黃土偏壓隧道進洞施工方案

陳 雅

（中國水電十五局路橋公司，陜西 西安 710068）

1 工程簡介

延安市新區北區貴人卯隧道復線工程施工G3 標段起訖樁號為K0+000～K1+386.389，路線全長1.386 km。其中隧道部分長945 m（起止樁號K0+280～K1+225），隧道東聯尹家溝，西接楊家嶺，屬于新區南部環路重要組成部分，為新老城區的交通要道，它的建成，將原來貴人卯隧道雙向兩車道升級為雙向四車道，將極大緩解此路段交通擁堵現象，對新區的路網結構優化起到十分重要作用。

貴人卯隧道地處陜北黃土高原丘陵溝壑區，屬黃土梁峁溝壑區，山高坡陡，溝壑縱橫，地形破碎，地表植被稀疏，溝底水流切割侵蝕較強，梁峁黃土廣泛分布，溝底多見基巖出露或埋深較淺。工程區內各種流水侵蝕很活躍，谷坡的崩塌、滑坡、泄溜現象普遍，水土流失嚴重。遂址總體地勢中間高、兩邊低，地面標高1121.83 m～1062.79 m，相對高差59.04 m，隧道進口明洞20 m，出口明洞 35 m，Va 級淺埋段 340，V 級深埋段 550m，隧道最大埋深約60 m。

2 工程難點

（1）偏壓

貴人卯隧道復線是在原貴人卯隧道旁新建一個隧道。因為老隧道在選線時選擇了地質良好的位置，新隧道洞口不得不一半坐落在巖石區，一半坐落在黃土區，偏壓嚴重。

（2）雜填土

貴人卯隧道口洞頂為新區滑雪場場平的雜填土，土質松軟，結構不均，穩定性極差。

（3）高含水

雜填土在原來沖溝上，為新老地層匯水集中區域，經測量，填土的含水量達20%，極易滑動變形。

（4）施工干擾多

因延安新區環保要求和棄土場位置限制，隧道施工只能從出口段向進口段單向掘進。新、老隧道洞口相距僅17 m，施工中必須保證老隧道的安全和交通順暢，對施工組織、交通調度、爆破作業等都提出了嚴格要求。

3 方案比對

對于偏壓隧道，通常采用的方案一般有三種：一是進行平衡土壓力（一側填土壓重或一側挖土卸載）后再開挖；二是在弱側支護（采用漿砌石或砼導向墻、弱側土體旋噴樁固結或注漿固結等）完成后再開挖；三是開挖和支護交替進行?？偨Y起來就是先平后挖，先支后挖，邊支邊挖。

如果對回填土進行挖除，將隧道出口往山體內縮35 m 左右，縮短一點洞長，以消除或減少隧道偏壓，一是增加洞口明挖土石方量約4.2 萬m3，二是總工期將向后延期一個半月左右，三是將會影響到老貴人卯隧道安全和頂部滑雪場建設，因此此方案不可行。

如果從弱側向山體內挖一道導向墻，采用混凝土置換，加強支撐后再進行隧道開挖，若采用放坡開挖，開挖方量仍然很大，若不放坡開挖，澆筑成墻前，溝槽邊坡支護比較困難，實施難度較大。

如果在洞頂采用抓斗式地下連續墻法進行導向墻施工，因為洞頂邊坡較陡，無法形成機械作業平臺。旋噴樁法、地表注漿法等都存在類似的問題。

所以，無論是先平后挖還是先支后挖，都無法有效地在貴人卯隧道實施，貴人卯隧道進洞只有選擇邊支邊挖。

參考延安地區黃土隧道的施工經驗，貴人卯隧道以大管棚作先導支護，以加強后的護拱為支撐點，以大拱腳和鎖腳大錨管減少洞頂沉降和隧道收斂，采用預留核心土三臺階的超短臺階開挖方案，超前注漿小導管、注漿錨管、錨噴作臨時支護，將隧道變形限制在可控范圍內，對仰拱以下進行換填和注漿處理，是能夠保證施工質量并實現安全進洞施工的。

