康宁2号隧道出口洞口段地表沉降处理技术

(中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024)

1 工程概况

山西中南部铁路通道ZNTJ-1标康宁2号隧道进口里程DK49+281，出口里程DK50+348，隧道全长1067 m，中心里程为DK49+814.5，进口、出口均位于兴县康宁镇阁老湾村，施工从出口进洞。

出口段地质描述:新黄土:浅黄～黄褐色，硬塑，呈松软结构，具湿陷性;粗圆砾土:灰黄色，稍湿，中密，呈松散结构。

2 施工情况

施工进展情况:边仰坡分级开挖，分级高度8 m，坡比1∶0.5，平台宽度1 m，采用网喷150 mm厚C25混凝土，钢筋网φ8@250 mm×250 mm，φ22砂浆锚杆锚入土体内固定，锚杆长度3 m，间距1.2 m。采用30 m超前大管棚进洞，洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工，循环进尺0.6 m，初期支护采用锚喷支护，钢架采用Ⅰ20a工字钢，钢筋网φ8@200 mm×200 mm，喷射混凝土厚度25 cm。上导开挖及初支:9.6 m(桩号 DK50+330.4);左中导开挖及支护:3.6 m(桩号 DK50+336.4);右中导开挖及支护:5.4 m(桩号DK50+334.6);左下导开挖及支护:0.6 m(桩号 DK50+339.4)，洞口桩号DK50+340。

2010年7月28日下午15:00发现康宁2号隧道洞口仰坡两侧初期支护及地表开裂，当时洞内正在进行拱架安装作业，发现此险情，立即将施工人员及设备撤离现场，及时封闭现场并及时将情况上报相关单位。

初期支护中、下导连接部位出现一条长30 cm宽2 mm的裂缝。

导向墙两侧拱脚以下范围出现3条裂缝，裂缝宽15 mm～20 mm。线路左侧裂缝长度1.8 m，线路右侧2条裂缝长度分别为3.0 m，4.0 m。导向墙整体下沉46 mm，拱部产生两道细小裂纹，未贯通，缝宽0.2 mm，导向墙向洞口侧纵向外移6 mm。

地表出现8条裂缝，裂缝宽度1 mm～100 mm，裂缝长度1.5 m ～16 m，地表下沉52 mm ～95 mm，见图1，表1。

图1 康宁2号隧道地表开裂示意图

表1 地表裂缝统计表

3 沉降原因分析

1)地质为新黄土，具湿陷性。围岩结构松散，自稳能力差，地基承载能力低。

2)洞口处于偏压地段，且仰坡开挖高度大，岩体自重产生的压力大，对洞口段导向墙及初期支护产生较大的推力。

3)正值雨季施工，雨水渗入土体，增加土体自重。

4)边仰坡开挖坡率较陡。

4 处理技术

4.1 洞口段反压回填

对洞口段进行反压回填，以稳定洞口边仰坡及初期支护，避免边仰坡及洞口支护下沉、变形扩大或失稳塌方。

回填范围:高度至导向墙两侧拱脚以上1.5 m处，宽度顶宽为21.2 m，两侧及导向墙端面采用1∶1.5坡比至地面。

4.2 洞顶卸载

采用两台挖掘机分层卸载，分层厚度控制在3 m左右，边坡坡度不大于1∶1，分节平台宽度3 m～5 m，每隔6 m～8 m设一级平台。先从靠近稳定山体一侧开始，再向已开挖仰坡位置延伸，卸载过程中要注意观察山体的变化，确保人员、设备始终处于安全状态，严禁一次卸载到位。

4.3 围岩量测

加大量测频率，监控量测按每4 h测一次进行，每天早上8:00，晚上18:00对量测数据进行统计、分析并上报。

截止2010年8月4日上午累计沉降46 mm，截止2010年7月31日上导累计收敛2.3 mm，中导累计收敛7.7 mm。

4.4 正洞施工

通过围岩量测数据分析，判定洞口段地表沉降、初期支护变化稳定后，组织项目部施工技术人员再次认真分析此次地表、初期支护沉降的机理，制定切实可行的施工方案。经研究分析，山体并未大面积滑动，未形成滑动面，地表靠近仰坡5.5 m范围内开裂，未贯通;导向墙及初期支护由于地基承载力不足整体下沉4.6 cm，与开挖轮廓剥离，缝隙宽3 cm左右;超前大管棚内侧土体剥落，管棚外露，管棚外水泥浆被拉裂，缝宽3 cm。为此制定如下施工方案并加以实施。

4.4.1 拉槽

对反压回填部分土体从中部拉槽(机械开挖、人工配合)，拉槽高度至拱顶2.8 m，宽度3 m，深度至掌子面，两侧土体尽量保留，以增加抵抗力，抑制初期支护收敛变形。

4.4.2 上导开挖

为了充分发挥超前大管棚的作用，先行掘进上导初期支护4.8 m(总进尺达到14.4 m)，循环进尺0.6 m，使其与超前大管棚形成整体受力体，减少原掌子面超前管棚所受剪力，形成“挑力”，抑制洞口导向墙下沉及山体偏压产生的侧压力。

