大断面铁路黄土隧道变形控制浅谈

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[摘 要] 某隧道施工过程中初支砼变形、掉块和地表出现下沉开裂，对其产生的原因进行了分析，及时调整了施工方案，采取了应对措施，加强初支支护强度，减小了隧道初期支护变形，对隧道施工有一定的指导意义。
　　[关键词] 大断面 黄土隧道 变形控制
　　
　　一、工程概况
　　马家庄隧道起讫里程DK111+89 --DK121+255,全长9539m，位于陕西省合阳县马家庄乡境内，是大西客专铁路控制性工程，洞身均为黏质黄土（Q2eol3）层厚50- 1m，土质不均，具湿陷性，自承能力差，设计按Ⅳ级围岩支护，采用三台阶七步法开挖，开挖断面153.82m2。
　　当隧道开挖至DK111+590，发现掌子面土壤含水量极不均匀，左侧拱腰土壤含水率13%，右侧拱腰含水率19.2%，且右侧拱腰部位有掉块情况，已施工的 DK111+515-- DK111+580初支砼沿隧道纵轴方向出现裂缝,裂缝对称分布于两侧拱腰的钢架接头部位，且初支砼表面有湿渍。经量测拱顶下沉38.8cm，收敛10cm，原预留变形量已雅法满足初支净空要求。
　　隧道洞身在DK111+515--DK111+ 20段埋深49m，地表地势低洼，施工时正值雨季，由于该段洞身埋深较大，施工人员未意识到地表水会经地裂缝下渗而导致隧道变形。地表水下渗导致土壤粘聚力减小，稳定性降低，在应力重分布及自重的作用下隧道初支变形增大，进而导致地表出现漏斗形下沉，地表裂缝宽度达10cm，为此必须对地表水及裂缝进行处理，下步施工中应调整施工方案，严格控制地表沉降,确保隧道的施工安全。
　　原施工方案支护措施：
　　1、超前支护：采用¢42小导管，长度3.5m，环向间距30cm，纵向间距2.4m，纵向搭接不小于1m。
　　2、初期支护采用系统锚杆+I20a钢架支撑+钢筋网+ 喷射混凝土联合支撑体系。其中拱部采用长度L=2.5m的Φ22mm的药包锚杆，边墙采用长度L=3.5m的Φ22mm的砂浆锚杆 ，Φ8钢筋网间距20cm*20cm,C25喷射砼厚度为21cm。
　　二、优化施工方案并实施
　　1、地表处理
　　首先沿地表裂缝处开槽，开槽宽度1m，用水泥土分层回填夯实，回填土高出原地面20cm，理顺排水坡度，距隧道中线两测设置50cm高截水墙。在DK111+590--DK111+ 30段地表沿隧道走向间隔5m布设地表沉降观测点。
　　2、加强超前支护强度：
　　采用双层¢42小导管，下层小导管长度L=3.5m，上层小导管长度L=4.0m，环向间距40cm，外插角分别为100、400交错布置，小导管端部与钢拱架焊接成整体。
　　3、加强初期支护体系的支撑强度：
　　拱架间距由80cm调整为 0cm，钢架拱脚增设纵向托梁，用[28槽钢进行支垫,增加钢架底脚的承力面积,并与相邻钢架连成整体。Φ42锁脚锚管长度L=4.0m，向下300打设，与钢架通过“L”形钢筋焊接联接，Φ20“L”形钢筋与锚管焊接长度不小于20cm，锁脚锚管将钢架两底脚牢固锁定,以防止钢架下沉或两底脚收敛。
　　钢拱架Φ22mm纵向连接筋位置由原来的外侧改为内侧，其环向间距1.0m。同时连接筋作为钢拱架内侧砼保护层厚度的标志，C25喷射砼必须全部覆盖连接筋。
　　钢架接头部位是受力薄弱环节，最容易被剪切破坏，除连接螺栓安装齐全外，并进行三面绑焊。
　　4、短开挖，紧封闭：
　　原施工方案每次开挖2榀钢架间距，调整为每次只开挖1榀钢架间距；采用1台挖掘机开挖，1台装载机装渣，4辆自卸汽车出渣，每次开挖时间只需2个小时。开挖过程中超欠挖易控制，几乎雅需人工修整断面。立架和喷射砼时间由原来的8个小时，缩短至3个小时。
　　5、仰拱及时跟进：
　　仰拱每循环开挖3m，初支及时封闭成环，每 m浇筑仰拱砼，仰拱初支距离掌子面控制在30m之内。
　　 、加密监控量测点，增大监测频率：
　　在DK111+590--DK111+ 2 段每间隔5m一个断面布置监控量测点，前1天每天监测2次，1天以后每天观测一次，变形最大处DK111+ 00断面拱顶下沉累计12.5 cm，收敛变形累计9.33cm，地表沉降最大达到24cm。
　　三、结论
　　1、黄土隧道施工前应做好隧道地表调查工作，防止地表水下渗，同时做好地表沉降观测。
　　2、双层超前小导管与钢拱架组合的棚架作用,可以避免隧道开挖是拱部掉块,并能有效抑制地表沉降。
　　3、每次开挖一榀钢架间距，大大缩短了立架和喷射砼时间，从而减少了围岩暴露时间。
　　4、缩小钢架间距，调整钢架与连接筋和锁脚锚管的连接工艺，以及钢架接头的三面绑焊，大大提高了初支支撑体系的整体强度和刚度，减小了钢架下沉和拱脚收敛。
　　 5、钢架拱脚下垫通长槽钢，在中台阶、下台阶及仰拱开挖后，钢架拱脚不会出现悬空现象，减少初支下沉。
　　 、仰拱紧跟，初支及时封闭成环，进一步控制初支变形。
　　参考文献：
　　[1]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].铁道建设.200 （5） -9.
　　[2]关宝树编著.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，200 .
　　[3]李东平.大断面黄土隧道施工技术探讨.《山西建筑》2008.第34卷第5期329-330，共2页.
　　[4]李可宁 .大断面黄土隧道施工控制.《铁道建筑》2011年第8期 53-54页,共2页.
            
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