洞口小型溜塌体黄土隧道进洞技术研究

洞口小型溜塌体黄土隧道进洞技术研究

杜伟

中铁二十局集团市政工程有限公司 甘肃 兰州 730000

【摘要】本文结合蒙华铁路蒙陕指管段内某隧道洞口进洞采用初支逆作法施工实例，在洞口处存在小型溜塌体、局部渗水软弱、偏压等特殊地质情况下，为减少对原地貌的扰动，采取了在原地形基础上先施工初期支护，再施工护拱后反压回填，最后在护拱保护下进洞的施工方案。提出了一种新的隧道进洞方法，为洞口处于小型溜塌体且地质条件类似的隧道提供参考借鉴。

关键字：黄土隧道；溜塌体；进洞方案；初支逆作法

0.引言

随着国家西部大开发政策的推行，近些年来中西部地区的基础设施建设加快了步伐，其中横跨陕甘宁地区的黄土高原地区分布有面积广阔的湿陷性黄土，其表层部分在雨水长期的冲刷下形成大大小小的溜塌体，成为了工程施工的拦路虎。尤其是当隧道洞口位于溜塌体时，进洞施工难度较大，安全风险极高。本文通过某铁路隧道洞口位于小型溜塌体进洞的实例，提出了一种全新的安全、环保的进洞理念，为类似工程提供了一种新的进洞思路。

1.工程概况

蒙西到华中煤运铁路是国内最大规模运煤专线，蒙华铁路北起内蒙古浩勒报吉站，终点到达江西省吉安，线路全长1837公里，规划设计输送能力为2亿吨/年。，跨越蒙、陕、晋、豫、鄂、湘、赣七省区，投资概算1700亿元，是继大秦线(山西大同至河北秦皇岛)之后国内又一条超长距离的运煤大通道。

蒙华铁路某隧道位于陕西省延安市境内，隧道全长1369m，最大埋深138m ,为单洞双线隧道。隧道进口处地质情况为第四系上更新统砂质新黄土，浅黄色，硬塑，呈松软结构。

洞口处穿越小型溜塌体上部，根据现场开挖揭示表层土下伏为黏质老黄土，红褐色，硬塑状。地表水通过土质夹层渗透出地表，导致溜塌体坡脚前缘土体含水率较高，局部达到液限，呈流动状态。

2、设计变更情况

该隧道进口原设计采用常规A 108大管棚超前支护措施进洞，明洞长11m，洞门采用直切式明洞门。业主组织的现场地质核对时发现原地表出现轻微裂缝，小型溜塌体前缘富水，局部土体含水量已达饱和状态。考虑到按照原设计施工进洞风险极高，施工难度大，业主召集设计院及施工单位对此进行了设计变更。变更后暗洞长度延长22m，洞门变更为端墙式洞门。洞口左侧溜塌体前缘土体采用三七灰土换填并夯实，护拱基础下设置A89钢管桩，钢管桩下部嵌入硬质黏土层不小于2m。取消长管棚超前支护措施，洞口段20m半明半暗段采用护拱暗挖法进洞，进入暗洞后超前支护措施采用密排小导管。变更后洞门横断面图见图1所示：

图1：洞口结构横断面图

3、施工过程

3.1、方案概述

由于该隧道进洞施工时即将到冬季，考虑到洞口附属工程冬季施工保温措施投入大，费用高，施工单位决定对设计方案就行优化，在保证安全前提下加快进度，提早进入暗洞施工。经过多方案比选，最后决定采用初支逆作法，即首先施做地表以上部分的初支结构，其次施工护拱结构，最后反压回填后进行暗洞掘进的施工顺序。

3.2、溜塌体前缘体三七灰土换填

线路左侧溜塌体前缘土体含水率较高，局部达液限状态。设计采用的软弱地基加固方法为机械挖除后换填三七灰土并分层夯实，现场实际开挖揭示软弱土层厚度约1.5-2m。软弱土层底部为黏质老黄土，坚塑状，围岩稳定性较好。分层夯实每层虚铺厚度不大于30cm，由于场地面积较小，作业空间有限，采用蛙式打夯机进行夯实。石灰采用新鲜消石灰粉，其颗粒不得大于5mm，且不得含有未熟化的生石灰颗粒及其他杂质，也不得含有过多的水分。

3.3、架设地表以上部分钢架并喷射混凝土

对原地表进行清表后测量人员放出拱脚部位边线并做标记，根据钢架高度搭设钢管架作业平台架设钢架，拱架采用H230四肢格栅钢架，钢架间距0.6m，钢架之间设置C22纵向连接筋钢筋，环向间距1m,与格栅钢架主筋采用单面焊，焊缝长度22cm。钢架每个节点处设置4根A42壁厚5mm无缝钢管作为锁脚锚管，单根长度4m，管内灌注M30砂浆以增强管体刚度。拱脚处通长铺设36a槽钢以减少钢架的不均匀沉降。为保证初支结构与护拱有效连接，喷射混凝土前预埋锚固筋，锚固筋间距纵环向均为1.2m，与钢架焊接牢固。

