黃土隧道施工過程中的沉降變形控制

李智

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，西安710115）

1 工程概況

MHTJ-4 標(biāo)銀山2 號(hào)隧道位于陜西省延安市安塞縣王家鄉(xiāng)，全長(zhǎng)1608.3m，進(jìn)口里程為DK263+741.58，出口里程DK265+439.88，最大埋深96.5m。DK265+100 段下穿206 省道，埋深43m。DK263+741.58～DK263+756 段采用明挖法，DK263+756～DK265+796 段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，DK265+796～DK264+080 采用三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法，DK265+080～DK265+021 采用三臺(tái)階法，DK265+021～DK265+165 采用CD 法，DK265+165～DK265+439.88 采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，共計(jì)1053m 約占整個(gè)隧道的65%，大大增加了隧道的施工難度。

銀山2 號(hào)隧道出口DK265+439.88～DK265+269 段圍巖，采用三臺(tái)階法開挖。格柵鋼架為H230，間距為0.6m，初期支護(hù)厚度為27cm，噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25，二次襯砌采用鋼筋混凝土厚度為0.5m 標(biāo)號(hào)為C40。

2 施工過程中的問題

銀山2 號(hào)隧道出口DK265+439.88～DK265+269 段為黃土圍巖，黃土圍巖一般巖質(zhì)軟弱、承載能力低，節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎，主要表現(xiàn)為巖體破碎松散、黏結(jié)力差；強(qiáng)度低、遇水易軟化；結(jié)構(gòu)面軟弱、易滑塌。

隧道開挖時(shí)，初期的開挖變形較大，變形的速度較快，尤其是拱頂下沉速度較快，圍巖穩(wěn)定的時(shí)間較長(zhǎng)，各個(gè)巖層的界面之間含水較小，界面上下土之間的含水量也較小，土質(zhì)松散，自穩(wěn)能力差，洞體開挖后，由于山體應(yīng)力重新分布調(diào)整，洞內(nèi)產(chǎn)生裂縫，進(jìn)洞初期，沉降大，成環(huán)后沉降減小，但成環(huán)處與未成環(huán)處初支易出現(xiàn)環(huán)向裂縫。

3 施工過程中沉降變形控制

為了加強(qiáng)對(duì)施工過程中沉降變形控制，明確各施工工序變形控制的要點(diǎn)，可把施工過程中沉降變形控制分為施工前控制、施工過程中控制和施工后控制3 個(gè)階段。

3.1 施工前控制

施工前控制是施工前準(zhǔn)備工作及材料的控制。具體應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1）對(duì)銀山2 號(hào)隧道所需的原材料進(jìn)行控制，這是控制的基礎(chǔ)。首先要求人員配備、組織管理、檢測(cè)方法以及手段等各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理，明確所需材料的質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是控制沉降變形的鎖腳錨管，超前小導(dǎo)管，以及加工格柵鋼架的鋼筋，連接鋼板等的控制。對(duì)于這些關(guān)鍵材料，要有相應(yīng)的出廠合格證、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、復(fù)驗(yàn)報(bào)告等，凡是沒有產(chǎn)品合格證明及檢驗(yàn)不合格的材料不得進(jìn)場(chǎng)，同時(shí)加強(qiáng)材料的使用認(rèn)證，防止錯(cuò)用或使用不合格的材料。

2）做好設(shè)計(jì)交底和圖紙會(huì)審。工序施做之前，須識(shí)圖、審圖，搞清每個(gè)工序的施做要點(diǎn)，控制要點(diǎn)等，從而有利于在施工過程中控制，做到施工每個(gè)環(huán)節(jié)心里有數(shù)，從理論上完成施工過程中的沉降控制。

3.2 施工過程中控制

過程中控制是施工過程中控制每個(gè)施工環(huán)節(jié)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)按設(shè)計(jì)要求施工。具體應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1）隧道開挖，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)人工配合機(jī)械開挖的開挖方式，杜絕采用大型機(jī)械設(shè)備挖掘機(jī)等一次開挖到位。必須預(yù)留30cm 整修層采用人工開挖，杜絕和減少超挖，一旦出現(xiàn)超挖，尤其是拱腳處，嚴(yán)禁采用虛渣回填，必須先清理虛渣至原狀土上，用噴射混凝土回填至設(shè)計(jì)位置，再安裝鋼筋網(wǎng)片、高強(qiáng)度工程塑料墊塊及鋼架安裝。如果回填虛渣鋼架拱腳不密實(shí)，致使沉降變形過大[1]。再者超挖如若混凝土未及時(shí)噴射密實(shí)（空洞），巖體下沉，不僅沉降變形會(huì)加大，而且存在安全隱患，空洞上方的巖體，應(yīng)力重新分布，可能突發(fā)性地下沉，也可能緩慢下沉，這2 種情況都會(huì)發(fā)生不可估量的后果，前者可能更為嚴(yán)重，必須采用注漿管，分批，分階段在空洞處按比例注入水泥漿至飽滿。因此，在開挖這道工序上應(yīng)嚴(yán)格控制，禁止和杜絕超挖，同時(shí)必須采用人工配合機(jī)械開挖，預(yù)留30cm 整修層采用人工開挖，嚴(yán)格落實(shí)。

