某隧道過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：一是限制了大型施工機械的使用，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)整時間很長；三是臨時施工支護多，投入大，不經(jīng)濟；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)計為兩座獨立的分離式隧道，兩座獨立隧道的軸線間距為50米，其中隧道右線長1452米（YK30+935～YK32+387），左線長1440米（ZK30+920～ZK32+360）。軟土隧道右線長115米（YK30+960～YK31+075），左線長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，植被生長較茂盛。隧道穿越丘陵分水嶺地帶，左側(cè)被207國道二級公路呈弧形圍繞，南西側(cè)（岑溪方向洞口）為安平侵蝕山間盆地，地勢較為開闊平緩。其中YK31+700東南面約350m處為一面積不大的山塘水庫，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，相對高差約110米。進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，含少量粘土和細砂，結(jié)構(gòu)較緊密，底部以細砂、粘性土為主，結(jié)構(gòu)較松散，為207國道二級公路路基填土，主要分布于。隧道進口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，含水量較大無承載能力。地下水出水狀態(tài)少數(shù)地段呈淋雨狀或涌流狀出水，大部份地段呈潮濕或點滴狀出水。在開挖過程中洞壁巖體位移持續(xù)時間長，成洞性差，無自穩(wěn)能力。

　　2.3水文地質(zhì)條件

　　隧道經(jīng)過地段地勢較陡峻，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)過地段的基巖透水性差，為弱透水一相對隔水巖層，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，其動態(tài)變化較大。地下水為大氣降水補給，地形陡峭的地段，自然排泄不通暢，地下水對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隧道掘進帶來較大困難。

　　2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　牛嶺界隧道Ⅰ類圍巖段采用洞口加強襯砌，超前支護為φ89×4大管棚、長10米，環(huán)向間距為30cm；初期支護為RD25N中空注漿錨桿，長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，采用下行線采用上下半斷面環(huán)行開挖施工，在開挖之前先進行長45米，φ89超前管棚預(yù)支護，邊坡采用φ42×4的長5米小導(dǎo)管和掛網(wǎng)噴混凝土進行封閉。套拱施工完成即進行下行線洞身開挖。

　　在ZK30+940~ZK30+957段采用半斷面環(huán)行開挖，開挖后初期支護變形大，拱頂沉降最大值達到47厘米，收斂值達到20厘米；地表出現(xiàn)較大裂縫，裂縫最大寬度5厘米，地表嚴重被破壞，由于該段隧道埋深較淺，從起拱線開始開挖輪廓線以外的45°線以內(nèi)的土體自重基本由初期支護承擔(dān)。變形過大嚴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)型開挖，初期支護變形大，地表被嚴重破壞，在埋深較淺的地段初期支護，變形雖然較大，但還不致意被破壞，但在施工此段時對施工安全已經(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，造成窩工嚴重，進度較慢，下行線從2004年6月1日至2004年8月15日，歷時2.5月完成開挖17米，平均每天完成開挖0.26米。因此停止開挖。

　　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展情況，前后兩個標段均沒有開工，給降坡提供了條件，因此采用降坡的方法處理下沉過大。將原設(shè)計0.9%的坡度調(diào)成0.87%，即改變坡度和坡長。

　　3.隧道開挖分析

　　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裂現(xiàn)象，拱腳局部有開裂的現(xiàn)象。通過對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。同時隧道埋深淺，極難形成自拱度，靠調(diào)動圍巖自身無法控制圍巖變形，必須采取主動支撐措施，而基礎(chǔ)承載力是主動支撐有效的前提和保證，為此，為確保安全通過二級路，必須要超前探明地質(zhì)情況，并進行基礎(chǔ)處理。采用臺階法施工，無法在有效的時間內(nèi)通過基礎(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，進行基礎(chǔ)處理，為隧道的開挖提供足夠的基礎(chǔ)承載力，從而達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（需進行軟弱層處理）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。下部中心土開挖時同設(shè)計有底部仰拱，所以結(jié)構(gòu)仍是封閉成環(huán)的。側(cè)壓力問題也由于水平的及時封閉支護得以解決。

