淺談某隧道明洞段下沉加固處治技術

高志兵

（山西路橋集團呂梁國道項目建設管理有限公司，山西 呂梁 033099）

1 工程概況

1.1 地形地貌

隧道位于黃土丘陵區，地表形態主要為黃土梁，隧道穿越的方向呈近東西向，進出口兩側為黃土沖溝，谷坡陡立。海拔處于1 216～1 335 m之間，相對高差119 m。植被較為稀疏，主要以灌木為主。

1.2 氣象

隧道區山勢陡峭，溝壑縱橫，地形復雜，高差變化較大，使得氣候特征各具代表性。區內總體屬暖溫帶大陸性季風氣候。

1.3 地質條件

1.3.1 地層巖性

某隧道主要由第四系中更新統離石組（Q2pl）組成。巖性為粉質黏土，局部含鈣質結核及角礫，堅硬-硬塑狀態，發育垂直節理，塊狀整體結構，隧道埋深范圍內無地下水分布。黃土主要物理指標詳見表1。

表1 隧道圍巖離石組黃土（Q2pl）土工試驗指標

1.3.2 地質構造

隧道位于華北板塊之鄂爾多斯斷塊東部，地殼運動主要呈現為階段性升降運動，該區域構造運動相對微弱。隧道區域基本被黃土覆蓋，未發現明顯構造現象。

1.3.3 地震

根據GB 18306—2001《中國地震動參數區劃圖》，該地區地震動峰值加速度為0.05g，相應的地震基本烈度Ⅵ度，場地穩定性也較好。

1.3.4 水文地質條件

某隧道穿越的黃土梁區，地形起伏大，沖溝較發育，地表降水大部分匯入沖溝流失，只有少量雨水入滲形成的地下水也會在雨后不久被蒸發或側向排入沖溝，調繪期間隧址區未發現地下水露頭，隧道埋深范圍內不含地下水。

2 病害概況

某隧道為左右分離式，右洞長363 m，左洞長370 m。設計速度為80 km/h，隧道建筑限界為：凈寬10.25 m，限高5 m。汽車荷載等級為公路Ⅰ級。

該隧道于2015年5月建成通車，通車后不久，該隧道右洞出口明洞段整體出現了不均勻下沉，且從洞內到洞門口方向，下沉量逐漸增大，俗稱明洞出現了磕頭式下沉。隧道管理單位分別于2016年底、2017年9月對下沉段路面銑刨重鋪兩次。2019年4月開始明洞段又出現下沉，且有加速的趨勢（圖1和圖2），洞門墻裂縫病害有發展趨勢，經過對下沉段變形監測發現，明洞段最大下沉45 cm。隧道右洞出口端墻式洞門有3條豎向裂縫，呈“川”字形，右側裂縫寬度6 cm，長度6.5 m；中間裂縫寬度1 cm，長度3.6 m；左側裂縫寬度2 cm，長度4.4 m（圖2）。

圖1 明洞段下沉

圖2 洞門墻上部裂縫

3 病害形成機理

該隧道病害出現后，經檢測單位檢測，明洞段工程質量滿足設計要求。經過對隧址區地表進行病害勘察，隧道洞頂存在2～3處大小不同的落水洞；同時對隧道養護人員進行詢問，明洞段幾次較大的下沉，相應的年份雨水都較充沛。經過仔細的分析，病害原因主要為：

a）地表水下滲，使得明洞段仰拱底部的黃土變得濕軟，局部甚至被掏空，地基承載明顯不足，導致明洞與頂門出現不均勻沉降，出現裂縫。

b）端墻式洞門體積龐大，經計算，重量約500 t，這樣重的承重壓在明洞上，地基承載力稍有變弱，勢必引起下沉。

c）隧道洞口段存在一定程度偏壓，偏載導致隧道明洞和暗洞發生向前的位移，進而形成張裂縫。

4 處治方案

為了保證病害處治期間不影響交通，故不考慮洞門的拆除，在原有基礎上進行加固，具體方案及施工順序如下。

4.1 鋼管注漿加固

圖3 隧道拱腳三向微型鋼管斷面布置圖

右線出口20 m范圍內的明洞、暗洞兩側拱腳處施做三向微型鋼管（圖3），保障施工期間洞身穩定性。錨管采用直徑為89 mm的無縫鋼管，外徑89 mm，壁厚6 mm，長6 m。鋼管傾角分別為：0°、45°、90°。鋼管打設后用M30水泥砂漿緊密充填，以增強導管的剛度和強度[1]。

4.2 高壓旋噴樁加固

右線出口20 m范圍內的隧道仰拱下方地基進行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計120根1 200 m。

旋噴壓力為 20～25 MPa，旋噴速度 20～25 r/min，提升速度 0.25～0.40 m/min，噴嘴直徑 2～3.5 mm，漿液流量50～75 L/min。

固化劑采用水灰比為1∶1的凈水泥漿，水泥采用強度等級大于等于32.5級的普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，加固體的設計強度不低于2.0 MPa，樁身每米水泥用量不小于200 kg。

4.3 洞外地基加固

右線出口10 m范圍內的洞外地基進行高壓旋噴樁加固。加固旋噴樁樁徑50 cm，樁距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根長10 m，共計60根600 m。

高壓旋噴樁加固洞外參數與洞內相同。

4.4 施做素混凝土樁

在洞門擬修筑擋墻位置處施做素混凝土樁處理擋墻地基。素混凝土樁190根，每根長8.0 m，樁徑0.5 m，梅花型布樁，樁距1.35 m，共長1 520 m。樁基施工完成后，在樁頂鋪設50 cm砂礫墊層。

4.5 增設洞門背梁

在洞門墻后修筑背梁，增強洞門抗裂性能。背梁高100 cm，寬60 cm，總長22.10 m。

錨固鋼筋梅花型布置，須用錨固劑錨固于洞門端墻上，錨固深度為50 cm，施工須將錨固鋼筋與洞門墻后背梁主筋焊接在一起。

施工時須密切監測端墻位移，必要時采取臨時支護，防止端墻傾覆。

4.6 增設洞口擋土墻

在隧道洞口修筑擋土墻，解決洞口偏壓偏載問題，提高洞門與明洞的整體穩定性。擋墻頂部寬2.2 m，高11.5 m，擋墻基礎埋深大于等于1.5 m，長度共計55.5 m。擋墻要求地基承載力不小于300 kPa。

5 結論及建議

5.1 結論

該隧道明洞段病害處治完成后，其變形監測結果顯示，明洞段下沉逐漸減小，加固效果良好。因此在隧道病害處治設計時，不僅要考慮隧道地基承載力的加固，同時也要考慮隧道洞身的加固。

5.2 建議

a）鑒于黃土的濕陷性，特別是遇水軟化，承載力急劇下降，造成其上部建筑物不均勻沉降，建議在以后隧道修筑過程中，黃土地區洞門修筑為削竹式，既經濟又安全。

b）建議公路養護部門每年應對黃土地區隧道周邊的洞穴進行排查，發現洞穴及時采用灰土回填，同時做好周邊排水，防止雨水下沉。

c）建議黃土地區隧道洞外排水溝設計尺寸應取上限。