红粘土浅埋隧道施工沉降分析及处治措施杨明举（华杰工程咨询有限公司 北京市 100007）摘 要：在红粘土浅埋隧道施工开挖中，隧道初期支护开裂并产生较大沉降。通过从地质条件、施工等方面综合分析，深入探讨了隧道开裂并沉陷的成因，提出采用路线调坡、地表注浆加固以及初期支护加强等施工处治措施。通过施工监控量测以及对施工进行跟踪，实践表明该处治方案对红粘土区隧道沉陷开裂较为合理，对类似地质区隧道沉陷开裂具有一定的参考价值。关键词：公路隧道；沉陷处治；红粘土Abstract: During the construction of shallow-buried tunnel in red clay, the early linings craze and subside. Based on the analysis of geological condition and construction, the reason of subsidence is discussed. And the treatments which include adjusting vertical alignment, grouting in earths surface and reinforcing the early lining are put forward. The measurement data by monitoring in the construction prove that the treatments are well to deal with such subsidence in shallow-buried tunnel. This can be served as reference for similar treating projects.Keywords: highway tunnel；treatment of subsidence；red clay1 工程概况1葵岗隧道位于广东省梅县南口镇的葵岗山，山脊近南北走向，隧道近东西走向；为左、右线分离的双洞行车双车道隧道，设计行车速度：80km/h，有效净宽10.5m，有效净高5.00m，起讫桩号为左线：LK3+540LK4+240，长700m；右线K3+535K4+235，长为700m；隧道穿越山体最大标高约为265m，进洞口标高为123m，出洞口标高约为143m，最大埋深为130m。该区域属丘陵地貌，植被茂盛。2 工程地质条件及施工图设计跟据地质调查及钻探揭露，葵岗隧道地层由石炭系地层（C）和第四系覆盖层（Q）组成。岩性复杂多变，石炭系地层主要为粉细砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩、石灰岩等；第四系覆盖层中土性主要为堆填土、坡积土、残积土等。其中葵岗隧道河源端洞口段地处山坡坡脚，地势低洼，为灰岩溶洞发育区以及不同岩性交接地段，穿越地层为第四系的坡、残积红粘土区，并夹有全、强风化炭质泥岩，呈松散土状结构。该段地层Vp=1.0-1.5km/s，属浅埋软弱围岩区域。根据隧道地质勘察报告以及其围岩类别划分进行了施工图设计，参考已建浅埋区隧道设计经验以及葵岗隧道河源端洞口处的特点，设计中采用1086mm，长32m的大管棚进行超前支护。初期支护采用工18钢拱架支撑，间距0.75m；挂单层8mm钢筋网；系统锚杆为D25400cm中空注浆锚杆，间距8080cm，其中长管棚范围内不设系统锚杆；初期衬砌为25cm厚的C25喷射混凝土。二次衬砌采用25号钢筋混凝土衬砌，厚60cm。施工方法采用上下短台阶法施工，上台阶设置临时仰拱。具体衬砌设计图见图1。图1 红粘土区浅埋段衬砌设计图3 隧道初期支护沉陷开裂变形及其机理分析31 隧道初期支护沉陷开裂变形过程施工单位在葵岗隧道于2003年11月3日开始进行洞身开挖，左线上台阶进出口总掘进73.6m（其中进口37.2m，出口36.4m）。在12月4日前，左线进口的地表沉降、拱顶下沉以及周边收敛变化平稳。在晚上23：40左右，施工人员发现隧道内初期支护在LK4+216.7、LK4+221.5、LK4+208出现三条裂缝，施工单位采取锚杆注浆和加固处理措施，同时对拱顶下沉进行连续观测，发现拱顶下沉速度加快。至12月5日7：40左右，隧道内发出巨大声响，LK4+208拱顶急剧下沉6 cm，地表横向裂缝宽度加大，裂缝增多，并沿隧道纵向两侧距隧道中1214m产生纵向裂缝。测地表桩水平推移了20cm左右。通过12月5日至12月6日10时连续不间断观测，LK4+208下沉量累计50cm，平均下沉速率1.2cmh左右。采取临时措施为在洞内增设临时钢支撑，洞周围岩增设注浆锚杆加固，同时对地表裂缝进行灌浆密封，变形及下沉率有所减缓。