基于黄土隧道初支开裂控制技术的研究.docx

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基于黄土隧道初支开裂控制技术的研究

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摘要：蒙华铁路阳山隧道地处于陕西北部黄土高原地区，每到雨季就会遇水变形，对初支结构造成严重破坏，对施工及结构安全造成极大隐患。本文描述了开裂变形控制技术对比优化及施工过程，希望对铁路工程黄土隧道开裂变形问题有所帮助。

关键词：隧道初支；变形开裂；限阻器；释能装置

1工程概况

我国黄土主要分布在西北、华北地区，其面积约占全国土地面积的6.5%左右。随着西部大开发战略的快速实施，这些西部偏远地区的道路工程规模也在不断扩大，在施工过程中难免会经常碰到黄土隧道，因此针对黄土隧道施工，必须制定出一套完整的理论及实践经验，以此来应对施工中出现的问题。

阳山隧道地处于陕西延安境内，隧道全长11.67km，此隧道为蒙华铁路全线重点控制性工程。DK390+960～DK389+580长1380m埋深128m～142m,地层为黏质老黄土具膨胀性，硬塑-坚硬，呈大块状压实结构。

DK390+715-DK390+530段按设计Ⅳ土复合式衬砌，其施工方法采取三台阶法，初支采用全环设H150格栅钢架支护，纵向间距为1m，拱脚及墙脚设Φ42×5mm锁脚锚管长4m；全环范围设钢筋网；采用超前小导管进行超前支护；C25喷射砼厚22cm。

2初支开裂情况

2016年5月1日，DK390+630～DK390+650段长20米线路右侧上、中台阶交接处初支局部出现渗水现象，格栅钢架连接板偏上部位喷射砼出现表层脱落掉块迹象。当月11日DK390+715～DK390+530段长185米左、右侧上、中台阶连接板与锁脚锚管之间钢架变形外鼓，喷射砼表面脱落掉块，个别处钢架主筋外露呈“Ω”形状，线右开裂掉块纵向贯通。

3初步原因分析

该段在开挖过程中，测试黄土含水率为15%，含水量稍大，土体在上、中台阶交界处掉块剥落严重，由于进入雨季，地表水经过土体裂隙向土体深处下渗致使土体含水率增大，黄土土体受水影响，结构土发生变化向初期支护侧发生位移，对初期支护结构压力增大，应力在格栅钢架拱脚处受阻释放，产生形变压力，使拱脚格栅钢架发生变形主筋外鼓，钢架表面混凝土出现开裂、脱落掉块。

4补充钻孔结果分析

在隧道上部的黄土梁顶部一共布置了3个钻孔，通过这三个钻孔，对其内部黄土数据进行测量，测量主要包括3个方面：膨胀性、含水率、裂隙发育程度等，钻孔的位置及孔深详见表（1）。

钻孔编号

孔位

孔深

1

DK390+510右15m

160m

2

DK390+600左10m

150m

3

DK390+700右15m

140m

表1孔位及孔深

4.1过程成果分析：

经钻探验证，新老黄土分界与原设计资料相符，隧道洞身范围为黏质老黄土，硬塑～坚硬，土体含水率为19.8～23.6%，围岩分级维持Ⅳ级不变。

经取样检测，结果均表明黏质老黄土具弱膨胀性，与原勘察设计资料相符。

经隧道内取样检测，土体含水率较之前勘测时有所增加，随着时间推移，土体含水量逐渐增大，以至于接近饱和状态。

通过对钻探过程中孔内漏浆、不返浆位置分析判断，隧道开挖后在洞顶以上25～40m范围内形成塑性变形区，区内卸荷裂隙发育。

4.2支护方案比选

根据DK390+715-DK390+530段初期支护拱腰混凝土开裂、掉块、局部格栅钢架主筋变形情况，以及补充钻孔结果分析显示，雨季过后，地表水经过土体裂隙向土体深处下渗致使土体含水率增大，黄土土体受水影响，结构土发生变化向初期支护侧发生位移，对初期支护结构压力增大，应力在格栅钢架拱脚处受阻释放，产生形变压力，使拱脚格栅钢架发生变形主筋外鼓，钢架表面混凝土出现开裂、脱落掉块，Ⅳ土复合式衬砌已不再适用于相邻段支护。

4.3调整围岩级别加强支护

DK390+520至DK389+580方向围岩级别调整为V级，衬砌类型调整为VC土复合式衬砌，三台阶施工，初支采用全环设H230格栅钢架支护，采用超前小导管进行超前支护，Φ42×3.5mm无缝管，支护范围拱部120度，共31根，长度3.5m；搭接长度不小于1m，其事先预留变形量为15cm，初支仰拱距掌子面不得大于15m。

DK390+520-DK390+170段采用VC土复合式衬砌支护，未见初期支护开裂、变形、掉块的产生。但VC土复合式衬砌每循环开挖进尺不大于1m，主筋为Φ25钢筋H230格栅钢架重量大，工人在支护过程中时间过长，总体进度缓慢。

4.4Ⅳ土复合式衬砌拱腰加限阻器

环向限阻器为尺寸高30cm、宽22cm、长100cm。限阻器上下两处钢板板厚均为10mm，竖向立板板厚为8mm，高28cm，宽22cm，间距为15cm。其余支护参数与Ⅳ土复合式衬砌拱腰加环向限阻器三台阶施工相同。在原布设监控量测测线的基础上，