1、1高原冻土地段偏压公路隧道洞口施工技术摘 要：本文通过共和至玉树公路鄂拉山隧道出口段施工，对冻融交替带的地质情况进行了阐述，介绍了高原冻土地段偏压隧道洞口施工技术，详细介绍了冻土地段偏压隧道处理方法。 关键词：公路隧道；洞口；施工技术 1、引言 随着我国经济的发展，公路建设向高原发展，以前没有公路穿越的冻土地段也有公路隧道开始施工，本文介绍的共和至玉树公路鄂拉山隧道就是我国第一条高原多年冻土地段公路隧道。 在高原修建隧道最早出现在青藏铁路风火山隧道，但公路隧道在高原修建还是第一次，通过我们的施工，给以后公路隧道施工提供经验。 冻土是温度低于 0含有冰的特殊土体，包括冻结土壤、冻结碎石土、冻结岩
2、体，由于冻土的特殊性质，隧道穿越冻土地段工程措施主要保护冻土环境不被破坏。 隧道洞口地段大多处于浅埋地段，围岩破碎，稳定性差，变形大，易崩塌，特别是处于冻土地段，由于隧道施工，破坏了冻土的温度平衡，使冻土融化，围岩更加不稳定，施工难度增大，更加容易崩塌。 2、工程概况 我单位施工的共和至玉树公路 GYI-SGA6 合同段工程，标段起点K303+500，终点 K320+000，线路全长 16.5 公里。位于青海省藏南自治州2兴海县温泉乡，其中鄂拉山隧道属于标段重点和控制性工程，隧道采用分离式，左幅出口段起讫桩号 K303+500K305+655 长度 2135m，右幅出口段起讫桩号 YK303+
3、500YK305+566 长度 2050m，隧道底面平均海拔高达 4320m。 鄂拉山区属于冰缘及构造侵蚀中高山，海拔最高高程 4780m，隧道穿越鄂拉山段海拔介于 43004700m，高差 400m。山顶地段为多年冻土的疙瘩状草沼极发育，地表有大量的积水坑、槽，还有热融湖塘、热融洼地、冻胀丘等冰缘地貌较发育。气候为高原大陆性半干旱，其特点为冬季气候寒冷漫长，多风雪，易成雪灾；夏季气候凉爽短促，雨水较充足；四季不分明，昼夜温差大，空气稀薄，气压低，含氧量少，日照充足，地下水丰富。年平均气温-4.2，极端最高气温 26.6，极端最低气温-48.1。地层岩性主要为凝灰岩、安山岩、变砂岩。岩体受断层
4、构造作用强烈，节理裂隙很发育，挤压破碎带发育，岩体呈碎块及碎粒状，软化及腐变现象严重，岩芯为碎粒状，基岩裂隙水发育，围岩稳定性差。 隧道呈南北走向，在隧道左侧有一条季节性水沟，使隧道距出口300m 范围内出现偏压，在隧道出口 80m 左右有一鼻梁状山体，山脊和隧道中线基本 70夹角，坡度 4070，局部 80，最高差 100m，在80300m 山体坡度 1535，坡度相对较缓。 隧道出口段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物。 3、施工方案及施工方法 冻土地段隧道施工的要点就是保护围岩，尽量保护冻土不解冻，维3持围岩自身的承载力。不同于普通隧道施工，冻土地段隧道
5、采用低温早强钢纤维喷射砼和双层衬砌砼加保温板来保持冻土不受外界温度的影响。我单位施工的是隧道的出口段，采用从出口单口掘进。隧道洞口地段处于?级围岩偏压地段，设计施工方案采用长度 40m108mm 大管棚进洞，三台阶七步法或 CRD 法开挖，初期支护采用低温钢纤维喷射砼和间距 0.5m 22 工字钢，衬砌砼采用两层 C35 砼，第一层厚度 20cm，第二层厚度 30cm，两层之间设土工布、防水板和 5 cm 保温板。 3.1 洞口拉槽 2011 年 7 月中旬设计图纸到位，按照“早进洞，晚出洞”的施工原则，尽量减少对环境的破坏。洞口开始拉槽，按 1：1.5 坡度施工临时边仰坡 ，边仰坡采用锚网喷