累计最大下沉量为90cm。32隧道初期支护开裂变形原因分析根据现场踏勘，隧道初支沉陷变形可能由以下原因产生：1、从地貌形态、沉陷形态来看，隧道洞口100m左右范围的坡地似为一个规模不大的古滑坡，由于受隧道施工开挖的影响，滑坡体产生蠕动，从而产生隧道初支沉陷开裂。2、沉陷段补充地质勘察报告认为隧道洞口浅埋段为坡残积粘土层，隧道开挖后进一步表明为该区域地质条件极为复杂，既有煤系地层的溶蚀沟槽充填软塑状的红粘土，又有人工弃土层，且上部松散，下部又较为软弱。隧道开挖后由于沉降不均或地基下陷导致初支沉陷开裂。3、从施工的角度出发，该段为管棚注浆超前支护范围，施工中管棚注浆压力不足，未能形成拱顶的环效应，另外施工虽采用上下台阶法施工，但上台阶设置的临时仰拱未能及时跟进或施工质量不高，从而使初期支护形不成封闭环，加之上台阶工字钢落脚处地质条件差，随着围岩应力的释放以及变形的积累，极易产生初支下沉变形。通过地表埋设深部位移计，监测数据表明产生古滑坡复燃的可能性较小。因此隧道初期支护沉陷开裂的主要原因便集中在软弱红粘土等不良地质方面。4 处治方案以及施工措施根据现场观测、补充钻探资料以及隧道沉陷开裂机理分析的结果，初步提出处理该隧道沉陷开裂的措施有两种：一种是调整路线纵坡指标，使开裂下沉段的设计标高下调90cm，并对该段采用环向长锚杆注浆加固，施作新的一次衬砌和二次衬砌；一种是仍然保持原有设计标高，地表注浆加固，洞内进行挑顶，重新设置钢支撑等初期支护。通过仔细讨论和深入研究，本着处理措施应安全、经济、可行的原则，考虑到处理期间依然存在洞顶下沉的情况，确定以调整路线纵坡为主、局部挑顶、地表和洞内注浆加固的综合处治方案。具体如下：(1) 通过调整原LK4+000的变坡点后移至LK3+895、原LK4+500的变坡点后移至LK4460，并将两变坡点间的坡率由原2.284%（坡长500m）调整为2.207%（坡长565m）,可满足调坡要求。(2) 采用地表钢管注浆加固方法，对洞口段岩土体进行加固。注浆加固共分为6个区。区：隧道边墙两侧分别设置5排竖向注浆钢管，排距2.5m，纵向间距4m，呈梅花形布置，形成地下连续墙，用于加固隧道两侧土体，抵抗隧道开挖时岩土体的下滑力，注浆钢管的管底标高低于原隧道仰拱底高程4.5m；区：隧道拱顶已变形范围内设置5排竖向注浆钢管，排距2.5m，纵向间距4m，呈梅花形布置，用于加固隧道顶部土体，保证隧道洞内施工的安全，注浆钢管的管底标高高于隧道拱顶开挖面高程1.8m；区：隧道洞内两侧拱脚基础处各设置2排斜向注浆钢管，排距1.5m，纵向间距2m，呈梅花形布置，倾角15；用于提高拱脚处地基承载力，注浆钢管的长度为8.4m； 区：隧道明洞端墙基础设置竖向注浆钢管，排距1.2m，纵向间距2m，呈梅花形布置；用于提高地基承载力，注浆钢管嵌入基岩的深度应不小于2m；(3) 洞内上台阶周边布设D25中空注浆锚杆（长4m）,径向注浆，间距7575cm，梅花形布置。(4) 注浆结束且稳定后，喷射钢纤维混凝土3cm，施作钢支撑工字钢工（I20），每榀间距75cm，对于侵入建筑限界的区域，逐榀替换已变形的工字钢（I20），并及时施作临时仰拱。随后采用小导管（长6m的42 mm4）对临时仰拱两端注浆加固。再喷22cm钢纤维混凝土。(5) 跳槽开挖下半断面两边墙，施作下半断面一次支护及仰拱初期支护。采用钢支撑工字钢工（I20），喷25cm钢纤维混凝土。台阶边墙及仰拱周边布设D25中空注浆锚杆（长4m）,径向注浆，间距7575cm，梅花形布置。(6) 浇筑仰拱混凝土，分榀分段拆除临时仰拱，同时二衬紧跟。处理方案衬砌结构设计图见图2。图2 隧道沉陷开裂段衬砌设计图5 施工以及监控量测施工中采取先地表注浆加固，后洞内施工的原则。但由于红粘土区地表注浆不易控制，洞顶土体被水软化，同时注浆后洞周荷载压力增加，洞顶再次出现较大的下沉，使得洞内的竖向临时钢支撑大部分弯曲变形。通过现场调研，对地表注浆方案进行了调整，减小了地表注浆范围，经过洞内逐榀替换钢支撑，最终顺利完成了该段的沉陷开裂处治。隧道洞周位移监控量测表明，初期地表注浆时，洞内变形位移值较大，平均值为23mm/d;注浆固结后明显下降，平均值小于1mm/d。6 结语通过本次隧道沉陷开裂处治，得出以下结论：1、隧道作为地下工程，前期地质勘察尤为重要，宜根据实际情况进行动态设计。2、对于隧道拱顶下沉量较大的变形宜在条件许可的情况下进行调坡处理，以减小处治工程造价。3、对于已开挖成形的隧道地表加固应谨慎，宜先进行注浆试验，确定注浆压力以及注浆范围，避免对已有隧道衬砌产生负作用。参考文献：1 关宝树.隧道工程施工要点集。北京：人民交通出版社，20032 交通部.公路隧道设计规范（JTG D70-2004）。北京：人民交通出版社，2004