4 施工方案

4.1 邊仰坡及防排水處理

邊仰坡采用反鏟自上而下逐層開挖，邊挖邊支護。支護采用錨管、鋼筋網片、C20 噴射混凝土組合加固措施。支護參數：注漿錨管長3.5 m，設置間距1.5 m×1.5 m，噴射混凝土厚10 cm，φ6 鋼筋網片間距15 cm×15 cm。具體做法：邊坡支護注漿錨管采用直徑φ48 普通鋼管制成的鉆孔花管，鉆孔軸線間距30 cm，每截面沿直徑方向鉆2 孔，孔徑8 mm，十字交錯布孔，花管頭部做成尖嘴形狀以便插入。注漿用水灰比為0.28 的純水泥漿（42.5 水泥），注漿壓力0.4 MPa。同時，擴大支護范圍，對于坡面未開挖仍裸露的部分和觀察發現不穩定區域，全部進行了噴護封閉。

在邊仰坡的坡頂、中部、及洞頂以上5 m 預留了3 個馬道，馬道寬1.5 m，在馬道上修筑了3 道截水溝，截水溝圍繞邊仰坡環向連續，與原貴人卯排水設施相通相連，并引至地面臨時排水溝和集水井，匯入新區雨水管道系統。

邊仰坡的錨噴封閉及防排水設施對洞口安全十分重要。一是保證邊坡自然狀態下穩定，二是保證邊坡和洞口雨季施工安全。

4.2 大管棚施工

隧道原設計大管棚為環向間距40 cm、數量30 根、長度20 m、直徑Φ108 mm、壁厚6 mm 的鋼管。根據地勘報告設計變更為間距仍保持40 cm、數量增加到40 根、長度增加到30 m 的Φ108 mm 鋼管，在隧道拱部120°范圍布置，并要求所有鋼管末端須插入巖石1 m 以上。

在施工時，鋼管仰角2°、外插角2°～5°，導管上鉆注漿孔，孔徑為12 mm，孔間距為15 cm，呈梅花型布置，導管尾部2.5 m 不鉆孔作為止漿段，管棚打設完成后，進行注漿加固，注漿用強度等級42.5 MPa 純水泥漿，當注漿壓力達到1.0 MPa，并持續5 min 以上，可視為注滿，并用M30 水泥砂漿封填管口。

按照延安地區同類型隧道比對，預計隧道口最大沉降量不超過20 cm，管棚按設計斷面徑向擴大30 cm 布設，防止沉降收斂變形過大對二襯混凝土侵界。

4.3 護拱施工

護拱原設計為3 m 長，實際施工中加長到9 m，采用土牛法進行澆筑施工。邊仰坡開挖時預留核心土，修葺為護拱內模，然后澆筑1 m 厚C30 混凝土。護拱澆筑前預埋40 根大管棚導向管，澆筑在護拱之內。護拱在原設計配筋基礎上加設I20 a 型鋼拱架，設置間距0.6 m。與護拱鋼筋共同組成護拱骨架。

4.4 放大腳和大鎖腳錨管

護拱上部臺階拱腰處左、右兩側加設放大腳，放大腳寬4 m，高1 m，縱向長度和護拱相同。放大腳能夠充分利用邊坡的夾持作用和拱效應，分散應力，減少變形。護拱中部每榀拱腳加設Φ108 鎖腳大錨管，線路右側施工長度9 m，線路左側施工長15 m，每榀8 根，左右兩側各設置4 根。注漿方式和大管棚相同。

護拱、大管棚、放大腳、大鎖腳錨管聯系在一起，共同組成了隧道進口臨時支撐系統。

4.5 隧道開挖施工

2016 年8 月17 日，貴人卯隧道正式進洞開挖，該段施工方法及措施如下：

（1）施工過程中嚴格控制開挖循環進尺，遵循“管超前，嚴注漿，短進尺，強支護，早封閉，勤量測”的原則進行；

（2）隧道開挖采用預留核心土環形開挖法施工，開挖方式采用機械開挖，人工清理，以達到減小圍巖擾動，控制超欠挖的目的。開挖分上、中、下臺階，仰拱四步進行施作；采用超短臺階開挖方式，上臺階開挖每循環進尺一品拱架0.6 m，及時進行錨噴支護；

