黏土泥巖地質(zhì)條件下隧道沉降控制

周游

摘要：本文結(jié)合云南昆楚高速公路隧道施工實(shí)際，從開(kāi)挖、支護(hù)等方面考慮，論述在粉質(zhì)黏土、泥巖地質(zhì)條件下組織大斷面隧道進(jìn)洞施工時(shí)，控制沉降所采用的措施，以保證隧道安全施工，為今后同類圍巖隧道進(jìn)洞施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： Based on the actual tunnel construction practice of Kunchu Expressway in Yunnan， this paper discusses the measures to control the settlement when organizing the large section tunnel construction under the geological conditions of silty clay and mudstone from the aspects of excavation and support， so as to ensure the safe construction of the tunnel and accumulate experience for the tunnel construction of the same kind of surrounding rock in the future.

關(guān)鍵詞：控制沉降;泥巖地質(zhì);隧道施工

Key words： settlement control;mudstone geology;tunnel construction

中圖分類號(hào)：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0183-03

0? 引言

隧道坍方、作業(yè)人員傷亡等事故在隧道施工過(guò)程中時(shí)有發(fā)生，特別是在黏土泥巖地質(zhì)條件下。黏土泥巖地質(zhì)隧道施工時(shí)沉降量的大小對(duì)施工影響非常大，為了解決問(wèn)題，需要采取必要的措施來(lái)減小隧道的沉降量。本文結(jié)合云南昆楚高速公路勤豐隧道洞口段施工，針對(duì)黏土泥巖地質(zhì)隧道施工時(shí)預(yù)防及緩解隧道沉降所采用的施工控制方法及措施進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1? 工程概況

昆楚高速勤豐特長(zhǎng)隧道位于祿豐縣勤豐鎮(zhèn)東側(cè)山脈，山脈走向近南北方向，隧道走向近東西方向，垂直于山脈走向。該隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，隧址區(qū)山巒疊嶂，溝谷縱橫，植被發(fā)育，地表水較發(fā)育。勤豐特長(zhǎng)隧道為雙洞三車道隧道，V級(jí)圍巖開(kāi)挖斷面積為164m3/延米，出口端山體圍巖破碎、大多為粉質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖，該類圍巖有170m長(zhǎng)，圍巖裂隙發(fā)育，富含水、地下水位較高。

出口端圍巖巖質(zhì)軟弱、富水、節(jié)理裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低碎，主要分為粉質(zhì)黏土及泥巖。隧址區(qū)富水性較好，地下水較發(fā)育，對(duì)隧道施工有較大影響。隧道出口東北方向0.6km處有大沖箐水庫(kù)，水庫(kù)蓄水面積為175.5*104m2，水庫(kù)蓄水高程高于隧道出口段洞底設(shè)計(jì)高程，隧道出口端左側(cè)20m處有一“V”型山谷匯集山澗水，有對(duì)隧道地下水補(bǔ)給的可能。出口段地形相對(duì)平緩，山坡坡腳約15°，植被較發(fā)育。隧道洞口圍巖完整性差，施工開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象，仰坡穩(wěn)定性一般、圍巖穩(wěn)定性一般。

2? 隧道施工情況

目前，隧道施工采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法，初期支護(hù)采用I22b工字鋼架+？準(zhǔn)8雙層鋼筋網(wǎng)+Φ25中空注漿錨桿，L=3.5m+C25噴射砼29cm。開(kāi)挖后，拱頂及邊墻掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)4天的觀測(cè)，得到隧道拱頂沉降量變化數(shù)據(jù)，如表1所示。數(shù)據(jù)顯示隧道拱頂沉降量偏大，最大沉降量為39.4mm，總平均沉降量為30.5mm。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3? 抑制隧道沉降所采用的措施

3.1 主要原因分析

3.1.1 不良地質(zhì)原因

黏土泥巖地質(zhì)的強(qiáng)度比較低，遇水軟化，圍巖穩(wěn)定性差，隧道施工時(shí)沉降量偏大。

3.1.2 氣候、季節(jié)原因

在梅雨季節(jié)，若未采取相應(yīng)的防護(hù)措施，同樣也會(huì)造成隧道拱頂沉降量偏大。因此，黏土泥巖地質(zhì)隧道進(jìn)洞施工時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)梅雨季節(jié)，若因其他原因必須在梅雨季節(jié)施工時(shí)，也應(yīng)做好相應(yīng)的防護(hù)措施，如隧道地表覆蓋彩條布等。

3.1.3 施工原因

在黏土泥巖地質(zhì)條件下采用不適當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖、支護(hù)方法、仰拱一次性開(kāi)挖過(guò)長(zhǎng)、襯砌施工不及時(shí)，同樣也會(huì)造成隧道沉降量偏大。因此，加強(qiáng)過(guò)程控制、支護(hù)措施、監(jiān)控測(cè)量頻率是抑制隧道沉降的重要手段。

