湿陷性黄土隧道洞口浅埋段安全控制技术

湿陷性黄土隧道洞口浅埋段安全控制技术摘要：秦安隧道进口端皿DK813+500皿DK814+600位于王家墩滑坡体前缘堆积区，为湿陷性浅埋黄土隧道，施工中容易引起隧道围岩坍塌及变形或侧向变形破坏，若地表变形大容易引起地表滑坡体局部复活。本文以此工程为例，探讨了湿陷性黄土隧道洞口浅埋段安全控制技术，望对类似工程施工有所帮助。关键词：湿陷性黄土隧道；浅埋；安全控制；超前支护一、工程概况秦安隧道位于天水市秦安县，隧道地处天礼盆地低中山丘陵区西北部，通过区地形起伏较大，沟深坡陡。隧道起讫里程为皿DK813+500皿DK818+405.3，全长4905.3m,为单洞双线隧道。最大埋深约335m。隧道全部位于半径为R-8700m的曲线上。秦安隧道，秦安隧道皿级围岩段长1160m,IV级围岩段长2130m,V级围岩段长1615.3m，分别占隧道全长的24%、43%、33%。IIIDK813+603IIIDK813+653段位于隧道进口处，为滑坡堆积体前缘，地表覆盖第四系黏质黄土，淡黄色，粉土颗粒为主，第四系黏质黄土具II级自重湿陷性，湿陷土层厚度约1015m，第三系泥岩具中强膨胀性，为隧道浅埋段，V级围岩。二、洞口浅埋段安全控制技术（一）超前支护1、大管棚施工本隧道正洞进、出口明暗分界处沿拱部开挖轮廓线外设一环长管棚超前支护。长管棚采用热轧无缝钢管，管棚长50m，直径108mm，环向间距1根/40cm,外插角010，压注水泥浆。（1）施作套拱混凝土套拱作为长管棚的导向墙，套拱在洞身开挖轮廓线以外施作，套拱内埋设1榀工字型钢拱支掌，钢拱支掌与管棚导向孔管焊成整体。孔口管作为管棚的导向管，它安设的位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置；用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角；用前后差距法设定孔口管的外插角。为克服钻机具自重所产生的下垂，拱部导向孔外插角选大值（10），至拱脚逐渐过渡为10，。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。（2）搭钻孔平台安装钻机钻机平台可用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。（3）钻孔钻机距工作面距离不大于2m,采用两台钻机同时作业，由两侧向中间，互不干扰，加快进度。钻机开钻时，可低速低压，待成孔几米后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。为防止黄土堵塞钻机风孔，加大高压风清孔频率，切忌高压水清孔。钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。钻孔出现卡钻或坍孔时应先注浆后再钻孔。（4）清孔、验孔用108mm岩芯管进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔；用高压气从孔底向孔口清理钻渣；用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，外插角。（5）安装管棚钢管钢管应在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻8出浆孔；钢管接头采用丝扣连接。为使钢管接头错开，钢管按9m、6m不等长加工，保证相邻管棚在同一截面的接头错开。（6）注浆注浆前用喷射混凝土封闭掌子面并对孔口进行封堵，以防孔口冒浆，注浆压力控制在1.52MPa左右，注浆时控制好注浆压力和注浆量，以防注浆过量而引起地面隆起。注浆前按参数进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以确保达到固结围岩的目的。2、超前注浆小导管施工超前注浆小导管采用风动凿岩机钻孔，并保证小导管纵向搭接长度不小于1m,注浆作业中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。