隧道過(guò)軟基段的施工處理技術(shù)

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1、前言
    軟土隧道的施工方法，主要有臺(tái)階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔墻法等。雖然雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和中隔墻法存在以下缺點(diǎn)：一是限制了大型施工機(jī)械的使用，降低了工效；二是在軟硬圍巖相間的隧道施工中，施工方法的調(diào)整時(shí)間很長(zhǎng)；三是臨時(shí)施工支護(hù)多，投入大，不經(jīng)濟(jì)；四是施工中相互干擾大。在岑梧高速公路牛嶺界隧道施工中，采用臺(tái)階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相結(jié)合的施工方法，是由于在牛嶺界隧道Ⅰ類圍巖段長(zhǎng)度115米范圍內(nèi)不存在軟硬圍巖相間，目的是在拱腳施工條形基礎(chǔ)提高拱腳承載力，在該隧道采用此法成功地解決了隧道整體下沉、拱腳變形扭曲等難題，確保了工程質(zhì)量和工期。
    2、工程概況
    岑梧高速公路的牛嶺界隧道，位于廣西岑溪市與蒼梧縣交界處，距岑溪市安平鎮(zhèn)約3. 5km。隧道設(shè)計(jì)為兩座獨(dú)立的分離式隧道，兩座獨(dú)立隧道的軸線間距為50米，其中隧道右線長(zhǎng)1452米（YK30+935～YK32+387）,左線長(zhǎng)1440米（ZK30+920～ZK32+360）。軟土隧道右線長(zhǎng)115米（YK30+960～YK31+075）,左線長(zhǎng)115米（ZK30+940～ZK31+055）。隧道建筑限界寬為10.25米，在主洞與行車橫洞交叉處設(shè)置緊急停車帶，其斷面比正常斷面加寬2.5米，高仍為5米，正常隧道建筑內(nèi)輪廓采用單心圓斷面，半徑為R=5.80米，最大埋深為128米。
    2.1地形地貌
    牛嶺界隧道洞址區(qū)區(qū)屬丘陵地貌，由于長(zhǎng)期風(fēng)化、剝蝕作用，山體較陡峻，溝谷較發(fā)育，沿山體殘坡積物及風(fēng)化層覆蓋普遍，植被生長(zhǎng)較茂盛。隧道穿越丘陵分水嶺地帶，左側(cè)被207國(guó)道二級(jí)公路呈弧形圍繞，南西側(cè)（岑溪方向洞口）為安平侵蝕山間盆地，地勢(shì)較為開(kāi)闊平緩。其中YK31+700東南面約350m處為一面積不大的山塘水庫(kù)，由近南北向山溝筑壩而成，水面高程約為280m.隧道軸線地段山脊分水嶺高程約320～340米，兩側(cè)洞口端地面高程約210～226米，相對(duì)高差約110米。進(jìn)洞口自然坡的坡角約25°～35°。山體發(fā)現(xiàn)兩處小型滑坡，主要為覆蓋層的淺層滑坡。該地形地貌給岑溪方向軟巖段施工增加了較大難度。
    2.2地層巖性
    根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、物探（初勘）和鉆探資料，勘察區(qū)地層由第四系搜蓋層(Q)和奧陶系中統(tǒng)縮尾嶺組（02S）的碎屑巖組成。紅～黃色素填土，稍濕～濕，頂部成分以砂巖碎石為主，含少量粘土和細(xì)砂，結(jié)構(gòu)較緊密，底部以細(xì)砂、粘性土為主，結(jié)構(gòu)較松散，為207國(guó)道二級(jí)公路路基填土，主要分布于.隧道進(jìn)口ZK1和ZK5孔附近一帶，厚8.00-17.80m。該段含水量較大，主要以砂粘土（砂巖全風(fēng)化物）和碎石土為主,結(jié)構(gòu)構(gòu)造全部被破壞，礦物成分除石英外，大部分風(fēng)化成土狀，含水量較大無(wú)承載能力。地下水出水狀態(tài)少數(shù)地段呈淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊?，大部份地段呈潮濕或點(diǎn)滴狀出水。在開(kāi)挖過(guò)程中洞壁巖體位移持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，成洞性差，無(wú)自穩(wěn)能力。
    2.3水文地質(zhì)條件
