黃土淺埋隧道掏砂洞安全施工技術

郭寶庫

摘 要：以周家莊二號隧道在施工中遇到的掏砂洞回填施工為例，針對黃土淺埋隧道掏砂洞分布密集，支洞較多且相互貫通，錯綜復雜，呈蜘蛛網狀結構，且沉降、開裂嚴重等特點為確保施工的安全，通過洞內外觀測、人工開挖、嚴格控制開挖進尺、安全步距、超前支護、掏砂洞探明、回填及檢測等技術，安全順利的通過該特殊地段，為今后類似工程提供一定的參考。

關鍵詞：黃土；淺埋；掏砂洞；沉降變形；開裂；檢測

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0119-02

1 工程概況

中川鐵路ZCTL-SG2標周家莊二號隧道位于蘭州永登縣內，全長515m，起訖里程HK20+290～HK20+805，隧道洞身縱坡為-6‰，-3‰的單面下坡。隧道最大埋深60m，區內地形起伏較大，溝壑縱橫，自然坡度約20°～60°，山體多基巖出露較少，植被覆蓋較差。

HK20+680～HK20+805段：（1）淺埋HK20+695～HK20+710地表有一處天然沖溝，沖溝下面有暗穴，埋深最淺HK20+700處為5.8m。（2）風積黃土：土質為第四系風積砂質黃土，具自重濕陷性，濕陷等級為Ⅳ級。洞內揭示土質疏松，用手可輕輕掰下，呈松散粉狀。（3）掏砂洞：隧道通過地段人為坑洞比較多，本地居民以其做建筑材料、填地、人為的掏洞取砂。HK20+600—HK20+805段隧底掏砂洞分布密集，支洞較多且相互貫通，錯綜復雜，呈蜘蛛網狀結構，掏砂洞高度一般為2.2m～3.8m，寬度3.5m～5.0m，洞頂在仰拱底以下3.0m左右，呈水平層狀分布，據當地居民介紹，掏沙洞相互貫通，規模較大，粗圓礫土的采空率可達到50%以上。

2 洞外加固處理方案

2.1 截排地表水

由于施工處于雨季，山體坡面匯水面較大，為防止地表雨水對洞內施工影響，本段施工前先在洞外做截排水溝，將地表水引至既有溝渠。

2.2 沖溝、墳穴處理

為防止地表水浸入土體內，對洞頂周邊15m范圍內的沖溝、墳穴進行分層夯填，并用彩條布覆蓋。

2.3 地表裂縫處理

由于黃土、淺埋和掏砂洞等不利因素影響，掌子面施工前方10m范圍，地表出現開裂、沉降，裂縫達3～7cm，為防止地表水下滲，采取灌水泥、覆蓋封閉處理。

2.4 加強地表沉降觀測

在施工范圍內每2m設置1組觀測點，每天觀測分析沉降情況。

3 洞內加固處理方案

3.1 超前支護

HK20+700～HK20+775段洞內施做Ф89管棚：每7m打設1環Ф89×5管棚，管棚長度10m，有效搭接長度不小于3m，環向間距40cm，內設Ф18鋼筋籠。管棚間每榀打設40根Ф42×4m超前小導管，環向間距40cm；中、下臺階環向間距1.2m打設Ф22×3m砂漿錨桿。

3.2 開挖支護

（1）開挖：因隧道內為風積黃土，無黏結性，較松散，開挖進尺稍大或打設鎖腳錨管時就會出現土體坍塌，采用三臺階預留核心土開挖方法施工。掌子面及中、下臺階開挖為避免機械擾動及進尺大，采用機械開挖配合人工開挖。上導坑每循環開挖支護1榀，采用I20b工字鋼，鋼架間距50cm/榀；上導坑開挖后立即進行支護，上導和中、下進行單班作業，上導坑開挖支護完成后方可進行中導坑開挖作業，中、下每次開挖進尺不大于2榀。仰拱每次開挖1榀初噴混凝土后進行鋼拱施工，施工3榀鋼架后立模進行仰拱、回填混凝土施工。

（2）支護：拱架底腳墊實，先用大錘把土夯實后，再放10cm厚×30cm寬水泥方磚墊實拱腳，支立I20b工字鋼架，焊接Ф22拱架連接筋及[20槽鋼（增加鋼架整體性，減少下部掏砂洞不均勻沉降），掛設Ф8鋼筋網片。

（3）腳錨管施做：為保證鎖腳錨管打入方向及角度，在鋼架加工時，鋼架內、外側翼緣位置焊鎖腳固定鋼板，上中下3處每側鋼架內、外側焊接三個。

打設：利用風動鑿巖機，錨管穿過固定鋼板上眼孔緩慢地送入土層。鋼架內、外側均用“L”型連接筋將拱架和鎖腳錨管焊接牢固，確保鋼架與鎖腳錨管不脫離。因土質松軟，為增加鎖腳鋼管與土層連接力，減少沉降，采取上、中、下臺階每側拱腳處打設3組Ф42×4m鎖腳錨管。

（4）臨時仰拱：初期支護完成后，立即施做臨時仰拱。臨時仰拱采用I20b工字鋼架，噴射C25混凝土。上、中、下3臺階均施做臨時仰拱，每2榀施做1次。

（5）縮短安全距離：為確保施工安全，盡快封閉成環，二襯距掌子面安全步距控制在40m以內，二襯距仰拱距離12m，每施工完3板仰拱就進行二襯混凝土澆筑，完成后再進行仰拱開挖。

