黄土隧道施工过程中的沉降变形控制

李智

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安710115）

1 工程概况

MHTJ-4 标银山2 号隧道位于陕西省延安市安塞县王家乡，全长1608.3m，进口里程为DK263+741.58，出口里程DK265+439.88，最大埋深96.5m。DK265+100 段下穿206 省道，埋深43m。DK263+741.58～DK263+756 段采用明挖法，DK263+756～DK265+796 段采用双侧壁导坑法，DK265+796～DK264+080 采用三台阶大拱脚临时仰拱法，DK265+080～DK265+021 采用三台阶法，DK265+021～DK265+165 采用CD 法，DK265+165～DK265+439.88 采用三台阶临时仰拱法，共计1053m 约占整个隧道的65%，大大增加了隧道的施工难度。

银山2 号隧道出口DK265+439.88～DK265+269 段围岩，采用三台阶法开挖。格栅钢架为H230，间距为0.6m，初期支护厚度为27cm，喷射混凝土标号C25，二次衬砌采用钢筋混凝土厚度为0.5m 标号为C40。

2 施工过程中的问题

银山2 号隧道出口DK265+439.88～DK265+269 段为黄土围岩，黄土围岩一般岩质软弱、承载能力低，节理裂隙发育、结构破碎，主要表现为岩体破碎松散、黏结力差；强度低、遇水易软化；结构面软弱、易滑塌。

隧道开挖时，初期的开挖变形较大，变形的速度较快，尤其是拱顶下沉速度较快，围岩稳定的时间较长，各个岩层的界面之间含水较小，界面上下土之间的含水量也较小，土质松散，自稳能力差，洞体开挖后，由于山体应力重新分布调整，洞内产生裂缝，进洞初期，沉降大，成环后沉降减小，但成环处与未成环处初支易出现环向裂缝。

3 施工过程中沉降变形控制

为了加强对施工过程中沉降变形控制，明确各施工工序变形控制的要点，可把施工过程中沉降变形控制分为施工前控制、施工过程中控制和施工后控制3 个阶段。

3.1 施工前控制

施工前控制是施工前准备工作及材料的控制。具体应做到以下几点：

1）对银山2 号隧道所需的原材料进行控制，这是控制的基础。首先要求人员配备、组织管理、检测方法以及手段等各个环节加强管理，明确所需材料的质量要求和技术标准，尤其是控制沉降变形的锁脚锚管，超前小导管，以及加工格栅钢架的钢筋，连接钢板等的控制。对于这些关键材料，要有相应的出厂合格证、质量检验报告、复验报告等，凡是没有产品合格证明及检验不合格的材料不得进场，同时加强材料的使用认证，防止错用或使用不合格的材料。

2）做好设计交底和图纸会审。工序施做之前，须识图、审图，搞清每个工序的施做要点，控制要点等，从而有利于在施工过程中控制，做到施工每个环节心里有数，从理论上完成施工过程中的沉降控制。

3.2 施工过程中控制

过程中控制是施工过程中控制每个施工环节，确保每个环节按设计要求施工。具体应做到以下几点：

1）隧道开挖，应严格落实人工配合机械开挖的开挖方式，杜绝采用大型机械设备挖掘机等一次开挖到位。必须预留30cm 整修层采用人工开挖，杜绝和减少超挖，一旦出现超挖，尤其是拱脚处，严禁采用虚渣回填，必须先清理虚渣至原状土上，用喷射混凝土回填至设计位置，再安装钢筋网片、高强度工程塑料垫块及钢架安装。如果回填虚渣钢架拱脚不密实，致使沉降变形过大[1]。再者超挖如若混凝土未及时喷射密实（空洞），岩体下沉，不仅沉降变形会加大，而且存在安全隐患，空洞上方的岩体，应力重新分布，可能突发性地下沉，也可能缓慢下沉，这2 种情况都会发生不可估量的后果，前者可能更为严重，必须采用注浆管，分批，分阶段在空洞处按比例注入水泥浆至饱满。因此，在开挖这道工序上应严格控制，禁止和杜绝超挖，同时必须采用人工配合机械开挖，预留30cm 整修层采用人工开挖，严格落实。

2）支护是控制隧道围岩变形，防止隧道坍塌的主要手段，也是控制拱顶下沉的核心方式。支护可分为超前支护、初期支护和二次衬砌支护。常用的超前支护有：超前小导管、超前密排小导管、超前长导管和准89mm 管棚等[2]。

超前小导管、超前密排小导管以及超前长导管在黄土围岩较差时，使用最普遍，必须按要求角度进行施工，以达到加固围岩的作用；为保证与钢架共同作用减少沉降。杜绝超前导管的角度搭设过大或过小，过大时在开挖后续岩体时，超前导管会将岩体分层切断，致使超挖严重，浪费混凝土不经济，加大格栅钢架的承担的荷载，而且可能喷射混凝土不饱满，形成空洞，存在安全隐患，同时加大隧道的下沉。角度过小，直接影响后续施工，不能在设计位置上安装钢架，钢架只能下移，致使隧道净空减小，影响施工质量。钢架安装时，锁脚锚管的安装对钢架具有悬挑、限位、承托作用，对拱顶下沉具有很明显作用。必须按设计角度施工，并用“L”形筋牢靠的焊接与钢架上才能发挥其锁死钢架，减少沉降。

另外，拱脚处施工应严格控制，必须采用人工清理至设计高程，杜绝超挖回填虚渣，并在拱脚处用高强度工程塑料垫块垫实，使格栅钢架坐落于原状土体上，减少隧道下沉，及时喷射混凝土使格栅钢架与混凝土共同作用，使支护形成“拱桥效应”，提高隧道的自身稳定性，控制隧道下沉。同时，及时封闭成环，形成“自稳平衡圈”控制下沉。并及时施工仰拱，二衬，形成整体稳定。

总言之，在施工过程中控制沉降，控制施工的每个环节，达到最终的沉降控制，具有明显的作用。

3.3 施工后控制

施工后控制即施工过程所形成的结构物进行监控控制（跟踪控制），具体应做到以下几点：（1）及时利用蒸汽养护或雾喷养护的方式进行初支混凝土养护，使其尽快和格栅钢架形成刚性支撑，减少隧道沉降；（2）杜绝和减少岩体及山体的扰动，尽快使山体的应力重新分布，形成自稳体系，减少隧道的下沉；（3）及时施工截水天沟及有利于排水的各种水沟，减少黄土围岩与水接触失稳的可能，减小隧道沉降。

4 结语

虽然黄土隧道的围岩差，沉降变形大，加强对施工过程中沉降变形控制，明确各施工工序变形控制的要点，并在施工过程中严格地控制好每个施工环节，及时掌握隧道沉降变化，及时封闭成环，形成“自稳平衡圈”控制下沉，保证安全，保质保量的施工。