初支砼采用挂底模法喷射，在钢架内侧满铺木板并固定牢固。钢架与木模间设置3cm厚垫块，保证初支混凝土保护层厚度满足设计要求。喷射作业采用铁建重工HPS3016湿喷机械手，最大喷射效率30m³/h。为保证施工安全，每次喷射分段长度不大于5m。

3.4、护拱施工

护拱厚60cm采用C30混凝土浇筑而成，内部设置C25环向主筋间距20cm，纵向钢筋C16间距20cm。护拱基础宽度1.2m，厚0.6m，基础下设置3排A89钢管桩，纵向间距1m，单根长8m，管内灌注1:1水泥浆。

护拱施工前必须对已施做初支结构进行预加固，防止护拱浇筑过程中初支结构受力过大而产生较大沉降。护拱混凝土浇筑分两次次进行，先浇筑两侧护拱基础及以上50cm部分，再浇筑其余部分。浇筑采用天泵进行，浇筑过程中保证布料均匀左右对称浇筑。

护拱浇筑完毕及时覆盖洒水养护，养护期为7天。

3.5、反压回填及正洞掘进

护拱混凝土强度达到设计要求后开始进行线路左侧及拱部反压回填。反压回填施工时要注意保证护拱结构两侧受力均匀。回填应分层夯实，每层厚度不大于20cm。回填期间严密注意初支结构监控量测情况，发现异常情况时及时采取应对措施。

反压回填完毕后进行正洞掘进，开挖工法采用三台阶预留核心土法，台阶长度不大于5m，初支成环距掌子面距离不大于1倍洞径（12m）。

护拱段正洞掘进完毕后进入暗洞施工时，超前支护措施采用超前密排小导管，上台阶拱部150°范围内设置A42壁厚3.5mm无缝钢管，环向间距20cm，单根长4m。管内灌注1:1水泥浆。纵向每3榀拱架设置一环，钢管外插角10-15°。

3.6、监控量测情况

洞口段围岩级别为Ⅴ级，衬砌类型为Ⅴb（土），监控量测点布置间距为5m，共设置1个拱顶沉降监测点和2排周边收敛监测点。施工期间护拱段监控量测数据见表1所示，施工期间拱顶最大沉降断面为DK344+260，累计拱顶沉降值为49.8mm。该断面的累计沉降折线图见图2所示：

图2：护拱暗挖段拱顶下沉量测数据折线图

监控量测数据显示，采用该方案施工期间，初支结构整体较稳定，监控数据时间-累计沉降值曲线走势符合实际情况，前期未初支未封闭成环时拱顶沉降较大，封闭后拱顶沉降值趋于稳定。

4、初支逆作法优点

隧道的常规进洞方式为先反压回填后人工修整筑护拱的胎膜（俗称土牛），再施工护拱，在护拱的保护下开挖后施工初期支护结构，为保证在冬季施工来临前进入暗洞施工，抢抓工期，技术人员在研究了现场的实际情况后积极打破一般隧道进洞的常规思路，采用先施作部分初支结构作为护拱的底膜，再施作护拱结构，最后进行暗洞掘进。采用该方案的优点有：

4.1、缩短了进洞时间，加快了施工进度。按照原设计方案需先分层回填再开挖出护拱底膜进而施作护拱。按照优化后的方案，取消了反压回填的工序及人工挖护拱底模及修整护拱轮廓的时间，大大加快了施工进度。确保在冬季施工来临前进入暗洞。

4.2、该方案根据原地形情况人工适当修整并整平后立架，钢架分节部位根据地形起伏进行调整。实现了零刷坡，减少对地表扰动，实现了安全进洞。

4.3、原设计方案，反压回填后暗洞部分的的土方在进行暗洞掘进时需要开挖运走。采用优化后的方案较少了该部分土方的开挖运输费用，为项目创造了效益。

5、结论

该隧道按照此方案实现了安全、快速、高效进洞，达到了既定的工期节点目标，总结主要有以下几点注意事项：

5.1、该方案中对小型溜塌体前缘体处理采用的是换填后三七灰土夯实，施工中必须保证施工质量，分层摊铺后夯实，切实起到改善地基承载力的作用，减少工后沉降。

5.2、初支钢架采用H230格栅钢架，根据原地形起伏设置分节部位，尽量减少对开挖原状土对原地表的扰动，减少溜塌体下滑的风险。

5.3、初支钢架安装质量必须保证，锁脚锚管采用φ42无缝钢管，长度6m，每节点设置4根，锁脚锚管注水泥浆加强管体的刚度。切实起到“抬”拱架的作用。

5.4、初支结构施作完成后及时进行拱顶沉降和周边收敛等隧道监控量测项目。发现数据异常，发生红警或黄警时要及时采取加固措施。

5.5、护拱施作完成后待线路左侧滑坡体前缘反压回填至于右侧山体基本持平后方可进行暗洞掘进。

5.6、洞口段围岩较软弱，开挖工法采用三台阶预留核心法，初支仰拱及时封闭成环，上、下台阶长度不大于5m。初支仰拱及时封闭成环，确保施工安全。

参考文献：

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