茜洋隧道淺埋偏壓段偏移下沉處理技術

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

茜洋隧道淺埋偏壓段偏移下沉處理技術

■游建峰

（福建廈蓉高速公路漳龍段擴建工程有限公司，龍巖 364000）

文章就茜洋隧道出口段穿越淺薄山體出現的洞身偏移、地表開裂進行原因分析，介紹了采用巖體注漿、滿堂式鋼支撐支架、換拱等加固措施進行洞身變形處理，安全順利通過不良地質段，評價了實施效果及處理體會。

淺埋偏壓 洞身變形 處理技術

隨著山區高速公路的大力建設，隧道工程廣泛使用甚至成為控制性工程，但是在穿越山嶺時，由于受路線走廊帶的限制和踐線標高的控制，隧道不可避免要穿越淺理偏壓山體，同時由于施工管理的不夠規范，在施工中出現了一些問題，及時、合理處理這些問題對工程建設具有非常重要的意義。

1 工程概況

茜洋隧道系龍巖上杭蛟城高速公路A3標段的控制性工程，位于上杭縣白沙鎮茜黃村與上村間的山體中，為分離式雙線雙洞隧道，設計行車速度100km/h，左線樁號 ZK24+774～ZK25+231，全長 457m，縱坡為-2.489%；右線樁號YK24+795～YK25+245，全長450m，縱坡為-2.44%。

隧道區屬構造-剝蝕低山地貌，地形起伏較大，植被較發育，山坡較陡，自然坡度35～50°，山脊 (頂)陡峭。進口處地面高程480.00～510.00m，出口處地面高程470～497m，隧道最大埋深95m，進口段自然坡度30～ 50°，出口段自然坡度20～35°。隧道場區上覆坡殘積土(Qdl+rl)，下伏基巖為震旦系樓子壩組變質粉砂巖(Z1z)，其產狀為180°∠40°。隧址區及其附近未見滑坡、泥石流、崩塌和巖溶塌陷等不良地質作用。隧道區地下水為基巖裂隙水，受裂隙、節理等地質構造的控制，受大氣降水的補給，向山體附近的溝谷中排泄，富水性較差。

2 隧道出口設計及開挖方案

茜洋隧道原設計考慮到洞口段位于坡積體碎土石成分較大，且埋深淺、偏壓大對隧道出口成洞面地質較差，出口左右洞口段設置5m明洞 (ZK25+226～ZK25+ 231、YK25+240～ZK25+245)[1]。采用套拱內施作Φ108長管棚超前支護，管棚長40m，管棚間距30cm。初期支護徑向布置EX42／25漲殼式中空注漿錨桿，長3.5m，邊頂拱設I18工字鋼支撐，間距50cm，掛網噴射C25混凝土厚25cm[2]。在出口右洞右側地面線向下延伸處設置擋土墻，回填土體形成洞頂反壓，如圖1所示。

圖1 出口段洞頂反壓圖 (單位:cm)

由于隧道出口軟弱圍巖跨度大，洞口開挖方法采用中隔壁法 (CD法)[3]，先分部開挖隧道的一側，并施作中隔壁，然后再分部開挖另一側的施工方法。按1～14道施工工序進行：先行導坑上部開挖→先行導坑上部初期支護→先行導坑中部開挖→先行導坑中部初期支護→先行導坑下部開挖→先行導坑下部初期支護→后行導坑上部開挖→后行導坑上部初期支護→后行導坑中部開挖→后行導坑中部初期支護→后行導坑下部開挖→后行導坑下部開挖→仰拱超前澆筑→全斷面二次襯砌。如圖2所示。

