砂巖夾砂質新黃土隧道進洞施工技術

樊 俊 明

(中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概述

1.1 工程概況

陽城隧道全長7 108.25 m，為單洞雙線隧道，隧道最大埋深207 m。隧道設置2座斜井，斜井長分別為439 m,725 m(平距)。隧道線間距變化范圍4.00 m～4.18 m。

1.2 地形地貌

隧道地處毛烏素沙漠向黃土高原過渡區，沿線地形受地臺抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，“V”字型沖溝發育，呈樹枝狀分布，形成溝壑縱橫、支離破碎的特點，地形較為復雜，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地貌類型。

1.3 地質情況

隧道進口位于陡坡上，進口自然坡角較陡，約70°。進口處基巖裸露，巖性為白堊系下統洛河組砂巖，其中153°∠80°張節理、250°∠60°張節理兩組節理對基巖穩定性影響最大，易發展卸荷結構面，發生崩塌、滑塌等現象。

1.4 工程背景及施工難點

陽城隧道進口仰坡地質揭示為砂層上覆砂質新黃土，按設計刷坡后采用噴錨臨時防護，大管棚進洞，施工工法采用三臺階大拱腳臨時仰拱法。在開挖支護完成8.25 m，準備下一循環開挖時，隧道仰坡右側出現溜塌，溜塌長度約15 m，高度約10 m，最大深度約3 m，溜塌土方約400 m3。同時洞內已施工初支出現縱向和環向裂縫，裂縫呈樹枝狀，最寬10 mm，導致隧道進洞困難，存在極大的安全隱患。

2 洞口防護

2.1 應急處理措施

出現溜塌現象后，立即撤出作業人員及設備，并安排專人負責仰坡上部土體監測，確保安全。同時在洞內增設了扇形鋼支撐，并進行土方回填，對溜塌體采用噴射混凝土進行封閉。

2.2 仰坡卸載及防護

砂質新黃土具有多孔性、垂直節理發育、層理不明顯、透水性較強、濕陷性等特征，極易形成溜塌，在遇水后更為顯著，因此隧道仰坡應分級設置，每級坡不宜過陡、過高，并設置緩沖平臺。一級仰坡坡率應緩于其他仰坡坡率，使坡面形成緩沖坡。

仰坡開挖后應及時施作永久防護，永久防護宜采用拱形骨架護坡、植物防護等防排水較好的方法，避免雨水進入坡面，造成坡面失陷、溜塌。

2.3 坡腳防護

為了確保洞口及邊仰坡穩定，在仰坡坡腳設置一排鉆孔灌注防護樁，樁頂設置擋土墻。為了減少洞門邊坡的刷方，在洞門兩側設置鉆孔灌注防護樁，防護樁樁頂設置冠梁。洞口兩側擋土墻與縱向冠梁間設置拉梁，形成整體受力結構，對仰坡形成永久支撐。

3 進洞技術

通過地質鉆探及現場踏勘，隧道洞身主要為全～強風化砂巖，其中洞頂左側分布較厚，右側較薄，洞口掌子面地質為砂層及砂質新黃土，較潮濕、呈松散結構。

3.1 超前支護施工

洞口段埋深淺，地質軟弱松散，超前支護采用雙層支護方式。第一層采用超前大管棚，對開挖段山體進行超前預支護，并進行注漿，更好地加強管棚的支撐強度，增加裂隙間的粘結力；第二層采用超前密排小導管，對開挖面與超前大管棚之間圍巖進行超前預支護。

超前管棚和小導管施工完畢后，在隧道開挖上方形成了雙層承載拱，高壓注漿改善了圍巖的結構參數，使得被加固的圍巖密實，整體穩定性增大，形成“殼狀”加固圈。

3.2 洞身開挖及支護

3.2.1洞身開挖

開挖工法采用三臺階臨時仰拱法，在上、中臺階均隔榀設置臨時仰拱，并相互錯開，保證每榀拱架均有臨時仰拱。斷面見圖1。

施工時，先對上臺階進行人工開挖，減小對圍巖的擾動，開挖進尺不得大于1榀拱架間距，預留核心土，然后快速立架、噴射混凝土，盡量縮短圍巖的暴露時間。為了減小拱頂下沉，可采用高強度塑料對拱架拱腳進行墊實。上臺階初期支護施工結束后，及時挖除核心土，施作臨時仰拱，使其形成臨時封閉環，提高拱架承載能力。