开挖前试挖掌子面，无明显渗水时进行开挖作业。小导管采用42热轧无缝钢管加工，长度为3.5m，拱部间距0.4m,外插角1015度，其搭接长度不小于1m。安装超前小导管并与钢架焊接固定，小导管外插角符合设计，注浆压力一般为0.51.5MPa，施工中根据现场试验确定合理的注浆参数。小导管在构件加工厂制作，前端做成尖锥形，尾部焊接彷8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错钻眼，眼孔直径为68mm。钻孔完毕后，将小导管按设计要求插入孔中，围岩软弱地段用游锤或凿岩机直接将小导管沿钢架中部打入，尾部与钢架焊接到一起，共同组成预支护体系。注浆前先喷射混凝土510cm封闭掌子面作止浆墙，当单孔注浆量达到设计注浆量时，结束注浆。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。注浆作业中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。开挖前试挖掌子面，无明显渗水时进行开挖作业。（二）洞口工程及进洞方法洞口工程先进行洞顶截排水系统、边仰坡刷坡、锚喷防护施工，后套拱法进洞施工。（1）边仰坡开挖及防护结合当地气候特点及洞口地形特点，在洞口边仰坡上方约10m外设洞顶截水沟，以拦截地表水，防止地表水冲刷边仰坡，截水沟采用浆砌片石砌筑，做到圆顺流畅，不积水，不渗水，拦截、远引地表水，防止地表水影响洞口施工，达到稳定坡面的目的。在洞口范围内放出边仰坡开挖轮廓线，清除开挖范围内植被，按照“分层、分段，自上而下，边开挖、边防护”的原则，采用挖掘机自上而下进行开挖，人工配合精确刷坡。刷坡到位后进行边仰坡喷锚防护施工。（2）进洞方法隧道进口为V级围岩浅埋段，采用超前管棚，管棚内插42超前小导管预支护，双侧壁导坑法法开挖进洞，122工字钢架及锚喷网初期支护。洞口斜切段开挖至超前管棚范围内后（地面标高控制在起拱线下1.5m方便管棚施工作高度），及时施做C25混凝土管棚套拱，套拱以二根工字钢拱组焊为骨架，间距0.6m，将导向管精确焊在工字钢拱上，经测量检查，同隧道洞口开挖断面一致后，与仰坡锚杆焊接固定，浇注挂板混凝土形成管棚导向墙，然后施做大管棚拱部环形开挖钢架支护进洞。管棚施工完成后，管棚内压注水泥砂浆，压浆达到8MPa以上时采用人工风镐配合机械环形预留核心土开挖进洞，开挖完成后必须及时施作初期支护，下部采用分部侧壁开挖，初期支护及时封闭成环，仰拱紧跟分段浇筑，衬砌紧跟开挖。（3）基底处理隧道宝鸡端进口段基底位于第四系全新统黏质黄土具有III级（严重）自重湿陷性，为提高基底承载力，采用水泥土挤密桩加固处理，挤密桩顶采用三七灰土褥垫层，仰拱底部厚度1m。暗洞IIIDK813+603623段基础采用树根桩加固。兰州端洞口明挖段基础为湿陷性黄土，IIIDK818+394405.3采用水泥土挤密桩进行处理，桩顶设置三七灰土垫层。洞身段薄弱层湿陷性黄土开挖后亦用三七灰土换填提高基底承载力，避免隧道下沉引起衬砌开裂，道床变形等病害。（4）洞门施工衬砌采用C45钢筋混凝土衬砌，利用12m的液压衬砌台车为内模外模采用工字钢架配木模板（方便与端模固定）整体立模浇筑成形。衬砌（明做部分）背面做一层固着力较好的外贴式防水层，表面用水泥砂浆做保护层，以防洞顶截水沟至仰坡坡脚范围内的地表水渗入洞入。结束语浅埋隧道根据湿陷性黄土的特征施工前应根据设计文件提供的资料制定适宜的方案，在基本原则的指导下施工。进洞前应先修建边仰坡土石方、截排水工程等保证边仰坡稳定,减少雨水冲刷导致的洞口塌方。开挖前应先对隧道进行超前支护,湿陷性黄土隧道宜采用超强注浆小导管、超前注浆大管棚支护方式,一般布置范围为拱部周边轮廓外。利用管棚在洞口段形成连续的棚架防止初期松弛土体坍落、地压扩大,加上管棚和注浆加固的共同作用,可基本保证围岩稳定。参考文献1郑伯，松左奇.湿陷性黄土隧道洞口浅埋段施工防塌方安全控制J.四川建筑,2012年3期.2夏鹏.大跨度黄土隧道洞口浅埋段支护效果研究D.桥梁与隧道工程:长安大学,2010.