圖2 中隔壁法 (CD法)施工工序圖

3 隧道洞身偏移下沉情況

隧道出口在已完成套拱大管棚進洞、邊仰坡噴錨支護，出口右洞在尚未實施擋墻回填反壓洞頂情況下，按CD法施工右洞進洞70m(YK25+170)，施工順序由出口往進口方向施工)，左洞進洞30m(ZK25+196)。2010年3月20日左右洞中間山體地表 (YK25+240～238)出現微小裂縫，2010年3月29日裂縫稍顯已停止洞內施工，2010年4月3日連續強降水影響裂縫進一步發展明顯，截至4月7日監控數據顯示，右洞已由于偏壓造成洞身偏移下沉，左右洞中間地表裂縫已由進洞樁號(YK25+240)延伸至掌子面 (YK25+170)，右洞出現多道拱部、環向、縱向及拱墻仰拱裂縫，影響左洞洞口ZK25+218～ZK25+220出現環向裂縫。據此情況，4月8日，業主約請設計單位、監理單位、施工單位、監控量測單位進行現場踏勘，分析洞身變形成因，提出地表注漿、滿堂式鋼支撐支架等緊急加固措施，同時加強地表沉降觀測及加強洞內監控量測，觀測洞內變形的持續和發展情況。

4 洞身變形成因分析

4.1 地形地質因素

隧道出口位于山脊處，平面形態總體呈似舌型，軸向長約100m，橫向寬約85m，地勢總體左高右低，上覆蓋層最深處10m，平均厚度5.2m，右洞偏壓，最大30°。

隧道出口洞口圍巖為坡積粉質粘土、全風化強風化變質砂巖，巖體極破碎，呈松散結構，［BQ］＜250(見圖3)。隧道洞口開挖擾動山體后，山體偏壓及不良地質影響致使左右洞中間地表形成縱向開裂。

圖3 隧道出口地質橫斷面圖

4.2 降雨因素

4月初連降大暴雨，地表水滲入致使山體地質含水量處于飽和狀態，加大了隧道的側壓力，致使洞口段在雨季施工地表縱向裂發展較快。

4.3 施工因素

右洞出口施工與設計不相符，右洞在尚未實施擋土墻回填土體形成洞頂反壓的情況下開始進洞開挖，施工開挖方式未按設計CD法開挖，采用上下臺階法，且施工不夠規范，上下臺階縱向間距30m，洞口段開挖70 m二次襯砌未跟進；地表排水設施不夠完善，加之洞口段地質較差、偏壓嚴重，導致初期支護出現大變形，隧道圍巖失穩致使發生洞身偏移下沉[4]。

5 偏移下沉處理

5.1 緊急加固處理

為了防止裂縫擴大及洞身結構安全，首先要求施工單位停止掌子面開挖，立即采取下列措施進行左右洞緊急加固處理： (1)隧道洞口被破壞仰坡進行噴錨加固，防止再次坍塌，盡快完善截水溝，同時地表裂縫灌注水泥漿進行密封，防止地表水流入裂縫。 (2)右洞YK25+235～YK25+140右側回填反壓，壓實度為90%以上，開挖山坡臺階時逐個臺階開挖，當一個臺階開挖并回填到原地表位置后再進行開挖下個臺階，每個臺階不宜過大，盡量減少對山體擾動。 (3)左右洞中間巖體采用徑向Φ75中導管注漿加固，注漿管長度12m(壁厚5mm無縫鋼管)，間距按1×1m梅花型布置，注漿漿液采用水泥漿液，水灰比0.5∶1，注漿壓力：1～2MPa，如圖4所示。

圖4 中間巖體中導管注漿加固

(4)出口左洞ZK25+196～ZK25+226和右洞YK25+ 170～YK25+240段落初支臨時加固措施采用滿堂架方法∶每根臨時鋼支撐均與原初支鋼支撐焊接牢固；同時相鄰豎直臨時加固鋼支撐橫向和縱向均采用I18型鋼連接；每根豎直臨時加固鋼支撐基礎采用枕木墊底，確保豎直臨時鋼支撐基礎不下沉；原初支鋼支撐拱腳處采用鎖腳Φ50小導管注漿加固[5]；臨時加固鋼支撐施工順序由洞口向掌子面方向逐榀施工，施工時加強監控量測，確保施工人員安全。如圖5所示。

圖5 臨時滿堂式鋼支撐支架 (單位:cm)

5.2 洞身變形處理

在對隧道洞口段進行了緊急加固處理后，對左右洞洞身初支變形較大、侵限二襯處理方法采用換拱法：初期支護厚度由原來24cm改為28cm，環向采用Φ50小導管 (L=5m)注漿，二次襯砌厚度由原來45cm改為55cm；鋼支撐由I18改為I20b，鋼支撐間距0.5m[6]。換拱施工順序按4榀1循環逐榀從洞口向掌子面方向立架，同時加強監控量測，確保施工安全。換拱分段實施情況如下：