　　3.3優(yōu)化設(shè)計方案

　　3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(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6m，環(huán)向間距30cm，搭接長度不小于2.5m，外插角分別為15度、60度，注水泥水玻璃雙液漿；實施樁號為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45米，下行線施工φ89×4大管棚長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進行支護。為了提高仰拱承載力，仰拱打設(shè)φ89×4的鋼管樁進行加固，梅花型布置，其間距50cm，長3.50米，打設(shè)后注超細水泥漿。

　　4.隧道施工方案

　　4.1施工安排

　　由于涉及到207國道的安全、暢通，為避免隧道進洞時，一旦坡面或掌子面產(chǎn)生滑動，極有可能造成207國道會產(chǎn)生滑移、塌陷，中斷交通。進洞開挖前沿207國道路肩外1m約20m長范圍打長度為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)及時清除管內(nèi)漿液，并用30號水泥砂漿緊密填充，增加鋼管的剛度和強度。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。

　　下行線先進行雙下側(cè)小導(dǎo)坑開挖，小導(dǎo)坑采用明挖段和過渡段采用全斷面I20a工字鋼和掛網(wǎng)噴射砼支護，暗挖斷采用鋼格柵、掛網(wǎng)噴射砼支護。小導(dǎo)坑開挖穿過二級公路后，進行小導(dǎo)坑內(nèi)部混凝土條形基礎(chǔ)施工，混凝土條形基礎(chǔ)施工時從洞內(nèi)向洞外施工，采用混凝土輸送泵進行模筑。基礎(chǔ)施工完成后進行正洞上半斷面開挖，上半斷面與下半斷面間距不大于15m.

　　4.2施工方法

　　根據(jù)前期施工存在的問題，現(xiàn)采用臺階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相結(jié)合的施工方法，半斷面開挖時，出碴采用無軌運輸，挖掘機、正鏟側(cè)卸式裝載機配合8噸自卸汽車運輸出碴；小導(dǎo)坑開挖時，采用人工開挖，小拖拉機配合人工出碴。及時進行支護，仰拱緊跟。

　　4.3鋼管樁施工

　　4.3.1鋼管樁加工

　　鋼管樁按標準長3.5米進行加工，長度不足時應(yīng)通過絲扣聯(lián)接，鋼管前端加工成圓錐狀，長度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進度指標進行清除施工障礙物工作，并施工臨時排水管等措施進行場地排水，杜絕施工場地受水浸泡現(xiàn)象發(fā)生；測量放線，標出施工位置；鉆機鉆孔（可直接夯進）、下管，下管注漿后，每處理完成5m，進行仰拱混凝土施工，其間用過車梁保證已施工段穩(wěn)定，注超細水泥（MC）單液漿，注漿壓力為2Mpa，注漿完成后，對樁間土進行輕型觸探試驗，錘擊數(shù)大于35擊，承載力不小于250kpa，達不到時，進行加密等處理。

　　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)驗與成效

　　5.1通過牛嶺界隧道施工過程，可以看出：對設(shè)計文件中所提供的地層地質(zhì)參數(shù)要進行充分的現(xiàn)場復(fù)查，對地層的性狀應(yīng)充分的了解和認識，對設(shè)計地質(zhì)條件必須進行正確判斷。針對隧道的地質(zhì)性狀，施工前應(yīng)有詳細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)督隊伍，加強施工生產(chǎn)監(jiān)督管理，確保施工本工程順利進行。施工中應(yīng)堅持安全第一、質(zhì)量為本的管理理念，杜絕違章作業(yè)。

　　5.2 通過精心組織力量，合理安排施工程序，將開挖、支護、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，達到了預(yù)期目的。