砂岩夹砂质新黄土隧道进洞施工技术

樊 俊 明

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)

1 工程概述

1.1 工程概况

阳城隧道全长7 108.25 m，为单洞双线隧道，隧道最大埋深207 m。隧道设置2座斜井，斜井长分别为439 m,725 m(平距)。隧道线间距变化范围4.00 m～4.18 m。

1.2 地形地貌

隧道地处毛乌素沙漠向黄土高原过渡区，沿线地形受地台抬升及黄土高原水流向源侵蚀的影响，下切作用明显，“V”字型冲沟发育，呈树枝状分布，形成沟壑纵横、支离破碎的特点，地形较为复杂，为典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地貌类型。

1.3 地质情况

隧道进口位于陡坡上，进口自然坡角较陡，约70°。进口处基岩裸露，岩性为白垩系下统洛河组砂岩，其中153°∠80°张节理、250°∠60°张节理两组节理对基岩稳定性影响最大，易发展卸荷结构面，发生崩塌、滑塌等现象。

1.4 工程背景及施工难点

阳城隧道进口仰坡地质揭示为砂层上覆砂质新黄土，按设计刷坡后采用喷锚临时防护，大管棚进洞，施工工法采用三台阶大拱脚临时仰拱法。在开挖支护完成8.25 m，准备下一循环开挖时，隧道仰坡右侧出现溜塌，溜塌长度约15 m，高度约10 m，最大深度约3 m，溜塌土方约400 m3。同时洞内已施工初支出现纵向和环向裂缝，裂缝呈树枝状，最宽10 mm，导致隧道进洞困难，存在极大的安全隐患。

2 洞口防护

2.1 应急处理措施

出现溜塌现象后，立即撤出作业人员及设备，并安排专人负责仰坡上部土体监测，确保安全。同时在洞内增设了扇形钢支撑，并进行土方回填，对溜塌体采用喷射混凝土进行封闭。

2.2 仰坡卸载及防护

砂质新黄土具有多孔性、垂直节理发育、层理不明显、透水性较强、湿陷性等特征，极易形成溜塌，在遇水后更为显著，因此隧道仰坡应分级设置，每级坡不宜过陡、过高，并设置缓冲平台。一级仰坡坡率应缓于其他仰坡坡率，使坡面形成缓冲坡。

仰坡开挖后应及时施作永久防护，永久防护宜采用拱形骨架护坡、植物防护等防排水较好的方法，避免雨水进入坡面，造成坡面失陷、溜塌。

2.3 坡脚防护

为了确保洞口及边仰坡稳定，在仰坡坡脚设置一排钻孔灌注防护桩，桩顶设置挡土墙。为了减少洞门边坡的刷方，在洞门两侧设置钻孔灌注防护桩，防护桩桩顶设置冠梁。洞口两侧挡土墙与纵向冠梁间设置拉梁，形成整体受力结构，对仰坡形成永久支撑。

3 进洞技术

通过地质钻探及现场踏勘，隧道洞身主要为全～强风化砂岩，其中洞顶左侧分布较厚，右侧较薄，洞口掌子面地质为砂层及砂质新黄土，较潮湿、呈松散结构。

3.1 超前支护施工

洞口段埋深浅，地质软弱松散，超前支护采用双层支护方式。第一层采用超前大管棚，对开挖段山体进行超前预支护，并进行注浆，更好地加强管棚的支撑强度，增加裂隙间的粘结力；第二层采用超前密排小导管，对开挖面与超前大管棚之间围岩进行超前预支护。

超前管棚和小导管施工完毕后，在隧道开挖上方形成了双层承载拱，高压注浆改善了围岩的结构参数，使得被加固的围岩密实，整体稳定性增大，形成“壳状”加固圈。

3.2 洞身开挖及支护

3.2.1洞身开挖

开挖工法采用三台阶临时仰拱法，在上、中台阶均隔榀设置临时仰拱，并相互错开，保证每榀拱架均有临时仰拱。断面见图1。

施工时，先对上台阶进行人工开挖，减小对围岩的扰动，开挖进尺不得大于1榀拱架间距，预留核心土，然后快速立架、喷射混凝土，尽量缩短围岩的暴露时间。为了减小拱顶下沉，可采用高强度塑料对拱架拱脚进行垫实。上台阶初期支护施工结束后，及时挖除核心土，施作临时仰拱，使其形成临时封闭环，提高拱架承载能力。