4.4.3 施作明洞仰拱

为了稳定洞口，先清除洞口外部分反压回填土体，及时施作明洞仰拱，仰拱及时开挖及时封闭，循环进尺不超过2 m，2个循环即达到4 m后及时浇筑仰拱填充混凝土，施工时采用埋管的方式预留地基挤密桩位置。

4.4.4 中、下导开挖

中、下导开挖先跟进一侧，中、下台阶距离保持3榀钢架即1.8 m，开挖马口宽度尽量缩小，控制在3 m左右，待下台阶长度达到7.8 m时封闭岩面暂停作业(此时中导初期支护距掌子面4.8 m)，循环进尺0.6 m。再进行另一侧中、下导开挖，开挖方法相同，待中导跟进至7.8 m，下台阶跟进至6 m时及时施作仰拱。

4.4.5 施作仰拱

为达到“及时封闭成环、抑制围岩变形”的目的，及时施作仰拱，仰拱开挖每循环2榀钢架即1.2 m，开挖初支3个循环即达到3.6 m时施作仰拱混凝土及填充混凝土，使其与明洞仰拱形成整体受力环。

4.4.6 开挖掘进

为减少开挖对围岩的扰动，要尽可能多的预留核心土，减少同时开挖的作业面，减少机械开挖的范围。上导坑、左中下导及右中下导分三个时间段开挖。

4.5 锚杆格梁

边坡坡面采用锚杆格梁进行防护。格梁节点处设Φ28HRB400锚杆，锚杆间距2.4 m，锚杆长7 m，锚杆钻孔直径110 mm，采用M35水泥砂浆灌注。格梁现浇C30钢筋混凝土，就地浇筑，嵌入坡面，间距2.4 m，截面尺寸0.4 m ×0.4 m，设0.1 m高，0.1 m宽截水槽。每级平台坡脚设1.53 m高M7.5浆砌片石护脚，厚0.4 m;坡顶非完整格子内设0.3 m厚M7.5浆砌片石防护;其余格子内铺设六边形C25混凝土空心砖，种植紫穗槐。平台宽度3 m ～5 m，铺设0.4 m厚C25混凝土，并设置0.4 m×0.6 m 截水沟，与截水天沟顺接。

锚杆格梁布置图见图2，坡面防护锚杆格梁数量见表2。

图2 锚杆格梁布置图

4.6 地基处理

洞口段地质为新黄土，呈松软结构，具湿陷性。为消除黄土的湿陷性，采用φ40 cm灰土(水泥土)挤密桩加固地基(见图3)，间距1 m×1 m。

水泥土挤密桩用土料中有机质含量不得超过5%，不得含有冻土或膨胀土，使用时应过10 mm～20 mm筛，混合料含水量应满足最优含水量，允许偏差不得大于±2%，土料与水泥应拌合均匀，水泥用量不得大于设计及试验确定的用量。

桩施工前，场地应平整，必须清除地上、地下一切障碍物，根据设计要求，将桩位用白灰进行定位。夯填桩孔时应选用机械分段夯实。

夯锤直径不宜小于0.3 m，落距和填料厚度应根据现场的试验确定。成孔时地基应接近最佳含水量，当土的含水量低于10%时应对处理范围地基土进行增湿处理。向孔内填料前孔底必须进行夯实。

桩顶夯填高度应大于设计桩顶高度0.3 m，垫层施工时应将多余的桩位凿除，桩顶应水平。施工中应有专人监测成孔及回填夯实质量，并如实做好施工记录。

表2 坡面防护锚杆格梁数量计算

图3 挤密桩加固地基

5 施工注意事项

1)黄土隧道洞口进洞方案要慎重，要根据地质构造、偏压情况及地基承载力情况综合考虑，制定边仰坡放坡坡率(不宜陡于1∶1)、平台宽度(不宜小于2 m)，并充分做好防排水处理。

2)严格按要求做好超前大管棚支护，扩大导向墙拱脚尺寸，必要时在拱脚部位增设垫板及锚管。

3)要及时封闭边仰坡，边仰坡支护满足设计要求。

4)加强地表沉降观测，采用肉眼观察结合仪器测量，及时掌握围岩动态，以指导施工。

5)按照1榀/循环钢架进尺掘进，不应急于落中、下导，待上导进尺达到10 m～15 m时跟进中、下导。

6)施工中要充分考虑地基承载能力，必要时要先进行地基处理。

6 体会

1)原因分析透彻，方能正确指导方案的制定和现场的实施。

2)实施既定的方案要一步一步稳扎稳打，并根据实际情况进行不断的优化，方能步步为营。

3)在黄土地区施工，要认真、仔细的核对地质资料，并进行详细的现场调查，找出存在的风险和安全隐患，制定预防措施，方能确保施工安全。

7 结语

出现险情，要在最短的时间内到达现场，对出现险情进行调查和认真的分析，初步查明原因并制定初步方案，同时做好现场警戒工作，并向上级相关部门如实汇报。

本次险情处理方案正确、及时、果断、有效，在最短的时间内完成了抢险任务。险情发生于2010年7月28日下午15:00;洞口反压回填于2010年7月29日12:00完成，回填土方939 m3;洞顶卸载于2010年7月29日下午14:00开始，于2010年8月1日12:00完成，卸载11452 m3;2010年7月28日～2010年8月6日为洞口段沉降、变形观测期;2010年8月6日按照既定的施工方案进入正洞施工阶段。

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