    隧道經(jīng)過(guò)地段地勢(shì)較陡峻，均為非可溶巖巖層，以侵蝕地貌為主，溝谷較發(fā)育。其間K31+360地帶山嶺構(gòu)成了地段內(nèi)的分水嶺。大氣降水呈短小徑流由分水嶺向兩側(cè)排泄，隧道經(jīng)過(guò)地段的基巖透水性差，為弱透水一相對(duì)隔水巖層，加之山坡（體）上普遍覆蓋植物和殘坡積物，大氣降水多沿山坡流走，故地下水不豐富，有限的地下水主要埋藏在近地表風(fēng)化、半風(fēng)化基巖和殘坡積層中，為淺層孔隙、裂隙潛水，岑溪端一般在山溝較高部位以下降泉形式排泄，涌水量在0.3～0. 6L/s,其動(dòng)態(tài)變化較大。地下水為大氣降水補(bǔ)給，地形陡峭的地段，自然排泄不通暢，地下水對(duì)該段隧道施工影響很大，特別在沖溝地段YK31+040右側(cè)距隧中30米有兩泉眼，常年有水，涌水量在10～20L/s隧道上覆圍巖破碎及土層薄，易滲水，其間的山溝地表水和地層中的孔隙裂隙潛水可能對(duì)隧道掘進(jìn)帶來(lái)較大困難。
    2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    牛嶺界隧道Ⅰ類圍巖段采用洞口加強(qiáng)襯砌，超前支護(hù)為φ89×4大管棚、長(zhǎng)10米，環(huán)向間距為30cm；初期支護(hù)為RD25N中空注漿錨桿，長(zhǎng)3.5米，梅花型布置間距80cm；C25噴射混凝土，厚25cm；20×20cm的φ8鋼筋網(wǎng)；鋼拱架采用I20a工字鋼，間距50cm，全環(huán)設(shè)置；二次襯砌及仰拱采用模注鋼筋混凝土，厚60cm，主筋為Φ25鋼筋，間距25cm。
    2.5隧道下沉處理
    2.5.1隧道下沉情況
    根據(jù)牛嶺界隧道洞口段的地質(zhì)情況，洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用下行線采用上下半斷面環(huán)行開(kāi)挖施工，在開(kāi)挖之前先進(jìn)行長(zhǎng)45米，φ89超前管棚預(yù)支護(hù)，邊坡采用φ42×4的長(zhǎng)5米小導(dǎo)管和掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行封閉。套拱施工完成即進(jìn)行下行線洞身開(kāi)挖。
    在ZK30+940~ZK30+957段采用半斷面環(huán)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后初期支護(hù)變形大，拱頂沉降最大值達(dá)到47厘米，收斂值達(dá)到20厘米；地表出現(xiàn)較大裂縫，裂縫最大寬度5厘米，地表嚴(yán)重被破壞，由于該段隧道埋深較淺，從起拱線開(kāi)始開(kāi)挖輪廓線以外的45°線以內(nèi)的土體自重基本由初期支護(hù)承擔(dān)。變形過(guò)大嚴(yán)重影響隧道襯砌厚度，隧道安全。從施工情況看，在Ⅰ類圍巖段采用半斷面環(huán)型開(kāi)挖，初期支護(hù)變形大，地表被嚴(yán)重破壞，在埋深較淺的地段初期支護(hù)，變形雖然較大，但還不致意被破壞，但在施工此段時(shí)對(duì)施工安全已經(jīng)構(gòu)成一定的威脅。在該段施工工序少，因產(chǎn)生較大變形，經(jīng)常出現(xiàn)停工觀看的現(xiàn)狀，造成窩工嚴(yán)重，進(jìn)度較慢，下行線從2004年6月1日至2004年8月15日，歷時(shí)2.5月完成開(kāi)挖17米，平均每天完成開(kāi)挖0.26米。因此停止開(kāi)挖。
    2.5.2隧道下沉處理
    由于隧道下沉較大處理較困難，根據(jù)岑梧高速公路施工進(jìn)展情況，前后兩個(gè)標(biāo)段均沒(méi)有開(kāi)工，給降坡提供了條件，因此采用降坡的方法處理下沉過(guò)大。將原設(shè)計(jì)0.9%的坡度調(diào)成0.87%，即改變坡度和坡長(zhǎng)。
    3、隧道開(kāi)挖分析
    3.1討論采用雙下側(cè)導(dǎo)坑施工方案的可行性
    牛嶺界隧道左線出口洞口Ⅰ類圍巖施工中，隧道拱頂下沉大，地表出現(xiàn)不同程度的下沉及開(kāi)裂現(xiàn)象，拱腳局部有開(kāi)裂的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)左線施工情況及右線地質(zhì)資料的分析，洞口段(即YK30+960～ YK31+075段)隧道位于堆積土中，隧道斜穿溝心，且土層松軟、松散、含水，地基承載力低，較左線地質(zhì)條件更差。同時(shí)隧道埋深淺，極難形成自拱度，靠調(diào)動(dòng)圍巖自身無(wú)法控制圍巖變形，必須采取主動(dòng)支撐措施，而基礎(chǔ)承載力是主動(dòng)支撐有效的前提和保證，為此，為確保安全通過(guò)二級(jí)路，必須要超前探明地質(zhì)情況，并進(jìn)行基礎(chǔ)處理。采用臺(tái)階法施工，無(wú)法在有效的時(shí)間內(nèi)通過(guò)基礎(chǔ)處理提供足夠的承載力，控制圍巖變形。
