黃土地區(qū)大跨徑隧道施工方法及安全步距的探討

胡晶　王永杰　郭鵬

【摘 要】本文以桃花峪隧道工程為背景，結(jié)合國內(nèi)外研究成果及黃土隧道施工的相關(guān)經(jīng)驗，從安全和進度兩方面著手，對黃土地區(qū)大跨徑隧道適宜的施工方法和施工步距進行了全面梳理，特別是針對中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步距提出了具體要求，為工程建設(shè)提供可靠的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】黃土隧道；施工方法；施工步距；中隔壁法；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

隨著經(jīng)濟的快速增長，高等級公路逐步從平原微丘區(qū)向地質(zhì)條件差的山嶺重丘區(qū)發(fā)展，為適應(yīng)地形、地貌、縮短里程不可避免地在不良地質(zhì)段修建高等級公路隧道，如在淺埋黃土條件下修建隧道不僅增加了施工難度，且影響施工安全與質(zhì)量。

黃土隧道因特殊的工程性質(zhì)，研究和總結(jié)其施工方法具有十分重要的意義，而施工步距將對隧道施工進度和安全性起到關(guān)鍵性作用。既要處理好黃土的濕陷性，還要安全、優(yōu)質(zhì)、快速的施工，因此必須采取科學的施工方法，有效的技術(shù)措施，合理的施工步距，才能確保黃土隧道的施工安全和施工進度，控制拱頂沉降及地表下沉值，控制邊墻收斂值等，從而達到防止隧道坍塌等災(zāi)害的發(fā)生。

本文以桃花峪隧道工程為背景，對黃土地區(qū)大跨徑隧道施工步距進行了全面梳理，特別是針對中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工步距提出了具體要求，在確保施工安全的前提下，施工作業(yè)以較快速度推進。

0.工程概況

武西高速公路是北連接河南省干線公路焦作至鄭州高速公路，南連接國道主干線連霍高速公路的新建高速公路，其中穿越邙山黃土丘陵區(qū)，在K36+650～K37+260處設(shè)置桃花峪隧道。桃花峪隧道設(shè)計為小凈距隧道，單洞開挖跨度約為17.3m，開挖斷面達173.8㎡，埋深多在20m左右，最大埋深55m，最小埋深不足1m。隧道下穿桃花峪風景區(qū)及一個村莊。

隧道區(qū)穿越不良地質(zhì)濕陷性黃土，濕陷類型為非自重濕陷性黃土，濕陷等級為I級（輕微）。濕陷性黃土是本工程的重點和難點之一，而選取合理的施工方法及施工步距就是本工程的關(guān)鍵。

1.施工方法

洞身開挖應(yīng)根據(jù)圍巖情況、斷面大小、埋深、地表沉降等，選擇適宜的施工方法。為了最大限度地利用圍巖自承能力，必須采用有利于減少超挖、減少圍巖擾動的開挖方法進行洞身開挖。

由于黃土隧道特殊的工程性質(zhì)，因此黃土隧道施工必須嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”18字方針。施工方法宜采取環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法等開挖方法。

1.1隧道施工方法

由于本隧道施工處于非自重濕陷性黃土中，且隧道下穿桃花峪風景區(qū)及一個村莊，對隧道質(zhì)量和環(huán)境要求高，工期緊，施工難度大。所以本工程施工方法的選擇應(yīng)滿足以下幾點要求：

（1）能夠有效防止工作面坍塌，保證施工安全、可靠。

（2）盡可能使用機械設(shè)備，提高施工效率，滿足工期要求。

（3）工序簡單，便于現(xiàn)場施工。

（4）有效的控制拱頂及地表下沉，控制洞室周邊位移。

1.2施工要點

1.2.1中隔壁法

（1）為確保施工安全，上部導(dǎo)坑開挖循環(huán)進尺控制為1榀鋼架間距（0.5～0.55m），下部開挖可依據(jù)地質(zhì)情況適當加大，仰拱一次開挖長度依據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果、地質(zhì)情況綜合確定，一般不宜大于6m。

