高速鐵路軟弱圍巖隧道洞口滑坡體地段施工技術(shù)

常 立 軍

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

高速鐵路軟弱圍巖隧道洞口滑坡體地段施工技術(shù)

常 立 軍

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

對高速鐵路軟弱圍巖隧道洞口滑坡體地段明洞段、暗洞段施工時出現(xiàn)變形開裂的情況作了分析，并采取了一系列有效加固處理措施，穩(wěn)步推進(jìn)完成洞口段二次襯砌，度過了施工高風(fēng)險區(qū)，在類似工程實(shí)踐中具有一定的參考意義。

隧道，滑坡體，變形開裂，開挖

0 引言

隧道進(jìn)洞位置處邊仰坡的穩(wěn)定性、埋深、圍巖地質(zhì)狀況決定著進(jìn)洞的難易程度，進(jìn)洞前對自然形成的邊仰坡按設(shè)計(jì)坡比開挖，并采用臨時防護(hù)與永久防護(hù)相結(jié)合的方法加固，在滿足洞口段進(jìn)洞條件時穩(wěn)步開挖施工。開挖后的洞口也常伴隨著洞內(nèi)初期支護(hù)變形開裂、邊仰坡開裂滑塌等災(zāi)害的發(fā)生。具有滑坡體特征的坡體受施工擾動后開裂明顯，這種坡體只要上臺階開挖深入內(nèi)部一段距離，其洞口端表層裂縫出現(xiàn)，中臺階跟進(jìn)更容易開裂?；麦w的防治顯得尤為重要，一般在靠山體側(cè)設(shè)一排抗滑樁穩(wěn)定坡體防止滑塌，邊仰坡坡面采用錨網(wǎng)噴防護(hù)，進(jìn)洞前在拱部設(shè)置長管棚超前支護(hù)。洞內(nèi)的加固也要同步進(jìn)行，必要時增加輔助性措施加強(qiáng)各工序的支護(hù)強(qiáng)度。本隧道依據(jù)現(xiàn)場地形及圍巖地質(zhì)條件展開了洞口滑坡體的施工，兩次出現(xiàn)洞內(nèi)外開裂現(xiàn)象，在洞口滑坡體整治過程中獲得了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

2 洞口段防護(hù)

在線路左側(cè)設(shè)置5根預(yù)加固樁，樁長25 m，其中1號樁截面尺寸2.5 m×2.5 m，2號～4號樁2.0 m×3.0 m。在邊仰坡開挖邊緣線外設(shè)置了截水天溝，邊仰坡面開挖后采取臨時錨網(wǎng)噴防護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，錨桿采用φ22砂漿錨桿，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，每根長4.5 m，噴C20混凝土，厚度12 cm。

3 暗洞設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)采用Ⅴ級圍巖C型復(fù)合支護(hù)，開挖斷面尺寸寬14.58 m，高12.69 m，拱墻采用28 cm厚C25噴射纖維混凝土，仰拱采用28 cm厚C25噴射混凝土，全環(huán)設(shè)Ⅰ20b工字鋼，鋼架間距60 cm，拱部采用φ25中空錨桿，邊墻采用φ22砂漿錨桿，系統(tǒng)錨桿間距1.2 m×1.0 m(環(huán)向×縱向)，長度4.0 m。二次襯砌拱部、邊墻、仰拱均采用C35鋼筋混凝土，仰拱填充采用C20混凝土。

4 洞內(nèi)施工

本隧道從出口掘進(jìn)，在DK141+710.6明暗洞交界處拱部設(shè)一環(huán)φ108大管棚，每根長35 m。暗洞內(nèi)開挖利用小松PC220挖掘機(jī)配戴工兵135破碎錘鑿除圍巖，邊角處鑿除困難時人工手持風(fēng)鎬鑿除。明洞段襯砌施工至DK141+723.1，仰拱施工至DK141+725，上臺階開挖至DK141+702處，暗洞段已完成的初期支護(hù)出現(xiàn)4道環(huán)向裂縫，1道縱向裂縫，上臺階靠山側(cè)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，洞外臨時錨網(wǎng)噴混凝土出現(xiàn)多處開裂，最大縫寬約15 cm。據(jù)監(jiān)控量測資料顯示，DK141+705處拱頂最大單次沉降量7.8 cm，地表觀測樁橫向最大位移12.8 cm，縱向最大位移11.8 cm，主要集中在洞口處導(dǎo)向墻背后。