    采用超前小斷面雙下側(cè)導(dǎo)坑方案可先行探明地質(zhì)條件，并為處理基礎(chǔ)提供空間,進(jìn)行基礎(chǔ)處理，為隧道的開(kāi)挖提供足夠的基礎(chǔ)承載力，從而達(dá)到控制圍巖變形的目的。導(dǎo)坑斷面小，易于操作和控制變形，導(dǎo)坑底板支護(hù)（需進(jìn)行軟弱層處理）提供足夠地基承載力抵抗拱腳的垂直壓力，隧道垂直壓力是通過(guò)拱架傳至整體的條形基礎(chǔ)，從面大大減少拱架及地表下沉的可能性；隧道的側(cè)壓力通過(guò)條形基礎(chǔ)底部傳至下部原狀土再傳至另一側(cè)的條形基礎(chǔ)，形成了一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，側(cè)位變形也因此大大改善。下部中心土開(kāi)挖時(shí)同設(shè)計(jì)有底部仰拱，所以結(jié)構(gòu)仍是封閉成環(huán)的。側(cè)壓力問(wèn)題也由于水平的及時(shí)封閉支護(hù)得以解決。
    3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
    3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
    根據(jù)施工本段地質(zhì)條件，取消洞內(nèi)系統(tǒng)錨桿，范圍為圓心上1.5米的拱部范圍，樁號(hào)為ZK30+970~ZK31+055，YK30+960~YK31+075不設(shè)系統(tǒng)錨桿；其它部位系統(tǒng)錨桿同原施工設(shè)計(jì)圖。
    在取消系統(tǒng)錨桿范圍內(nèi)布設(shè)雙層超前注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)6m，環(huán)向間距30cm，搭接長(zhǎng)度不小于2.5m，外插角分別為15度、60度，注水泥水玻璃雙液漿；實(shí)施樁號(hào)為ZK30+940~ZK31+055，YK30+960~YK31+075未施工大管棚段。鋼架支撐采用Hk200b，間距50cm；連接筋由螺紋鋼改為厚度為9mm的鋼板，間距調(diào)整為1.2m。
    3.3.2其他
    上行線施工φ89×4大管棚長(zhǎng)45米，下行線施工φ89×4大管棚長(zhǎng)40米，其他地段施工雙排小導(dǎo)管。小導(dǎo)坑采用格柵拱架，間距80cm進(jìn)行支護(hù)。為了提高仰拱承載力，仰拱打設(shè)φ89×4的鋼管樁進(jìn)行加固，梅花型布置，其間距50cm，長(zhǎng)3.50米，打設(shè)后注超細(xì)水泥漿。
    4、隧道施工方案
    4.1施工安排
    由于涉及到207國(guó)道的安全、暢通，為避免隧道進(jìn)洞時(shí)，一旦坡面或掌子面產(chǎn)生滑動(dòng)，極有可能造成207國(guó)道會(huì)產(chǎn)生滑移、塌陷，中斷交通。進(jìn)洞開(kāi)挖前沿207國(guó)道路肩外1m約20m長(zhǎng)范圍打長(zhǎng)度為13m的兩排φ89×8mm有孔鋼花管注漿，梅花型布置，間距1m，外露1m，鋼管要求深入強(qiáng)風(fēng)化砂巖1.5m。有孔鋼花管應(yīng)從兩側(cè)向中間施工，必須保證注漿完成后才能施作下一根。注漿采用水泥-水玻璃漿液：水泥與水玻璃體積比1：0.5，水泥漿水灰比1：1，水玻璃濃度為35玻鎂度，水玻璃模數(shù)為2.4，注漿壓力保證初壓0.5~1.0MPa，終壓2.0MPa。注漿結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清除管內(nèi)漿液，并用30號(hào)水泥砂漿緊密填充，增加鋼管的剛度和強(qiáng)度。注漿參數(shù)應(yīng)在施工中不斷調(diào)整，以盡量保證鋼管之間漿液充填飽滿，形成穩(wěn)定殼體。