(1)仰拱已施工段落從洞口向掌子面方向按4榀一循環進行換拱：現初支2榀鋼支撐中間開槽挖至設計線→初噴4cm厚C25混凝土→架立新的I20b鋼支撐→噴射16cm厚C25混凝土→累計完成4榀新鋼支撐架立→逐榀拆除舊的工18鋼支撐→重新開挖至設計線→噴射16cm厚C25混凝土→形成整體工作面→掛Φ12鋼筋網→噴身8cm厚C25混凝土→進行下一循環換拱施工。

(2)仰拱未施工段落按跳槽法進行換拱：現初支2榀鋼支撐中間開槽挖至設計線→初噴4cm厚C25混凝土→架立新的工20b鋼支撐→施打鎖腳小導管→噴射16cm厚C25混凝土→累計完成4榀新鋼支撐架立→逐品落底、開挖仰供→逐榀架立鋼拱架封閉→逐榀拆除舊的工18鋼支撐→重新開挖至設計線→噴射16cm厚C25混凝土→形成整體工作面→掛Φ12鋼筋網→噴身8cm厚C25混凝土→進行下一循環換拱施工。

在換拱施工過程中，加強監控量測，對已完成換拱支護段落，拱頂下沉、周邊收斂位移及地表沉降趨于穩定的，盡快跟進施作加厚設計為55cm的二襯以形成抗荷環，消除洞身變形影響。隧道復合支護如圖6。

圖6 換拱后復合支護構造圖

6 實施效果

茜洋隧道出口段山體裂縫、洞身偏移下沉經過緊急加固和換拱處理后，地表裂縫、洞內變形開裂得到了有效控制，未再進一步發展增大趨于穩定，二襯及時跟進至原開挖掌子面，實現安全通過洞身變形段，2011年1月茜洋隧道左右洞貫通，2012年12月蛟城高速建成通車。

7 結語

(1)由于山區高速公路隧道洞口段的進洞及施工是隧道工程的重點和難點，設計單位對洞口處地勘一定要準確詳細，并做出合理的進洞位置和方案設計；施工單位嚴格按設計要求制定合理可行施工方案，施工工序及輔助措施銜接到位，同時加強監控量測，發現施工異常及時上報處理。

(2)在解決隧道突發問題時，各方一定要在盡快趕赴現場，第一時間及時掌握現場真實情況，盡快提出合理正確的緊急處理措施，爭取處理寶貴時間更重要的是可避免人員傷亡、減少損失。

(3)隧道洞口淺埋偏壓段采取多種措施多方面提高隧道山體、圍巖及初支的承載力，達到了洞身變形及地表裂縫的處理效果，確保了本工程實施成功。如洞頂回填反壓改善隧道的偏壓狀況，雙洞隧道采用中間巖體中導管注漿、初支小導管注漿以提高巖體自穩能力，洞身變形采用滿堂式鋼支撐支架承受變形壓力以抑制進一步偏移下沉，初支變形過大采用鋼支撐換成大尺寸鋼支撐提高承載力和穩定性，換拱后對侵限二襯段落重新環向開挖至設計線后予以施作初支、二襯跟進消除洞身變形影響，這一成功實踐，為今后我們在類似淺埋偏壓隧道施工及洞身偏移下沉處理方案選擇上提供了值得借鑒的經驗。

［1］徐代宏.淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術［D］.成都：西南交通大學，2007.

［2］中交第一公路工程局有限公司.JTGF60-2009公路隧道施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］福建省高指.福建省高速公路標準化施工管理指南(隧道)［S］.北京:人民交通出版社，2010.

［4］張敏，黃潤秋，巨能攀.淺埋偏壓隧道出口變形機理及穩定性分析［J］.工程地質學報，2008，16(4)：482-488.

［5］孫春森.隧道軟弱圍巖初期支護大變形的處理［J］.西部探礦工程, 2006(11):147-148.

［6］郭振武，陳勇.隧道變形的技術處理方案［J］.公路，2005(10)：200-204.