5 變形原因分析

1)洞口段巖層主要以鈣質(zhì)、泥質(zhì)頁巖夾粉砂巖為主，全風(fēng)化，呈碎石狀、角礫土狀，黃褐色夾少量青灰色；松散～中密，碎石、角礫的石質(zhì)成分為頁巖、粉砂巖。含量約40%～50%，邊坡穩(wěn)定性較差。

2)洞內(nèi)墻角處出現(xiàn)股狀水流，對拱腳處圍巖有軟化作用，失穩(wěn)后拉裂拱腳位置，縫寬有擴(kuò)大的趨勢。

3)洞口處受到不穩(wěn)定滑坡體橫向、縱向推擠，臨空面處無任何反壓支撐措施，承載能力下降，滑坡體沿滑坡面有向下滑移的趨勢。

4)從現(xiàn)場裂縫觀察，隧道上臺階掘進(jìn)8.6 m，已深入滑坡體內(nèi)，拱腳處水流軟化嚴(yán)重，導(dǎo)致洞內(nèi)出現(xiàn)了不均勻沉降，并牽引地表仰坡臨時錨網(wǎng)噴防護(hù)，引起洞內(nèi)初期支護(hù)及地表臨時防護(hù)噴射混凝土開裂。

5)在原有處于穩(wěn)定狀態(tài)的地層中開挖隧道，開挖面土體的松動、擠壓和坍塌，導(dǎo)致地層中原始應(yīng)力狀態(tài)的改變。土體極限平衡狀態(tài)的破壞，引起地表下沉。

6 滑坡體明洞段施工措施

1)洞內(nèi)上臺階拱腳處施作3榀臨時仰拱，在橫斷面上采用Ⅰ18工字鋼豎向支撐，并封閉整個開挖面，線路左側(cè)拱腳處兩處漏水點(diǎn)采用軟管引排出洞外。地表裂縫處打設(shè)4.5 m長φ22砂漿錨桿，復(fù)噴10 cm厚C20混凝土。

2)在線路右側(cè)坡腳直立面上打設(shè)30 m長φ108鋼管，間距1.0 m×1.0 m，固結(jié)坡腳處的松散土體，增加坡腳處巖土的抗滑移能力，如圖1所示。

3)分別開挖導(dǎo)向墻兩拱腳處的坡體，接長拱腳至仰拱填充面處，澆筑C20混凝土，使導(dǎo)向墻起到支撐拱部大管棚和坡體覆蓋層的作用，接著開挖施工完成暗洞內(nèi)導(dǎo)向墻處中、下臺階2榀拱架。

4)開挖導(dǎo)向墻內(nèi)中、下臺階直立面并打設(shè)4.5 m長φ42小導(dǎo)管注水泥漿加固，間距1.0 m×1.0 m，掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm，噴10 cm厚C20混凝土封閉，如圖2所示。

5)開挖仰拱施工至直立面處，施工完成后，接著將二次襯砌及時跟進(jìn)。本隧道使用6 m長襯砌臺車，每次襯砌搭接10 cm，至導(dǎo)向墻處還留有70 cm的空隙。加工2榀Ⅰ20b型鋼鋼架支立空隙處，做初期支護(hù)封閉空隙。

6)澆筑線路右側(cè)偏壓墻，二次襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，隨時準(zhǔn)備洞頂土石方回填，對滑坡體坡面形成反壓，平衡縱向滑動推力。

通過以上施工技術(shù)措施的加固，洞口段明洞襯砌完全得到封閉，并且滑坡體位移也得到了控制，洞內(nèi)拱頂下沉?xí)簳r趨于穩(wěn)定，有利于進(jìn)行滑坡體段暗洞的開挖掘進(jìn)。