    下行線先進(jìn)行雙下側(cè)小導(dǎo)坑開(kāi)挖，小導(dǎo)坑采用明挖段和過(guò)渡段采用全斷面I20a工字鋼和掛網(wǎng)噴射砼支護(hù)，暗挖斷采用鋼格柵、掛網(wǎng)噴射砼支護(hù)。小導(dǎo)坑開(kāi)挖穿過(guò)二級(jí)公路后，進(jìn)行小導(dǎo)坑內(nèi)部混凝土條形基礎(chǔ)施工，混凝土條形基礎(chǔ)施工時(shí)從洞內(nèi)向洞外施工，采用混凝土輸送泵進(jìn)行模筑?；A(chǔ)施工完成后進(jìn)行正洞上半斷面開(kāi)挖，上半斷面與下半斷面間距不大于15m。
    上行線施工方法參見(jiàn)下行線。
    4.2施工方法
    根據(jù)前期施工存在的問(wèn)題，現(xiàn)采用臺(tái)階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相結(jié)合的施工方法，半斷面開(kāi)挖時(shí)，出碴采用無(wú)軌運(yùn)輸，挖掘機(jī)、正鏟側(cè)卸式裝載機(jī)配合8噸自卸汽車運(yùn)輸出碴；小導(dǎo)坑開(kāi)挖時(shí)，采用人工開(kāi)挖，小拖拉機(jī)配合人工出碴。及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，仰拱緊跟。
    4.3鋼管樁施工
    4.3.1鋼管樁加工
    鋼管樁按標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)3.5米進(jìn)行加工，長(zhǎng)度不足時(shí)應(yīng)通過(guò)絲扣聯(lián)接，鋼管前端加工成圓錐狀，長(zhǎng)度20cm；鋼管樁管體下半部分須加工溢流孔，以利于注漿施工，孔口lm范圍內(nèi)不加工溢流孔，溢流孔間距25cm,溢流孔直徑8mm；溢流孔加工成TSS管模式，即在溢流孔外面加銑孔，銑孔直徑12mm，外貼12mm貼片，起到單向閥作用。
    4.3.2鉆孔、下管及注漿施工
    按每次lm進(jìn)度指標(biāo)進(jìn)行清除施工障礙物工作，并施工臨時(shí)排水管等措施進(jìn)行場(chǎng)地排水，杜絕施工場(chǎng)地受水浸泡現(xiàn)象發(fā)生；測(cè)量放線，標(biāo)出施工位置；鉆機(jī)鉆孔（可直接夯進(jìn)）、下管，下管注漿后，每處理完成5m，進(jìn)行仰拱混凝土施工，其間用過(guò)車梁保證已施工段穩(wěn)定，注超細(xì)水泥(MC)單液漿，注漿壓力為2Mpa，注漿完成后，對(duì)樁間土進(jìn)行輕型觸探試驗(yàn)，錘擊數(shù)大于35擊，承載力不小于250kpa，達(dá)不到時(shí)，進(jìn)行加密等處理。
    4.4導(dǎo)坑條形基礎(chǔ)施工
    根據(jù)工地條件, 導(dǎo)坑條形基礎(chǔ)施工，鋼筋在導(dǎo)坑內(nèi)綁扎關(guān)模后，采用泵送C25混凝土進(jìn)行施工，先施工水平條形基礎(chǔ)后，安裝拱腳，再施工豎直條形基礎(chǔ)。
    5、經(jīng)驗(yàn)與成效
    5.1通過(guò)牛嶺界隧道施工過(guò)程，可以看出：對(duì)設(shè)計(jì)文件中所提供的地層地質(zhì)參數(shù)要進(jìn)行充分的現(xiàn)場(chǎng)復(fù)查，對(duì)地層的性狀應(yīng)充分的了解和認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)地質(zhì)條件必須進(jìn)行正確判斷。針對(duì)隧道的地質(zhì)性狀，施工前應(yīng)有詳細(xì)周密的施工組織方案和施工技術(shù)措施，并且要經(jīng)充分的研討和分析。施工設(shè)備和機(jī)具選型必須符合技術(shù)方案要求。施工前應(yīng)做好施工突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案。施工要有隊(duì)伍高素質(zhì)、精干和穩(wěn)定的與當(dāng)前施工相匹配的技術(shù)服務(wù)和監(jiān)督隊(duì)伍，加強(qiáng)施工生產(chǎn)監(jiān)督管理，確保施工本工程順利進(jìn)行。施工中應(yīng)堅(jiān)持安全第一、質(zhì)量為本的管理理念，杜絕違章作業(yè)。
    5.2 通過(guò)精心組織力量，合理安排施工程序，將開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌等施工程序安排平行作業(yè)，在軟弱圍巖環(huán)境條件下，井然有序快速施工，施工完成初期支護(hù)后，拱頂沉降0.15mm/d，處于穩(wěn)定狀態(tài)，確保了洞口段的施工質(zhì)量與安全，達(dá)到了預(yù)期目的。