黃土隧道施工技術(shù)

徐大成

(中鐵十二局第二工程公司，山西太原 030032)

1 工程概況

大準(zhǔn)—朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線朔州隧道，位于山西省西北部，行政區(qū)隸屬朔州市，起訖里程DK128+662～DK139+955，全長(zhǎng)11 293 m，除出口段位于1 200 m半徑的曲線上，曲線進(jìn)入隧道352.66 m，其余均位于直線段上。洞內(nèi)縱坡為3.0‰/5 488 m，－7.0‰/5 800 m，3.0‰/5 m，基本呈對(duì)稱的人字坡。共設(shè)5個(gè)斜井輔助施工。隧道進(jìn)口及洞身地表的黃土梁及山坡上，淺黃～灰黃色，土質(zhì)均勻，大空隙發(fā)育，是垂直節(jié)理，發(fā)育蟲孔及植物根孔，易產(chǎn)生陷穴，含少量零星分布的小型鈣質(zhì)結(jié)核礫分布砂質(zhì)黃土，具濕陷性，濕陷性等級(jí)為Ⅰ級(jí)(輕微)非自重濕陷性場(chǎng)地。進(jìn)口段屬于典型的濕陷性黃土隧道。隧道工程采用新奧法設(shè)計(jì)與施工。

2 施工方案

結(jié)合本隧道工程特點(diǎn)及開挖后揭示的地質(zhì)情況，土質(zhì)屬砂質(zhì)黃土、粘質(zhì)黃土，結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力極差，開挖后極易坍塌。故本隧道施工遵循“短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，緊封閉”的原則，采用環(huán)形法開挖預(yù)留核心土法，減少掌子面巖體的臨空面，核心土便于支撐，能保證圍巖穩(wěn)定，避免塌方，施工安全。

2.1 小導(dǎo)管超前支護(hù)

施工中采用φ42雙層超前小導(dǎo)管。小導(dǎo)管環(huán)向間距25 cm，必要時(shí)采用零間距、密排打設(shè)，長(zhǎng)4.5 m。用風(fēng)槍將鋼管沿孔眼頂入前方土體中，鋼管外傾角約10°～15°。施工中確保孔位順直。頂管至設(shè)計(jì)深度后用水泥漿將鋼管與孔壁間的縫隙封堵，安裝鋼架后與鋼架焊接牢固。

2.2 施工工序

為了避免隧道開挖的過程中巖體垮塌掉落現(xiàn)象，各部位開挖間距在不相互干擾影響的情況下應(yīng)盡量縮短。上部環(huán)形開挖進(jìn)尺必須控制在1.2 m(兩榀鋼拱架)以內(nèi)，具體施工工序如下(見圖1):1)在上一循環(huán)的超前支護(hù)下，人工配合機(jī)械開挖①部—施作①部周邊的初期支護(hù):初噴混凝土，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立鋼架，并打設(shè)鎖腳錨管，鉆設(shè)徑向錨桿，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并根據(jù)實(shí)際開挖情況，施作臨時(shí)豎撐。2)在滯后①部一段距離后，開挖②部，掌子面噴射8 cm厚混凝土封閉。3)在滯后②部一段距離后，開挖③-1部—施作③-1部邊墻初期支護(hù)，即初噴混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立鋼架并打設(shè)鎖腳錨管，鉆設(shè)徑向錨桿，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。4)在滯后③-1部一段距離后，同③-1部施工工序，開挖及支護(hù)③-2部。5)開挖④部—掌子面噴射8 cm厚混凝土封閉。6)開挖⑤部—施作隧底噴射混凝土，必要時(shí)在墻腳處設(shè)置臨時(shí)橫撐(圖1中未示)。7)在⑤部施工完且清除虛渣后，立即灌注Ⅵ部仰拱及邊墻基礎(chǔ)。8)待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充Ⅶ部至設(shè)計(jì)高度。9)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，確定二次模筑襯砌施作時(shí)機(jī)，鋪設(shè)環(huán)+縱向透水盲溝、防水板+土工布—利用襯砌模筑臺(tái)車一次性灌注Ⅷ部(拱墻)襯砌。

2.3 支護(hù)參數(shù)及施工措施的選擇

初期支護(hù)作為新奧法隧道施工支護(hù)體系的主要組成部分，是確保施工安全的重要手段。所以在實(shí)際施工過程中，選擇支護(hù)參數(shù)時(shí)依據(jù)“寧強(qiáng)勿弱”的原則，具體參數(shù)及施工方法如下:

1)鋼架采用Ⅰ20a工字鋼鋼架，間距40 cm。鋼拱架安裝時(shí)應(yīng)緊貼開挖輪廓表面，連接板必須密貼，不得有夾角，用螺栓將之連成整體，并將小導(dǎo)管及系統(tǒng)錨桿尾端與之焊接，最大限度地發(fā)揮小導(dǎo)管及系統(tǒng)錨桿的作用，使小導(dǎo)管、錨桿、鋼架形成整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。鋼拱架底用15 mm鋼板(寬30 cm)沿隧道軸線方向鋪墊，以減少不均勻沉降。設(shè)雙層 φ22鋼筋連接筋，單層環(huán)向間距100 cm，與鋼架焊接牢固。2)設(shè)雙層 φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm。3)鋼架按設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)打設(shè)鎖腳錨管，每榀鋼架打設(shè)24根，每根長(zhǎng)4.0 m，下傾角度不小于45°，確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，下臺(tái)階安全，防止塌方。4)鋼架每個(gè)拱腳處增設(shè)鎖腳錨管定位鋼板，鋼板尺寸45 cm×25 cm×1.5 cm，增強(qiáng)鎖腳錨管的整體錨固作用。5)邊墻設(shè)φ22砂漿錨桿，間距1.2 m(環(huán)向)×1.0 m(縱向)。6)Ⅰ16臨時(shí)豎撐連接處或與鋼架連接處均設(shè)鋼墊板。7)若鋼架發(fā)生明顯內(nèi)移，必要時(shí)架設(shè)臨時(shí)橫撐，以確保施工安全。

通過對(duì)開挖掌子面的地質(zhì)觀察，以及對(duì)已經(jīng)施工的隧道初期支護(hù)的穩(wěn)定性能判別，所選擇的支護(hù)參數(shù)及施工措施較為合理，能確保隧道施工安全和結(jié)構(gòu)安全。

3 結(jié)語(yǔ)

黃土隧道采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法有以下優(yōu)點(diǎn):

1)施工安全性好。該方法有利于開挖工作面的穩(wěn)定，便于拱部支護(hù)，及時(shí)抑制圍巖變形，施工速度快、安全性較好。

2)施工進(jìn)度快。施工斷面大，滿足機(jī)械作業(yè)空間要求，充分利用機(jī)械作業(yè)，提高施工效率，使施工進(jìn)度加快。

3)施工難度小。以一定的作業(yè)時(shí)間差組織流水作業(yè)，工序轉(zhuǎn)換容易，各部位開挖及初支較容易控制，降低了施工難度。

［1］胡再?gòu)?qiáng)，沈珠江，謝定義.非飽和黃土的結(jié)構(gòu)性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000(6):89-92.

［2］趙占廠，謝永利，楊曉華.黃土公路隧道襯砌受力特性測(cè)試研究［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004(1):59-60.

［3］陳小勇，陳緒文，李向平.淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工技術(shù)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009(3):151-152.