（2）中間支護系統(tǒng)的拆除時間應(yīng)考慮其對后續(xù)工序的影響，當圍巖變形達到設(shè)計允許的范圍之內(nèi)，并在嚴格考證拆除的安全性之后，方可拆除。中隔壁混凝土拆除時，要防止對初期支護系統(tǒng)形成大的振動和擾動。

（3）中隔壁的拆除應(yīng)滯后于仰拱，即初期支護先封閉成環(huán)再拆除臨時支撐。

1.2.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

（1）開挖前做好隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作，對軟弱地段提前制定專項施工方案，嚴格按規(guī)范做好監(jiān)控量測工作，隨時掌握圍巖及支護的變形情況，以便及時修正支護參數(shù)，調(diào)整施工工藝銜接。

（2）開挖時在保證排水暢通的同時，重點要對兩側(cè)臨時排水溝鋪砌抹面，防止鋼支撐基底軟化。

（3）側(cè)壁導(dǎo)坑開挖后，應(yīng)及時施工初期支護并盡早封閉成環(huán)；側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑跨度宜為整個隧道跨度的1/3。

2.施工步距選擇

隧道工程實施有很多步驟，包括開挖、支護與襯砌、施工步距、監(jiān)控量測等，而施工步距的選取得當對于黃土隧道施工起到很大的作用，本文將以施工步距為重點給予介紹。

2.1一般規(guī)定

（1）仰拱封閉面距離掌子面（距離仰拱最近的導(dǎo)坑面）不宜大于25m，且超前開挖施做的半幅仰拱初期支護距離另一半初期支護成環(huán)的時間不大于10天。

（2）二襯距離掌子面（距離仰拱最近的導(dǎo)坑面）不宜大于60m。

（3）左右洞掌子面錯開距離要大于2倍隧道開挖寬度，本隧道取45m。

2.2具體規(guī)定

2.2.1中隔壁法

圖1 中隔壁法施工工藝圖

中隔壁法施工工藝圖，如圖1所示。

（1）先行導(dǎo)坑中、下臺階開挖時，初期支護和臨時支護錯開2～3m，避免初期支護與臨時支護同時懸空。

（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ）部之間至少間隔5m以保證施工安全，拉開一定距離后3個臺階可同時進行作業(yè)，Ⅳ部開挖完成后搭設(shè)棧橋施作仰拱。

（3）右側(cè)開挖、支護在左側(cè)先行導(dǎo)坑超前10m后進行，以不影響先行導(dǎo)坑施工。

（4）左右側(cè)填充面步距不宜大于10m。

2.2.2雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

（1）Ⅰ、Ⅱ（Ⅵ、Ⅶ）臺階間步距不小于5m。

（2）Ⅱ、Ⅳ（Ⅶ、Ⅸ）臺階間步距不小于5m。

（3）左右導(dǎo)坑施工時前后拉開距離不小于10m。

（4）導(dǎo)坑與中間土體同時施工時，導(dǎo)坑應(yīng)超前20～30m。

3.結(jié)論

黃土公路隧道中采用合理的施工方法直接影響隧道施工安全、質(zhì)量與進度控制，通過分析總結(jié)得到以下結(jié)論：

圖2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝圖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工藝圖，如圖2所示。

（1）選擇科學合理的施工方法對隧道施工起到?jīng)Q定性作用，特別是在小凈距大斷面黃土等軟弱圍巖中，施工方法的選擇更是重要環(huán)節(jié)。黃土地區(qū)大跨徑隧道選取中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，根據(jù)圍巖情況、埋深、地表沉降進行分段施工，確保施工安全。

（2）施工步距作為施工方法實施中重要的一環(huán)，選取的大小對黃土隧道施工的安全和進度起到非常重要的作用，從桃花峪隧道的實際施工情況來看，本文確定的中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工步距是較為科學合理的，在保證施工安全的前提下，盡可能的加快了施工進度，收到較為理想的社會效益和經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

[1]趙勇，李國良，喻渝等.黃土隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2]JTGF60-2009.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3]JTG/TF60-2009.公路隧道施工技術(shù)細則[S].北京：人民交通出版社，2009.