浅谈某隧道明洞段下沉加固处治技术

高志兵

（山西路桥集团吕梁国道项目建设管理有限公司，山西 吕梁 033099）

1 工程概况

1.1 地形地貌

隧道位于黄土丘陵区，地表形态主要为黄土梁，隧道穿越的方向呈近东西向，进出口两侧为黄土冲沟，谷坡陡立。海拔处于1 216～1 335 m之间，相对高差119 m。植被较为稀疏，主要以灌木为主。

1.2 气象

隧道区山势陡峭，沟壑纵横，地形复杂，高差变化较大，使得气候特征各具代表性。区内总体属暖温带大陆性季风气候。

1.3 地质条件

1.3.1 地层岩性

某隧道主要由第四系中更新统离石组（Q2pl）组成。岩性为粉质黏土，局部含钙质结核及角砾，坚硬-硬塑状态，发育垂直节理，块状整体结构，隧道埋深范围内无地下水分布。黄土主要物理指标详见表1。

表1 隧道围岩离石组黄土（Q2pl）土工试验指标

1.3.2 地质构造

隧道位于华北板块之鄂尔多斯断块东部，地壳运动主要呈现为阶段性升降运动，该区域构造运动相对微弱。隧道区域基本被黄土覆盖，未发现明显构造现象。

1.3.3 地震

根据GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》，该地区地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度Ⅵ度，场地稳定性也较好。

1.3.4 水文地质条件

某隧道穿越的黄土梁区，地形起伏大，冲沟较发育，地表降水大部分汇入冲沟流失，只有少量雨水入渗形成的地下水也会在雨后不久被蒸发或侧向排入冲沟，调绘期间隧址区未发现地下水露头，隧道埋深范围内不含地下水。

2 病害概况

某隧道为左右分离式，右洞长363 m，左洞长370 m。设计速度为80 km/h，隧道建筑限界为：净宽10.25 m，限高5 m。汽车荷载等级为公路Ⅰ级。

该隧道于2015年5月建成通车，通车后不久，该隧道右洞出口明洞段整体出现了不均匀下沉，且从洞内到洞门口方向，下沉量逐渐增大，俗称明洞出现了磕头式下沉。隧道管理单位分别于2016年底、2017年9月对下沉段路面铣刨重铺两次。2019年4月开始明洞段又出现下沉，且有加速的趋势（图1和图2），洞门墙裂缝病害有发展趋势，经过对下沉段变形监测发现，明洞段最大下沉45 cm。隧道右洞出口端墙式洞门有3条竖向裂缝，呈“川”字形，右侧裂缝宽度6 cm，长度6.5 m；中间裂缝宽度1 cm，长度3.6 m；左侧裂缝宽度2 cm，长度4.4 m（图2）。

图1 明洞段下沉

图2 洞门墙上部裂缝

3 病害形成机理

该隧道病害出现后，经检测单位检测，明洞段工程质量满足设计要求。经过对隧址区地表进行病害勘察，隧道洞顶存在2～3处大小不同的落水洞；同时对隧道养护人员进行询问，明洞段几次较大的下沉，相应的年份雨水都较充沛。经过仔细的分析，病害原因主要为：

a）地表水下渗，使得明洞段仰拱底部的黄土变得湿软，局部甚至被掏空，地基承载明显不足，导致明洞与顶门出现不均匀沉降，出现裂缝。

b）端墙式洞门体积庞大，经计算，重量约500 t，这样重的承重压在明洞上，地基承载力稍有变弱，势必引起下沉。

c）隧道洞口段存在一定程度偏压，偏载导致隧道明洞和暗洞发生向前的位移，进而形成张裂缝。

4 处治方案

为了保证病害处治期间不影响交通，故不考虑洞门的拆除，在原有基础上进行加固，具体方案及施工顺序如下。

4.1 钢管注浆加固

图3 隧道拱脚三向微型钢管断面布置图

右线出口20 m范围内的明洞、暗洞两侧拱脚处施做三向微型钢管（图3），保障施工期间洞身稳定性。锚管采用直径为89 mm的无缝钢管，外径89 mm，壁厚6 mm，长6 m。钢管倾角分别为：0°、45°、90°。钢管打设后用M30水泥砂浆紧密充填，以增强导管的刚度和强度[1]。

4.2 高压旋喷桩加固

右线出口20 m范围内的隧道仰拱下方地基进行高压旋喷桩加固。加固旋喷桩桩径50 cm，桩距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根长10 m，共计120根1 200 m。

旋喷压力为 20～25 MPa，旋喷速度 20～25 r/min，提升速度 0.25～0.40 m/min，喷嘴直径 2～3.5 mm，浆液流量50～75 L/min。

固化剂采用水灰比为1∶1的净水泥浆，水泥采用强度等级大于等于32.5级的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥，加固体的设计强度不低于2.0 MPa，桩身每米水泥用量不小于200 kg。

4.3 洞外地基加固

右线出口10 m范围内的洞外地基进行高压旋喷桩加固。加固旋喷桩桩径50 cm，桩距130 cm，排距130 cm，梅花型布置，每根长10 m，共计60根600 m。

高压旋喷桩加固洞外参数与洞内相同。

4.4 施做素混凝土桩

在洞门拟修筑挡墙位置处施做素混凝土桩处理挡墙地基。素混凝土桩190根，每根长8.0 m，桩径0.5 m，梅花型布桩，桩距1.35 m，共长1 520 m。桩基施工完成后，在桩顶铺设50 cm砂砾垫层。

4.5 增设洞门背梁

在洞门墙后修筑背梁，增强洞门抗裂性能。背梁高100 cm，宽60 cm，总长22.10 m。

锚固钢筋梅花型布置，须用锚固剂锚固于洞门端墙上，锚固深度为50 cm，施工须将锚固钢筋与洞门墙后背梁主筋焊接在一起。

施工时须密切监测端墙位移，必要时采取临时支护，防止端墙倾覆。

4.6 增设洞口挡土墙

在隧道洞口修筑挡土墙，解决洞口偏压偏载问题，提高洞门与明洞的整体稳定性。挡墙顶部宽2.2 m，高11.5 m，挡墙基础埋深大于等于1.5 m，长度共计55.5 m。挡墙要求地基承载力不小于300 kPa。

5 结论及建议

5.1 结论

该隧道明洞段病害处治完成后，其变形监测结果显示，明洞段下沉逐渐减小，加固效果良好。因此在隧道病害处治设计时，不仅要考虑隧道地基承载力的加固，同时也要考虑隧道洞身的加固。

5.2 建议

a）鉴于黄土的湿陷性，特别是遇水软化，承载力急剧下降，造成其上部建筑物不均匀沉降，建议在以后隧道修筑过程中，黄土地区洞门修筑为削竹式，既经济又安全。

b）建议公路养护部门每年应对黄土地区隧道周边的洞穴进行排查，发现洞穴及时采用灰土回填，同时做好周边排水，防止雨水下沉。

c）建议黄土地区隧道洞外排水沟设计尺寸应取上限。