（6）監控量測：待初期支護完畢后，及時布設圍巖觀測樁，隧道內每個斷面布設7處，洞外每2m一個斷面。測量人員每天至少觀測2次，及時進行沉降數據分析。如出現下降量超出規范要求立即停止掘進，撤出施工人員，將開挖掌子面進行封閉。洞內施工時，按要求擺放好逃生通道，管道間連接牢靠。洞內施工時24h安全員值班，要每天進行洞內外的巡視（特別注意初支拱架有無開裂掉塊現象、洞外地表有無開裂）。

4 掏砂洞加固處理方案

設計階段，由于掏砂洞年代久遠，開采時無規劃、無支撐，且洞內分支較多，洞口及洞身易坍落掉塊，洞內穩定性極差，不具備安全勘察的條件。做到勘察結果詳盡準確，存在較大的困難和極高的風險，調查人員未進入掏砂洞內部做詳細勘察，僅依據周邊較淺掏砂洞推測了洞身走向、洞身凈空及洞身長度。

施工階段在仰拱底部的線路中心位置發現一洞口寬4.25m，高3.19m的掏砂洞，該洞與隧道出口掏砂洞連通。洞內掏砂洞多分布在仰拱底和邊墻處規模較大，一般主洞高度3m，寬4m，呈水平層分布。長度不等，支洞較多，走向不定，相互貫通，網狀密布，規模較大，且變形、開裂、坍塌，穩定性較差且部分洞體坍塌嚴重，人員無法進入。如圖1、2。

4.1 掏砂洞探測

（1）采用物探和人工探測相結合綜合探測方式。（2）掏砂洞內自立性較好地段，采用支立@50cm鋼架，鋼架外立木模的支護方式。人員進入洞內，采用鋼尺和羅盤儀繪制出支洞的相對位置平面圖。（3）掏砂洞內坍塌嚴重人員無法進入和為確保施工安全，對掌子面下導坑和兩側邊墻位置進行超前探孔，確保及時探明及時處理，先處理后施工。用潛孔鉆配備15m鉆桿超前探測：掌子面每兩個循環（1.0m）探測1次，每個斷面布設3個孔，孔位橫向間距2.5m；下導每2個循環（1.0m）左、右側各探測1次，鉆孔角度斜向下30°。鉆孔過程中，技術人員旁站，做好探測記錄。如圖3所示。

4.2 邊墻掏砂洞處理

（1）兩側邊墻處理范圍：對已探明段隧道結構邊墻底部至掏砂洞底部按30°角向外范圍內做回填措施處理。（2）掏砂洞立拱架：已探明掏砂洞在隧道左、右側邊墻處3m范圍內支立I20b拱架，拱架間距0.5m，拱架間用Φ22鋼筋連接，掛設Φ8網片，噴射C25混凝土，確保掏砂洞體不再坍塌和上部隧道邊墻處混凝土澆筑前穩定。（3）下導噴錨：掏砂洞內支護、封擋端頭完成后，在隧道下導鋼架間預留Ф80cm鋼管（鋼管底部盡可能貼近掏砂洞洞頂，以便混凝土澆筑飽滿），并進行下導噴錨。（4）打設Ф42mm注漿小導管： 待隧道下導初期支護完成后，打設打設Ф42mm注漿小導管，小導管底部穿透掏砂洞洞頂即可。（5）澆筑掏砂洞混凝土：由于掏砂洞相互連通，回填時為確保混凝土回填密實，采取分段澆筑。人工堆碼砂袋封擋端頭。每個部位砂袋堆碼3排，砂袋外用鋼管斜撐。邊墻處預留Φ80cm鋼管，澆筑C30混凝土，塌落度180～220mm。（6）注漿：為防止混凝土填充過程中有未能達到的區域及混凝土澆筑后沉降收縮后留下填充空隙，對以后運營產生隱患，采取分次注漿進行填充空隙。澆筑混凝土達到初凝后采用1：1水泥漿進行回填補注漿，待漿液從注漿孔口處溢出且注漿壓力達到0.7 MPa后停止注漿。第1次注漿完成后1天后進行第2次補注漿，確保所有區域填充密實。如圖4、5。

4.3 仰拱處掏砂洞處理

仰拱內發現有掏砂洞，重型機械（挖機，裝載機，出碴車輛，混凝土罐車）禁止通過，開挖仰拱時，嚴格按每2榀開挖支護一次施做。隧底開挖至硬質巖層或夯實后，素噴、立拱架、噴錨。

5 掏砂洞處回填檢測

掏砂洞回填注漿完成后，請有資質的第三方檢測單位采用CMPCC二維面波的吸收散射綜合分析法檢測，對有疑問部位分別采用鉆芯取樣和注水試驗進行驗證。

6 結語

在有掏砂洞隧道處理中，應針對掏砂洞探測、隧道內、隧道外排水加固措施、掏砂洞處理范圍、混凝土回填方式、檢測方法，制定合理處理方案，避免盲目處理，為以后運營埋下安全隱患，造成工程事故。本方案在中川鐵路周家莊二號隧道中安全、順利、快捷、經濟地完成對掏砂洞隧道處理，確保施工過程和運營安全，可為類似的工程提供借鑒與參考。

參考文獻

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