（3）及時觀測、記錄、收集、整理隧道拱頂沉降及周邊收斂數據，對隧道初期支護穩定及時做出判斷，指導施工，及時調整施工方案和支護參數。加大原設計予留沉降量12 cm～30 cm,進洞后根據沉降觀測資料做適時調整，確保二襯凈空尺寸；

（4）隧道開挖后及時用C20 噴射混凝土封閉掌子面及裸露圍巖，噴射混凝土厚度8 cm，確保掌子面裸露圍巖穩定；

（5）K1+190-K1+162 隧道圍巖開挖拱頂Φ50 超前注漿小導管加強，小導管環向施工間距20 cm，長5 m，搭接長度2.5 m，單層布置，60 根/環；

（6）K1+162-K1+150 隧道圍巖開挖拱頂Φ50 超前注漿小導管加強，小導管環向施工間距40 cm，長5 m，搭接長度2.5 m，雙層布置，每層30 根，雙層施工60 根/環；

（7）將原設計Φ22 系統砂漿錨桿更改為Φ50 注漿錨管,通過錨管注漿，以固結圍巖，增強穩定性，錨管長3.5 m，施工環向間距1.2 m，縱向間距0.6 m；

（8）針對拱架下沉量大及基礎軟弱的難題，制定專項性應對措施，型鋼拱架拱腳及墻腳處設置Φ50 注漿鎖腳錨管，錨管內加設Φ22 鋼筋，上臺階每榀拱架左右兩側拱腳各加設4 根，共計8 根，單根長5 m，K1+190--K1+150 隧道中部臺階鋼拱架底部鎖腳采用Φ108 mm 注漿鋼管，線路左側鎖腳大錨管長20 m，線路右側錨管9 m，每榀8 根，左右兩側各設置4 根。

4.6 仰拱和基礎施工

為便于施工，將隧道出口K1+190-K1+226 明洞段原設計軟弱基礎處理水泥擠密樁取消（水泥擠密樁需專用設備施工，且施工工期長），更改為C15 片石混凝土換填，同時，基底采用Φ108 mm 注漿鋼管加強。注漿鋼管樁施工長度8 m，橫斷面寬15 m，施工間距1 m×1 m?；A和仰拱開挖前，先進行洞底注漿，換填開挖分左、右幅分別實施，每次開挖長度為2 m（不超過三品拱架長度），換填澆筑24 小時后再進行另半幅開挖換填，緊接著進行鋼拱架成環和仰拱填充。一般認為，拱架成環和仰拱施作完成后，隧道基本處于穩定狀態。

5 施工效果

（1）根據第三方監測數據，貴人卯隧道在洞口K1+189.44處在觀測期內沉降值為14 cm，在該處仰拱成環后沉降值趨于穩定，在二襯混凝土澆筑后最大沉降值為16.7 cm，小于30 cm預留變形量，在可控范圍內。

（2）在進洞開挖過程中洞頂仰坡噴射混凝土出現了部分縱向裂紋，在完全進洞及二襯混凝土澆筑后，裂紋再無變化?？v向裂紋是因偏壓導致隧道兩側沉降值不同引起的，當二襯混凝土澆筑后，偏壓趨于穩定，故裂紋再無變化。

（3）截止到2017 年6 月1 日，隧道已實現開挖進尺530 m，二襯進尺476 m，隧道施工正常，安全質量可控，說明前期進洞施工方案取得了成功。

6 結語

以大管棚作先導支護，以洞外護拱為支撐點，以大拱腳和鎖腳大錨管減少洞頂沉降和隧道收斂，采用預留核心土三臺階的超短臺階開挖方案，超前注漿小導管、注漿錨管、錨噴作臨時支護，實現了偏壓淺埋黃土隧道安全快速進洞施工。