2）支護(hù)是控制隧道圍巖變形，防止隧道坍塌的主要手段，也是控制拱頂下沉的核心方式。支護(hù)可分為超前支護(hù)、初期支護(hù)和二次襯砌支護(hù)。常用的超前支護(hù)有：超前小導(dǎo)管、超前密排小導(dǎo)管、超前長(zhǎng)導(dǎo)管和準(zhǔn)89mm 管棚等[2]。

超前小導(dǎo)管、超前密排小導(dǎo)管以及超前長(zhǎng)導(dǎo)管在黃土圍巖較差時(shí)，使用最普遍，必須按要求角度進(jìn)行施工，以達(dá)到加固圍巖的作用；為保證與鋼架共同作用減少沉降。杜絕超前導(dǎo)管的角度搭設(shè)過大或過小，過大時(shí)在開挖后續(xù)巖體時(shí)，超前導(dǎo)管會(huì)將巖體分層切斷，致使超挖嚴(yán)重，浪費(fèi)混凝土不經(jīng)濟(jì)，加大格柵鋼架的承擔(dān)的荷載，而且可能噴射混凝土不飽滿，形成空洞，存在安全隱患，同時(shí)加大隧道的下沉。角度過小，直接影響后續(xù)施工，不能在設(shè)計(jì)位置上安裝鋼架，鋼架只能下移，致使隧道凈空減小，影響施工質(zhì)量。鋼架安裝時(shí)，鎖腳錨管的安裝對(duì)鋼架具有懸挑、限位、承托作用，對(duì)拱頂下沉具有很明顯作用。必須按設(shè)計(jì)角度施工，并用“L”形筋牢靠的焊接與鋼架上才能發(fā)揮其鎖死鋼架，減少沉降。

另外，拱腳處施工應(yīng)嚴(yán)格控制，必須采用人工清理至設(shè)計(jì)高程，杜絕超挖回填虛渣，并在拱腳處用高強(qiáng)度工程塑料墊塊墊實(shí)，使格柵鋼架坐落于原狀土體上，減少隧道下沉，及時(shí)噴射混凝土使格柵鋼架與混凝土共同作用，使支護(hù)形成“拱橋效應(yīng)”，提高隧道的自身穩(wěn)定性，控制隧道下沉。同時(shí)，及時(shí)封閉成環(huán)，形成“自穩(wěn)平衡圈”控制下沉。并及時(shí)施工仰拱，二襯，形成整體穩(wěn)定。

總言之，在施工過程中控制沉降，控制施工的每個(gè)環(huán)節(jié)，達(dá)到最終的沉降控制，具有明顯的作用。

3.3 施工后控制

施工后控制即施工過程所形成的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行監(jiān)控控制（跟蹤控制），具體應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）及時(shí)利用蒸汽養(yǎng)護(hù)或霧噴養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行初支混凝土養(yǎng)護(hù)，使其盡快和格柵鋼架形成剛性支撐，減少隧道沉降；（2）杜絕和減少巖體及山體的擾動(dòng)，盡快使山體的應(yīng)力重新分布，形成自穩(wěn)體系，減少隧道的下沉；（3）及時(shí)施工截水天溝及有利于排水的各種水溝，減少黃土圍巖與水接觸失穩(wěn)的可能，減小隧道沉降。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然黃土隧道的圍巖差，沉降變形大，加強(qiáng)對(duì)施工過程中沉降變形控制，明確各施工工序變形控制的要點(diǎn)，并在施工過程中嚴(yán)格地控制好每個(gè)施工環(huán)節(jié)，及時(shí)掌握隧道沉降變化，及時(shí)封閉成環(huán)，形成“自穩(wěn)平衡圈”控制下沉，保證安全，保質(zhì)保量的施工。