設Φ28HRB400錨桿，錨桿間距2.4 m，錨桿長7 m，錨桿鉆孔直徑110 mm，采用M35水泥砂漿灌注。格梁現澆C30鋼筋混凝土，就地澆筑，嵌入坡面，間距2.4 m，截面尺寸0.4 m ×0.4 m，設0.1 m高，0.1 m寬截水槽。每級平臺坡腳設1.53 m高M7.5漿砌片石護腳，厚0.4 m;坡頂非完整格子內設0.3 m厚M7.5漿砌片石防護;其余格子內鋪設六邊形C25混凝土空心磚，種植紫穗槐。平臺寬度3 m ～5 m，鋪設0.4 m厚C25混凝土，并設置0.4 m×0.6 m 截水溝，與截水天溝順接。

錨桿格梁布置圖見圖2，坡面防護錨桿格梁數量見表2。

圖2 錨桿格梁布置圖

4.6 地基處理

洞口段地質為新黃土，呈松軟結構，具濕陷性。為消除黃土的濕陷性，采用φ40 cm灰土(水泥土)擠密樁加固地基(見圖3)，間距1 m×1 m。

水泥土擠密樁用土料中有機質含量不得超過5%，不得含有凍土或膨脹土，使用時應過10 mm～20 mm篩，混合料含水量應滿足最優含水量，允許偏差不得大于±2%，土料與水泥應拌合均勻，水泥用量不得大于設計及試驗確定的用量。

樁施工前，場地應平整，必須清除地上、地下一切障礙物，根據設計要求，將樁位用白灰進行定位。夯填樁孔時應選用機械分段夯實。

夯錘直徑不宜小于0.3 m，落距和填料厚度應根據現場的試驗確定。成孔時地基應接近最佳含水量，當土的含水量低于10%時應對處理范圍地基土進行增濕處理。向孔內填料前孔底必須進行夯實。

樁頂夯填高度應大于設計樁頂高度0.3 m，墊層施工時應將多余的樁位鑿除，樁頂應水平。施工中應有專人監測成孔及回填夯實質量，并如實做好施工記錄。

表2 坡面防護錨桿格梁數量計算

圖3 擠密樁加固地基

5 施工注意事項

1)黃土隧道洞口進洞方案要慎重，要根據地質構造、偏壓情況及地基承載力情況綜合考慮，制定邊仰坡放坡坡率(不宜陡于1∶1)、平臺寬度(不宜小于2 m)，并充分做好防排水處理。

2)嚴格按要求做好超前大管棚支護，擴大導向墻拱腳尺寸，必要時在拱腳部位增設墊板及錨管。

3)要及時封閉邊仰坡，邊仰坡支護滿足設計要求。

4)加強地表沉降觀測，采用肉眼觀察結合儀器測量，及時掌握圍巖動態，以指導施工。

5)按照1榀/循環鋼架進尺掘進，不應急于落中、下導，待上導進尺達到10 m～15 m時跟進中、下導。

6)施工中要充分考慮地基承載能力，必要時要先進行地基處理。

6 體會

1)原因分析透徹，方能正確指導方案的制定和現場的實施。

2)實施既定的方案要一步一步穩扎穩打，并根據實際情況進行不斷的優化，方能步步為營。

3)在黃土地區施工，要認真、仔細的核對地質資料，并進行詳細的現場調查，找出存在的風險和安全隱患，制定預防措施，方能確保施工安全。

7 結語

出現險情，要在最短的時間內到達現場，對出現險情進行調查和認真的分析，初步查明原因并制定初步方案，同時做好現場警戒工作，并向上級相關部門如實匯報。

本次險情處理方案正確、及時、果斷、有效，在最短的時間內完成了搶險任務。險情發生于2010年7月28日下午15:00;洞口反壓回填于2010年7月29日12:00完成，回填土方939 m3;洞頂卸載于2010年7月29日下午14:00開始，于2010年8月1日12:00完成，卸載11452 m3;2010年7月28日～2010年8月6日為洞口段沉降、變形觀測期;2010年8月6日按照既定的施工方案進入正洞施工階段。

［1］譚潘成.公路偏壓隧道施工技術研究［J］.科技資訊，2012(5):37-38.

［2］陳 鵬，楊小禮，黃 阜.淺埋三孔隧道圍巖位移場解析解研究［J］.鐵道科學與工程學報，2011(1):15-16.

［3］王夢恕.大瑤山隧道［M］.廣州:廣東科技出版社，1994.

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