上台阶进尺3 m～5 m后，进行中台阶开挖，开挖时左右侧错开2 m～3 m。中台阶与上台阶施工顺序相同，即开挖后及时安装拱架、喷射混凝土、施作临时仰拱。由于该隧道开挖过程中左侧揭示地质为松散砂层，自稳能力差，故现场施作时缩短了开挖高度，将中台阶左侧拱架分为两节施作，从而缩小开挖面积，减小临空面，降低围岩暴露时间。

中台阶进尺3 m～5 m后，进行下台阶开挖，开挖时左右侧错开2 m～3 m，与上、中台阶施工顺序相同。同时在下台阶拱架拱脚处沿隧道纵向设置通长[32槽钢，能够有效防止拱顶下沉及围岩不均匀沉降。

下台阶开挖进尺3榀后，拆除上台阶第一榀临时仰拱，进行仰拱开挖及支护，喷射混凝土施工结束后及时在仰拱内回填土反压。用相同方法逐榀循环作业，确保安全顺利通过浅埋不良地段。

3.2.2支护参数

初期支护采用全环喷射C25混凝土，厚27 cm；布设单层φ8 mm钢筋网片，网眼间距20 cm×20 cm；全环设Ⅰ20a钢架，间距0.6 m/榀；每榀钢架连接部位设置4根φ76 mm(t=5 mm)锁脚锚管，长度6 m，钢管内灌注M30砂浆；相邻两榀拱架之间设置φ22 mm纵向连接筋，环向间距1.0 m。

3.2.3相关要求

1)开挖进尺不得超过1榀拱架间距；

2)仰拱初期支护距离掌子面不得大于两倍洞径，洞口段应及时成环锁扣；

3)临时仰拱不得一次性拆除，与仰拱初期支护至少搭接1榀拱架；

4)仰拱初期支护施工24 m后，及时进行仰拱及仰拱填充施工。

4 监控量测

4.1 监控量测点的布置

洞内监控量测每个断面布置5个点，拱顶一个，上台阶拱脚上1.2 m处左右侧各一个，中台阶拱脚上1.2 m处左右侧各一个，纵向每5 m一个断面。

地表监控量测点与洞内监控量测点布置在同一个断面，横向间距5 m，纵向间距5 m。

4.2 监控量测数据

在进行中、下台阶开挖时，拱顶下沉3 mm～5 mm，周边收敛趋于稳定，仰拱初支开挖时，拱顶下沉约4 mm～7 mm，收敛趋于稳定。截止到二衬施工时，累计下沉约20 mm～40 mm。

5 结语

1)松散砂层自稳能力差，容易整体溜滑，施作防护桩、拉梁及冠梁，形成一个整体防护结构，对仰坡具有整体支挡作用，防止溜滑。

2)仰坡坡面采用拱形骨架护坡及植物防护，可以形成排水系统，防止仰坡遇水失陷产生溜塌。

3)洞内采用超前管棚和超前小导管进行超前支护，很好的控制住了开挖塌方，尤其在砂层施工中，超前小导管对控制超挖起到了至关重要的作用。

4)施作双层临时仰拱，解决了隧道开挖自稳能力差、浅埋段下沉、收敛严重、甚至侵限的问题。

5)缩短台阶长度，仰拱初期支护紧跟下台阶施工，加快闭合时间，及时成环，有效的控制了土体下沉，确保隧道施工安全。

通过对阳城隧道进口溜塌体进行处理及洞口超前加固，在进洞施工过程中，没有出现安全隐患，该处加固及开挖技术措施应用是成功的，对同类地质隧道施工具有参考意义。