雁门关隧道新黄土地表裂缝段施工技术

邓伯科

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概况

北同蒲取直线铁路雁门关隧道全长14.085 km，起讫里程DK110+855～DK124+940。隧道最大埋深约820 m。雁门关隧道为单洞双线隧道，隧道以直线通过，为人字坡，上坡坡度为7‰，DK120+980以后下坡坡度为3‰。线路主要技术标准为:Ⅰ级铁路、电力牵引、双线、线间距4.4 m、旅客列车行车速度160 km/h，预留200 km/h。设计明洞长35 m，进洞里程为DK110+890。洞口段开挖宽度为13.6 m。

隧道进口经过地层约680 m长度范围位于山前洪积扇内通过，地层为新黄土，粗、细圆砾土。雁门关隧道纵断面见图1。

图1 雁门关隧道纵断面图

2 地表裂缝现状调查

2008年1月20日，在隧道掘进至32 m处，发现洞口仰坡四周范围外两侧喷射混凝土面出现纵向裂缝;约1个月后地表中线两侧各出现了1条～2条与隧道中心线平行的纵向裂缝，而且随着隧道开挖的推进，裂缝也随之向前发展，且对应掌子面前方地表处也出现1条～2条横向裂缝，与纵向裂缝连通，裂缝形成环向包围状。隧道开挖后变形较大，施工受阻。

经现场实际测量，裂缝长度约为270 m(DK110+890～DK111+160)，隧道埋深在4.8 m～62 m之间。地表裂缝与隧底的倾角在45°～60°之间。裂缝深度在2 m～8 m(采用钢筋接长法，有一定局限性)。地表裂缝范围地面沉降值为92 mm～250 mm。地表0 m～1 m范围裂缝宽度为4 cm～8 cm，1.5 m～2 m处的裂缝宽度2 cm～4 cm。

3 地表裂缝产生的原因分析

隧道施工时产生的地表裂缝主要是由于楔形滑动体滑动面剪裂或拉裂，并且首先开裂是隧道周边开始逐渐向外或向上发展。在地表裂缝随楔形滑动体变形而张开，在地层内部主要表现为错动。其中横向裂缝在开挖面前先张开，在开挖面到达和通过后随地层变形裂缝又闭合。

现场监控量测资料表明，地表裂缝开裂较大的地段拱顶下沉值较大，两者相互对应。隧道地表裂缝基本发生于地表沉降值为100 mm左右。由于浅埋段地质为新黄土，地基承载力较弱，在仰拱封闭成环前覆盖层土体自重会造成隧道的整体受压下沉，因此应尽可能在隧道开挖后仰拱紧跟掌子面闭合成环，从根本上改善隧道开挖后的整体受力结构以减少整体下沉。

与开挖工序的关系:隧道地表开裂沉降是随隧道内的开挖进行而发展，待仰拱闭合成环后逐渐趋于稳定。

与地表水的关系:一旦有地表水，地表就有下沉趋势，由此可见地表水对地表开裂下沉有直接关系，会造成地表覆盖层土体重量加大，加快隧道下沉，因此对浅埋黄土隧道地表应进行全封闭覆盖防水处理。

4 地表裂缝的处治措施

为了保证隧道建成后铁路的运营安全，必须对地表裂缝进行妥善处理，保证隧道的覆盖层密实，无潜在的空洞和裂缝，否则在雨水的长期侵蚀和冲刷下，容易在覆盖层深处沿着裂缝形成陷穴等，导致雨水能直接侵蚀隧道主体并降低了围岩的承载能力，影响隧道的长期稳定性。

4.1 裂缝表面处理

在裂缝表面用人工将杂物清除，清理宽度顺裂缝左右宽30 cm，在裂缝走向范围挖一矩形沟槽，深5 cm，宽10 cm。

4.2 裂缝处理施工方法

1)采取压注水泥浆:由于考虑到裂缝中容易填塞其他的杂物，不利于浆液流动，因此采用压注水泥浆。按一定间距打入预埋注浆管，然后进行注浆:注浆顺序采用先压注较宽的裂缝，再注较窄的裂缝。水灰比控制在0.8～1，出浆口必须深入裂缝不少于1 m(采取预埋注浆管)，压力控制在0.5 MPa以内，注浆间距(预埋注浆管)控制在50 cm。注浆量较大时，应暂停浆液待凝固后再进行注浆。

2)注浆后表面处理:压浆后，裂缝地面采用M10水泥砂浆抹面，做成圆弧状，防止雨水浸入。详见裂缝顶部处理示意图2。

图2 裂缝顶部处理示意图（单位：cm）

4.3 裂缝处理工况

地表裂缝处理前工况见图3，裂缝处理后工况见图4。

图3 地表裂缝处理前工况

图4 裂缝处理后工况

5 经验总结

5.1 地表处理

1)做好地表防排水系统。对由于洞内沉降形成的地表低洼地段，必须进行地表浆砌片石铺砌，防止地表水淤积而下渗。

2)待地表沉降变形稳定后，及时对已形成的裂缝采用压浆的方法及时进行封闭。

5.2 洞内施工措施

主要采取“管超前、短进尺、强支护、紧封闭、早成环、勤量测”的施工原则。

1)严格控制开挖进尺:一般控制在60 cm以内。采用台阶法施工时，必须严格控制台阶长度，必要时设置临时横撑和竖撑，防止变形过大造成塌方。

2)保证锁脚锚管的施工质量，适当增加锁脚锚管数量，且保证锁脚锚管的下倾角不小于30°。针对施工中锁脚锚管不能发挥应有的作用，创新钢架锁脚工艺:即在每榀上、中、下导钢架外轮廓焊接1块～2块25 cm×45 cm钢板，机械打设2个～4个φ50 mm锚管孔，将锁脚锚管穿入孔中打设，尾端并用“L”形φ22螺纹钢焊接牢固，详见图5。

图5 锁脚锚管施工大样图（单位：mm）

3)加强钢架支护，必须保证钢架各单元连接牢固，接头板密贴;钢架间采用12 mm槽钢连接，环向间距为50 cm，从而提高钢架支护体系整体受力。

4)仰拱、二衬紧跟:仰拱距掌子面的距离控制在25 m以内，二衬距掌子面的距离控制在50 m以内。

5)加强围岩监控量测，每天观测不少于两次，每个断面的观测点不少于5个，每3 m～5 m布设一个断面，及时反馈量测结果，便于指导施工。

6)加强施工现场用水管理，严禁浸泡初期支护基础造成下沉。

6 结语

通过雁门关隧道新黄土段的处理施工，初步找到了地表裂缝产生的一些规律，通过施工中的一些处理措施，保证了隧道施工安全及结构安全，为以后施工提供宝贵的施工经验。

［1］王晓洲.大断面黄土隧道建设技术［M］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］王举义.软弱黄土公路隧道施工变形规律研究［D］.西安:长安大学，2010.

［3］吕庆林，王淑华.黄土隧道的地表变形病害分析及治理［J］.西部探矿工程，2006(11):23-24.

［4］康 军.黄土公路隧道设计与施工技术研究［D］.西安:长安大学，2006.

［5］赖金星，张 骞，董自超.梁家山隧道病害成因综合勘察分析与处治措施［J］.工程勘察，2010(7):96-98.