上臺階進尺3 m～5 m后，進行中臺階開挖，開挖時左右側錯開2 m～3 m。中臺階與上臺階施工順序相同，即開挖后及時安裝拱架、噴射混凝土、施作臨時仰拱。由于該隧道開挖過程中左側揭示地質為松散砂層，自穩能力差，故現場施作時縮短了開挖高度，將中臺階左側拱架分為兩節施作，從而縮小開挖面積，減小臨空面，降低圍巖暴露時間。

中臺階進尺3 m～5 m后，進行下臺階開挖，開挖時左右側錯開2 m～3 m，與上、中臺階施工順序相同。同時在下臺階拱架拱腳處沿隧道縱向設置通長[32槽鋼，能夠有效防止拱頂下沉及圍巖不均勻沉降。

下臺階開挖進尺3榀后，拆除上臺階第一榀臨時仰拱，進行仰拱開挖及支護，噴射混凝土施工結束后及時在仰拱內回填土反壓。用相同方法逐榀循環作業，確保安全順利通過淺埋不良地段。

3.2.2支護參數

初期支護采用全環噴射C25混凝土，厚27 cm；布設單層φ8 mm鋼筋網片，網眼間距20 cm×20 cm；全環設Ⅰ20a鋼架，間距0.6 m/榀；每榀鋼架連接部位設置4根φ76 mm(t=5 mm)鎖腳錨管，長度6 m，鋼管內灌注M30砂漿；相鄰兩榀拱架之間設置φ22 mm縱向連接筋，環向間距1.0 m。

3.2.3相關要求

1)開挖進尺不得超過1榀拱架間距；

2)仰拱初期支護距離掌子面不得大于兩倍洞徑，洞口段應及時成環鎖扣；

3)臨時仰拱不得一次性拆除，與仰拱初期支護至少搭接1榀拱架；

4)仰拱初期支護施工24 m后，及時進行仰拱及仰拱填充施工。

4 監控量測

4.1 監控量測點的布置

洞內監控量測每個斷面布置5個點，拱頂一個，上臺階拱腳上1.2 m處左右側各一個，中臺階拱腳上1.2 m處左右側各一個，縱向每5 m一個斷面。

地表監控量測點與洞內監控量測點布置在同一個斷面，橫向間距5 m，縱向間距5 m。

4.2 監控量測數據

在進行中、下臺階開挖時，拱頂下沉3 mm～5 mm，周邊收斂趨于穩定，仰拱初支開挖時，拱頂下沉約4 mm～7 mm，收斂趨于穩定。截止到二襯施工時，累計下沉約20 mm～40 mm。

5 結語

1)松散砂層自穩能力差，容易整體溜滑，施作防護樁、拉梁及冠梁，形成一個整體防護結構，對仰坡具有整體支擋作用，防止溜滑。

2)仰坡坡面采用拱形骨架護坡及植物防護，可以形成排水系統，防止仰坡遇水失陷產生溜塌。

3)洞內采用超前管棚和超前小導管進行超前支護，很好的控制住了開挖塌方，尤其在砂層施工中，超前小導管對控制超挖起到了至關重要的作用。

4)施作雙層臨時仰拱，解決了隧道開挖自穩能力差、淺埋段下沉、收斂嚴重、甚至侵限的問題。

5)縮短臺階長度，仰拱初期支護緊跟下臺階施工，加快閉合時間，及時成環，有效的控制了土體下沉，確保隧道施工安全。

通過對陽城隧道進口溜塌體進行處理及洞口超前加固，在進洞施工過程中，沒有出現安全隱患，該處加固及開挖技術措施應用是成功的，對同類地質隧道施工具有參考意義。