3.2 抑制隧道沉降所采用的措施

為抑制黏土泥巖地質(zhì)隧道施工時(shí)沉降量增大，項(xiàng)目部召開(kāi)技術(shù)會(huì)議，經(jīng)討論決定采用加固鋼拱架、增加臨時(shí)仰拱、上臺(tái)階開(kāi)挖后增加臨時(shí)支撐的方法，達(dá)到抑制沉降量增大的目的。

3.2.1 增加鋼拱架鎖腳鋼管

鋼拱架鎖腳錨管的作用至關(guān)重要，是為了更好的控制初支鋼拱架變形，確保后續(xù)施工安全。隧道原設(shè)計(jì)為上、中臺(tái)階鋼拱架拱腳處設(shè)置2根Φ42鎖腳鋼管，長(zhǎng)4.5m。因?yàn)轲ね聊鄮r地質(zhì)沉降量大，鎖腳鋼管不能很好的起到防止拱架變形的作用，經(jīng)技術(shù)部討論決定：增加鋼拱架鎖腳鋼管的數(shù)量，由原設(shè)計(jì)的每處2根增加為每處4根;下臺(tái)階增設(shè)鎖腳鋼管，并在下臺(tái)階鋼拱架底腳增加[32a槽鋼作為墊板。（圖1、圖2）

3.2.2 臨時(shí)仰拱

通過(guò)監(jiān)控量測(cè)資料分析，下臺(tái)階開(kāi)挖之前，上、中臺(tái)階圍巖已穩(wěn)定，為了防止開(kāi)挖下臺(tái)階導(dǎo)致沉降，在中臺(tái)階拱腳處增加臨時(shí)仰拱。

臨時(shí)仰拱法工藝流程：

①監(jiān)測(cè)上、中臺(tái)階圍巖穩(wěn)定情況。

②安裝臨時(shí)仰拱鋼架。

③開(kāi)挖下臺(tái)階，按照設(shè)計(jì)要求及時(shí)支護(hù)。

④分析隧道拱頂?shù)谋O(jiān)控測(cè)量結(jié)果，拆除臨時(shí)仰拱鋼架。（圖3、圖4）

3.2.3 上臺(tái)階臨時(shí)支撐

因隧道洞口段圍巖地質(zhì)軟弱，中臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)隧道沉降量增加，安全風(fēng)險(xiǎn)大，經(jīng)項(xiàng)目部技術(shù)部開(kāi)會(huì)討論研究決定，在上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)后增加臨時(shí)支撐，抑制沉降。

上臺(tái)階臨時(shí)支撐法的施工流程。

①開(kāi)挖中臺(tái)階前，確定上臺(tái)階臨時(shí)支撐鋼架位置，準(zhǔn)確量出工字鋼長(zhǎng)度并安排下料。

②安裝支撐工字鋼，底腳用[32a槽鋼墊起，工字鋼采用Φ25連接鋼筋固定牢固。

③中臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)，監(jiān)測(cè)上臺(tái)階圍巖沉降的情況。

④分析隧道拱頂?shù)谋O(jiān)控測(cè)量結(jié)果，上臺(tái)階施工前拆除臨時(shí)支撐并繼續(xù)掘進(jìn)。（圖5）

3.2.4 及時(shí)施作襯砌支護(hù)

仰拱完成后，若圍巖變形仍然繼續(xù)，及時(shí)施工襯砌加強(qiáng)支護(hù)。襯砌采用襯砌臺(tái)車整體施工，為了達(dá)到安全穩(wěn)定的效果，可適當(dāng)增加襯砌的厚度及配筋率。

3.2.5 施工注意事項(xiàng)及控制要點(diǎn)

①施工時(shí)，上、中、下臺(tái)階間距為4m～6m。

②開(kāi)挖施工盡量縮短工序銜接時(shí)間并具有時(shí)效性。

③嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工超前支護(hù)，禁止更改。

④初支完成后，及時(shí)進(jìn)行壁后注漿處理。

⑤二次襯砌和仰拱一定要緊跟掌子面，通常二次襯砌應(yīng)該控制在50m的范圍之內(nèi)，仰拱控制在30m范圍之內(nèi)。

4? 施工控制分析

隧道施工采取抑制沉降的措施后，通過(guò)對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)1周的沉降觀測(cè)，得到隧道拱頂沉降量變化數(shù)據(jù)，如表2所示。數(shù)據(jù)顯示隧道拱頂最大沉降量為4.8mm，總平均沉降量為3.2mm。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)表1與表2中平均沉降量的對(duì)比，采用增加鋼拱架鎖腳鋼管、增設(shè)臨時(shí)仰拱和上臺(tái)階臨時(shí)支撐等措施后的隧道拱頂沉降量明顯降低，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

5? 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析證明，在黏土泥巖地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道施工，采用增加鋼拱架鎖腳鋼管、增設(shè)臨時(shí)仰拱和上臺(tái)階臨時(shí)支撐等措施可以有效的抑制隧道拱頂沉降，并取得良好的施工效果，為以后同類地質(zhì)隧道施工提供了有力的依據(jù)。

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