6、防护；长度 3.5m22 砂浆锚杆间距 1.2m， 梅花形布置；8 钢筋网间距 20cm，钢筋网焊接锚杆上；C20 喷射砼厚度15cm。在边仰坡顶 10m 范围内施工截水沟，使洞顶雨水不能直接流入洞口。洞顶地表进行夯实，减少雨水下渗。 3.2 管棚施工 2011 年 8 月 1 日开始施工导向墙，导向墙采用 C20 砼，截面尺寸12m，长度为拱顶 140 度范围，导向墙内设 4 榀18a 工字钢，钢架外缘设直径 127mm 壁厚 4mm 长度 2m 导向钢管。导向墙模板采用组合钢模，模板底部采用三道18a 工字钢支撑。导向墙在预留沉降量基础上根据地质情况适当抬高，防止因导向墙和管棚沉降，初期支
7、护侵界。预留沉降量 20cm，抬高 15cm，比开挖外轮廓线高 35cm。 4大管棚是一种超前支护方式，它对前方土体进行了预注浆固结，又可以起到棚架作用。5 月 20 日 开始大管棚施工，大管棚采用外径 108mm壁厚 6mm 长度 30m 热轧无缝钢管，钢管接头采用丝扣连接，钢管上钻16mm 注浆孔，孔间距 15cm，梅花形布置，钢管头预留 1m 止浆段，钢管内设置钢筋笼提高钢管抗弯能力。钢筋笼采用四根 18mm 钢筋和节长5cm 外径 42mm 间距 1.5m 固定环组成。管棚采用 130mm 潜孔钻干钻，成孔后，尽快插入钢管。压浆采用 1：1 水泥浆，可以分次进行，但终压压力必须达到 2
8、MPa。 2011 年 8 月 10 在右幅隧道管棚钻进过程中，围岩裂隙水大量涌出，紧接着 13 日山体发生多处开裂和下沉，并伴有明显的水平位移，山体发生裂缝并有加剧的趋势，局部和整体滑塌的可能性极大。采取对仰坡进一步刷坡，由原来一面坡，减载形成两面坡，在洞顶 8m 设 3m 平台，恢复了管棚施工。 3.3 暗洞开挖 2011 年 9 月 1 日正式进洞，综合这几种施工方法，我们采用 CRD 法进行洞口施工，虽然施工进度慢，但施工相对安全，2 天进度为 3 榀1.2m。 CRD 法施工首先开挖上部导坑左侧，设置临时中隔壁和仰拱；其次开挖中导坑左侧，再次开挖上部导坑右侧，接着开挖中部导坑右侧，最
9、后开挖下部导坑左侧和右侧。各部间距 23m，为了尽快使初期支护封闭成环，施工中，我们在学习 CRD 法工法的基础上，对工序进行来了改进，尽量减小各部的间距，下部导坑左、右侧尽量跳槽开挖，使钢拱架尽早5封闭成环，减少拱顶沉降。 施工前在洞顶、导向墙设观测桩，进洞后每 5m 设监控量测点，每天观测拱顶沉降量、边墙收敛值，根据监控量测数据，及时指导施工。 3.4 初期支护 初期支护由喷射砼、锚杆、钢架组成联合支护体系。喷射砼能及时有效防止开挖岩面的松散、离层和掉落，和围岩共同受力；锚杆可以将周边一定范围内的围岩加固，承担外层围岩传来的荷载；钢架刚度大，可以尽快承受围岩压力，是喷射砼的支撑，和锚杆、喷
10、射砼共同发挥作用。 低温早强钢纤维砼是一种掺加低温早强剂、钢纤维的喷射砼，可以阻止洞内空气和围岩之间热交换，防止围岩风化及融化，及时维护围岩的自稳能力。 喷射砼采用 C25 低温早强钢纤维砼，厚度 35cm，施工采用湿喷工艺。系统锚杆采用 25 中空注浆锚杆。钢架采用20a 工字钢，钢架之间采用螺栓连接，每个施工台阶钢架脚打入二根 42 锁脚锚管。 3.5 二次衬砌施工 二次衬砌采用双层结构，第一层靠近初期支护喷射砼，采用 C30 低温早强砼，厚度 20cm；第二层衬砌采用 C45 钢筋砼，厚度 50cm；在第一层和第二层衬砌砼间设防水和保温层。 衬砌施工模板采用加工的衬砌台车，砼在拌合站集中