7 滑坡體暗洞段施工

破除直立面錨網(wǎng)噴支護(hù)，按照三臺階預(yù)留核心土法直接用挖掘機(jī)開挖，拱腳處增設(shè)2根4.5 m長φ42鎖腳錨管，在中臺階設(shè)置臨時仰拱增強(qiáng)拱腳處抵抗橫向變形能力，在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測，密切注意地表觀測點(diǎn)的位移，依據(jù)此法掌子面掘進(jìn)到DK141+691.2，中臺階里程DK141+696.6，下臺階施工至DK141+702，仰拱施工至DK141+704.8，二襯施工至DK141+706.1。拆除中臺階臨時仰拱，開挖DK141+702段左側(cè)下臺階2榀鋼拱架時，左側(cè)中下臺階發(fā)生初期支護(hù)開裂，拱架扭曲變形，鎖腳錨桿與鋼架之間連接鋼筋崩開，DK141+703和DK141+698出現(xiàn)2道明顯的環(huán)向裂縫。裂縫在左側(cè)中下臺階開裂處較為嚴(yán)重，裂縫寬度目測有5 cm左右，如圖3所示，至拱頂裂縫變小，右側(cè)出現(xiàn)輕微裂縫。根據(jù)DK141+691.2～DK141+706.1段監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，線路左側(cè)以及拱頂下沉最大處超過150 mm，平均下沉超過100 mm，右側(cè)拱腰下沉平均50 mm～70 mm。通過觀測地表觀測樁確認(rèn)，地表下沉最大超過100 mm，臨時仰坡出現(xiàn)新增裂縫。

7.1 引起開裂原因分析

洞口段左側(cè)上臺階處股狀水脈沿隧道縱向延伸，在具有裂隙的破碎圍巖處軟化圍巖形成壓力水，周圍圍巖受到水的浸泡后，尋找薄弱區(qū)域突破出露，本次股狀水出現(xiàn)在DK141+703.1左側(cè)中下臺階處。從開挖后揭示的圍巖觀察，主要為泥質(zhì)頁巖和粉質(zhì)粘土，巖層單斜，節(jié)理較發(fā)育，多呈張開型，含水量大，圍巖液化，手抓呈軟塑狀，約有1 m厚的圍巖軟化失穩(wěn)，局部產(chǎn)生的壓力增加，不均勻沉降致使已完成的初期支護(hù)擠裂釋放動能。

7.2 初期支護(hù)處理措施

本隧道預(yù)留沉降量30 cm，通過掃描初期支護(hù)斷面，各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示沉降量還有富余。利用洞內(nèi)各臺階作業(yè)平臺的優(yōu)勢，擺放小型潛孔鉆機(jī)，增加鎖腳錨管的長度和管徑，向滑坡體深部圍巖處鉆進(jìn)錨固鋼拱架，起到支撐穩(wěn)定初期支護(hù)的作用。

1)在DK141+706.1～DK141+691.2段線路左側(cè)各臺階鋼架接頭處，每處增加2根8 m長φ76鋼花管加強(qiáng)鎖腳，注1∶1水泥漿，漿內(nèi)摻入水泥用量3%的速凝劑，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa。

2)全環(huán)采用φ42鋼花管徑向注漿加固，間距1.2 m×1.0 m(環(huán)向×縱向)，長度4.5 m。

3)局部軟化塌方位置處，加設(shè)12 m長φ108鋼花管注水泥漿加固圍巖，控制沉降速度。

完成初期支護(hù)后，各臺階有工作空間時，打設(shè)洞內(nèi)長錨管。在需打設(shè)鎖腳部位擴(kuò)挖出操作平臺，修整斜坡道供KY100J型露天潛孔鉆車走行，潛孔鉆車行至工作面處，調(diào)整入射角度，與水平方向成10°～20°向下鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，孔內(nèi)有水流出，用軟管引排出洞外。成孔后及時將加工制作好的鋼花管放入孔內(nèi)，采用水泥摻入液體速凝劑混合后封閉孔口周圍空隙及止?jié){段，管口處焊接帶閥門的注漿接頭，注漿結(jié)束后，鋼管與鋼拱架間采用φ22鋼筋焊接牢固。

7.3 后續(xù)施工

加固后的圍巖經(jīng)觀測每天的沉降量在10 mm之內(nèi)，在掘進(jìn)許可范圍內(nèi)。推算二次襯砌施工占用的作業(yè)長度，本次二次襯砌可以施工至DK141+700.2，考慮襯砌臺車爬梯架占用2 m長的距離，不考慮自制臺車架占用長度，得出必須完成下臺階DK141+698.2處初期支護(hù)。上臺階預(yù)留4 m長，中臺階預(yù)留3 m長，并在中臺階設(shè)3榀臨時仰拱，下臺階做成直立面防護(hù)。仰拱每次開挖3 m長，及時將仰拱初期支護(hù)封閉成環(huán)，接著分別完成仰拱和填充混凝土澆筑，仰拱填充長度滿足6 m襯砌臺車澆筑段要求即可。