11、拌合，罐车运输，输送泵入模。 3.6 防水和保温层施工 6防水和保温层采用 400g/m2 无纺土工布防水板5cm 聚氨酯隔热板400g/m2 无纺土工布。 第一层土工布采用射钉法施工，防水板采用粘结法施工，隔热板土工布采用 12mm 的光园钢筋骨架固定施工。 4、卸载反压及注浆加固 从施工开始到 2012 年 3 月施工进度仅 60m 左右，而且一直处于处理变形和沉降中，在 2012 年 4 月 10 日发现顺隧道方向沿山体出现 5 条裂缝，裂缝最大宽度 20cm，隧道内多处出现收敛明显，鼓状突出，鼻梁状山体有滑移动向，施工停止。 经过几方协商，提出集中处理方案，一是山体卸载加抗滑桩；二是山
12、体卸载反压加洞顶注浆；三是改线。 山体卸载加抗滑桩施工安全，但施工周期长，需半年时间，影响总工期。改线施工快，但鄂拉山出口地段地质较破碎，冲沟发育，坡面起伏较大，主要为坡残积、坡洪积、冰水堆积物，难以选择合适位置。综合各种因素，最后选择卸载反压加注浆，此方法施工安全，施工工期需3 个月。 卸载前对洞内已施工的 60m 左右洞身未衬砌的 30m，进行加固，防止变形增大，出现险情。 在 K305+400+620 段隧道左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长 30120m 长的坡率为 1:10 的缓坡平台，平台靠山侧按 1:1.5 进行放坡，每级坡高 10m，各级边坡间设置 2m
13、 宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约 55m。在 K305+400+620 段隧道7左线右侧山体上进行刷方减载，刷方后形成自左线中心线至山侧长30120m 长的坡率为 1:10 的缓坡平台，平台靠山侧按 1:1.5 进行放坡，每级坡高 10m，各级边坡间设置 2m 宽的平台，自缓坡平台起最高形成六级边坡，高约 54.4m。 将以上弃方堆填于 K305+380+620 段隧道左线上方自然沟及左侧坡体上，自隧道左线中心线左侧 15m 处填方平台宽 110m，平台左侧放1:2.5 的坡至原地面。填方应自沟口逐步向上填筑。K305+340+380 段将隧道顶部自然沟填平。自 K305+600
14、 沿隧道方向按 1:1.5 放坡至沟口挡土墙顶。当沿路线走向或原自然沟方向地面横坡陡于 1:5 时，原地面必须开挖成台阶形，台阶宽度不小于 2.0m，台阶顶面成 4%的内倾斜坡，填筑时由最底台阶填起，并分层夯实，填方压实度不小于 90%。 自 K305+330 将原自然沟改至左侧山梁外引出，沟底宽 4m，高2.5m，沟身厚 60cm，采用 C30 混凝土现场浇筑，改沟顶面应保证低于原地面不小于 30cm 以便地表水顺利汇入。改沟总长 280m。 地表注浆加固的区段为：K305+470K305+540,长，共 70m。注浆范围在隧道拱顶以上 6 米往下和仰拱下 2 米以上，共 19 米的压浆范围
15、。注浆顺序为：由出口向进口方向按顺序进行，注浆时先外围后内部，并采取同排隔孔错开的注浆方式。孔位按梅花形布置，孔距 1.5m，采用双液注浆，既 1:1 的水泥浆掺 5%的水玻璃，注浆压力 0.51MPa，钻孔平均深度 35m。 钻孔采用钻神 SLZ-90 潜孔钻，注浆机采用 3SN-A 双液注浆机，到 7月 15 日卸载反压及注浆加固全部完成，进入正洞施工，现在已施工 200m8左右，衬砌 150m，施工已正常进行。 6、施工总结 通过鄂拉山隧道洞口施工，我们总结下面几点应注意的事项 6.1 隧道洞口地段施工，应多观察，勤量测，对洞内变形应全方位分析，在考虑洞内初期支护情况下，注意洞顶山体的变化。 6.2 隧道洞口选线时，应尽量避开偏压地段，如不能避免，应在设计阶段考虑预防措施。 6.3 高原多年冻土地段隧道洞口，不同于多年冻土地段，处于冻融交替地段，地质情况更加复杂，为围岩更加不稳定。 6.4 高原多年冻土地段隧道洞身施工各项工序应紧密衔接，及时封闭围岩，二衬应紧跟。