下臺階的初期支護(hù)與仰拱開挖交錯進(jìn)行，完成一段下臺階，接著開挖施工仰拱，只有仰拱及時跟進(jìn)才能保證整個斷面初期支護(hù)穩(wěn)定。

經(jīng)上述施工調(diào)整，針對變形開裂嚴(yán)重地段展開加固施工后，緊跟仰拱，二次襯砌施工也具備了作業(yè)空間。在施工二次襯砌時，利用自制臺車架鋪掛土工布、防水板，綁扎完鋼筋后，撤出洞外，接著二次襯砌臺車自行至洞內(nèi)定位，封端后澆筑混凝土。施工過程中主要考慮臺車架占用的作業(yè)長度，充分利用現(xiàn)有作業(yè)空間完成襯砌，自制臺車架與襯砌臺車在洞外來回倒換完成滑坡體暗洞段襯砌施工。

8 施工后的效果

洞外施工主要剩余洞頂土石方回填和端墻式洞門，在雨季來臨之前完成此項(xiàng)作業(yè)，邊仰坡的穩(wěn)定性對洞口段構(gòu)不成地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)出洞作業(yè)人員安全有了保障。隨著滑坡體暗洞段開挖穩(wěn)步推進(jìn)，洞內(nèi)出現(xiàn)不同程度的變形開裂現(xiàn)象，主要受左側(cè)水流軟化圍巖影響，加上泥質(zhì)頁巖自穩(wěn)能力差，很容易滑塌。采取以上方案對變形段的應(yīng)急處理，有效防止了滑坡體對洞內(nèi)初期支護(hù)的破壞，在工序上依靠仰拱、二次襯砌緊跟的原則，為后續(xù)開挖掘進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，開挖掘進(jìn)后也為其提供了作業(yè)空間，兩方面工藝協(xié)調(diào)配合緊湊，其控制沉降變形效果明顯。

9 結(jié)語

本文針對思林一號隧道出口滑坡體地段地質(zhì)特點(diǎn)，從洞外邊坡防護(hù)、洞口段施工、暗洞段施工分析研究，確定可行的施工方案，穩(wěn)步推進(jìn)順利通過滑坡體地段，得出以下結(jié)論：

1)從揭示的圍巖分析，滑坡體多為松散堆積體，表層覆蓋層較厚，從坡頂延伸至坡腳，其內(nèi)部巖土破碎，受力狀態(tài)復(fù)雜，坡腳開挖后易產(chǎn)生坡面開裂滑塌。施工前必須確定明暗洞分界處，加強(qiáng)坡面的防護(hù)措施，尤其是偏壓型邊坡，雖然單側(cè)設(shè)置了預(yù)加固樁，但是現(xiàn)場局部地形變化較大，隨著進(jìn)暗洞位置的不確定性，有必要根據(jù)現(xiàn)場增加樁位，適當(dāng)在另一側(cè)也增加預(yù)加固樁，確保進(jìn)洞時的安全。

2)洞外施工遵照盡早完成明洞襯砌的原則，襯砌進(jìn)入暗洞，有困難時可接引暗洞初期支護(hù)至洞外，形成封閉的明洞，利于洞頂土石方回填，增加邊坡的穩(wěn)定性。

3)洞內(nèi)施工盡量減少施工擾動時間，開挖、初期支護(hù)與仰拱、二次襯砌工序合理安排，具備襯砌施工的作業(yè)空間，必須及時完成。

4)對變形開裂的初期支護(hù)采取動態(tài)施工管理的措施，主要增加預(yù)留沉降量、鎖腳錨管長度和管徑、全環(huán)注漿加固和臨時仰拱，有效控制了變形。

[1] TB 10753—2010,高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 鐵建設(shè)[2010]241號，高速鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

On construction techniques at landslide sections of tunnel entrance with weak surrounding rocks along express railways

Chang Lijun

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway14thBureauGroup,Jinan250002,China)

The paper analyzes the deformation and cracks in the construction at open cut tunnels and hidden tunnel at landslide sections of tunnels with weak surrounding rock along express railways, adopts a series of effective consolidation treatment measures, improves the secondary lining of the entrance section steadily, and goes through the high risky zone of the construction, so it is meaningful for the practice of similar projects.

tunnel, landslide, deformation and crack, excavation

1009-6825(2015)02-0150-03

2014-11-09

常立軍(1978- )，男，高級工程師

U455

A