淺談黃土層中等斷面隧道施工技術(shù)

摘 要：項(xiàng)目施工管理需要重點(diǎn)控制的要素有質(zhì)量、安全、進(jìn)度和成本，而施工技術(shù)又是實(shí)現(xiàn)控制這些要素的前提條件和重要保障。為了尋求黃土層隧道最優(yōu)的施工方案，文章結(jié)合山西肖家洼煤礦長距離輸煤隧道工程的施工經(jīng)驗(yàn)，淺談在黃土層這種特殊地質(zhì)條件下中等斷面隧道施工過程中應(yīng)用到的幾種施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：黃土層中等斷面隧道；掘進(jìn)；集水坑；棧橋；坍塌

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）30-0163-02

本隧道圍巖為黃土狀粉質(zhì)粘土，斷面為半圓拱形斷面，支護(hù)采用鋼支架+超前排管+掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，鋪設(shè)毛石砂漿+鋼筋砼硬化底板。施工中應(yīng)用到的典型技術(shù)有掘進(jìn)方法、滲水處理、利用棧橋平行作業(yè)、隧道穿越公路與河道、坍塌處理等。

1 施工技巧

由于黃土層的特殊地質(zhì)條件，隧道掘進(jìn)無需爆破作業(yè)，而采用YC750型挖掘機(jī)挖掘（帶振動(dòng)炮錘），風(fēng)鎬修整輪廓，視土層性質(zhì)及穩(wěn)定情況，采用全斷面一次挖掘或短臺(tái)階法預(yù)留核心土法施工，嚴(yán)格執(zhí)行 “先探測、管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則。排矸利用ZL-50型裝載機(jī)、無軌膠輪車運(yùn)至附近矸石山?；炷林ёo(hù)滯后工作面采用導(dǎo)軌式整體移動(dòng)金屬模板襯砌臺(tái)車進(jìn)行襯砌平行作業(yè)。

1.1 先探測

遇到巖層變化惡劣或滲水較大等特殊地段，掘進(jìn)前必須先進(jìn)行探測，探明是否存在不利的地質(zhì)因素，及時(shí)采取預(yù)防措施，為隧道掘進(jìn)提供安全保證。探測可結(jié)合超前排管施工進(jìn)行，以節(jié)約成本，施工時(shí)可以根據(jù)探測需要在掘進(jìn)面布設(shè)三到五個(gè)探測孔，利用排管進(jìn)行超前探孔，做好探測記錄，進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)分析，判斷是否存在不良地質(zhì)情況。

1.2 管超前

超前管棚、超前小導(dǎo)管對于隧道施工安全尤為重要，在黃土隧道施工中更加突顯其重要意義。巷道采用Φ42×3 000 mm排管作超前支護(hù)，掘進(jìn)前在巷道拱輪廓線外均勻布置間距300 mm的鉆孔，用風(fēng)鉆將排管注入眼內(nèi)。排管搭接長度≥1 m，排管與巷道的傾角為3 ？觷～5 ？觷，遇到滲水較大易坍塌特殊地段可雙層排管超前支護(hù)。

1.3 短進(jìn)尺

隧道掘進(jìn)綜合考慮施工安全、質(zhì)量、可操作性，根據(jù)實(shí)際施工情況和地質(zhì)條件，制定了全斷面一次挖掘或短臺(tái)階法預(yù)留核心土掘進(jìn)開挖法施工。嚴(yán)格控制掘進(jìn)尺寸，每循環(huán)進(jìn)尺為1.2～2 m。

1.4 強(qiáng)支護(hù)

拱架制作嚴(yán)禁使用扭、彎等變形失去應(yīng)有剛度的工字鋼，支護(hù)材料必須符合質(zhì)量要求，嚴(yán)格控制拱架間距，保證支護(hù)參數(shù)。架設(shè)支架前先檢查巷道是否符合架棚的尺寸，有小的地方要先處理到符合尺寸，再將所需要的腿、梁、鋼筋、螺栓、工具及其它材料準(zhǔn)備齊全，然后架設(shè)鋼支架。

保證連接筋的連續(xù)性、搭接長度、焊接質(zhì)量，連接筋與鋼拱架、鋼筋網(wǎng)經(jīng)緯交錯(cuò)，縱橫交織，使初期支護(hù)形成整體，發(fā)揮其最佳的支護(hù)效果，有效地的克服偏壓、沉降給隧道安全帶來的隱患，保證工程質(zhì)量，確保施工安全。

人工拌料時(shí)采用潮拌料，水泥、沙和石子應(yīng)清底并翻拌三遍以上使其混合均勻。噴射時(shí)，噴漿機(jī)的供風(fēng)壓力在0.4 MPa，水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1 MPa左右，加水量憑射手的經(jīng)驗(yàn)加以控制，最合適的水灰比在0.4～0.5之間。噴射過程中應(yīng)根據(jù)出料量的變化，及時(shí)調(diào)整給水量，保證水灰比準(zhǔn)確，要使噴射的濕混凝土無干斑，無流淌，粘著力強(qiáng)，回彈料少，一次噴射混凝土厚度50～70 mm，并要及時(shí)復(fù)噴，復(fù)噴間隔時(shí)間不得超過2 h，否則應(yīng)用高壓水重新沖洗受噴面。

當(dāng)掘進(jìn)完成后，開始清理底板，從迎頭由里往外鋪設(shè)300 mm厚毛石砂漿墊層，墊層上再鋪一層厚度為200 mm的C20鋼筋砼，鋼筋為Φ20 mm，布設(shè)間排距為250 mm，每根鋼筋搭接長度35 d，鋼筋搭接處在中心用18#鐵絲雙股捆扎牢固，鋼筋接頭交錯(cuò)布置。底板鋼筋砼澆筑及時(shí)跟進(jìn)掘進(jìn)，確保隧道支護(hù)強(qiáng)度。

1.5 快封閉

隧道掘進(jìn)到規(guī)定尺寸后，立即進(jìn)行立拱架、掛網(wǎng)、噴砼，鋪設(shè)毛石砂漿墊層，澆筑底板鋼筋砼，及時(shí)形成封閉成環(huán)，確保隧道安全。

1.6 勤量測

對巖層變化惡劣或滲水較大坍塌等特殊地段，要加密監(jiān)控量測點(diǎn)；增加測量頻率，每天3次，及時(shí)準(zhǔn)確掌握拱架的沉降情況；縮短斷面檢查的距離，掌握好拱架的變形情況；加強(qiáng)地表觀測，發(fā)現(xiàn)變化及時(shí)處理；根據(jù)測量結(jié)果，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，并制定預(yù)案，確保安全。

本隧道成巷施工工藝簡單，無爆破作業(yè)，加快了施工進(jìn)度，排除了爆破作業(yè)中的安全隱患。投入機(jī)械設(shè)備簡單，挖掘機(jī)、風(fēng)鎬、裝載機(jī)、無軌膠輪車、導(dǎo)軌式整體移動(dòng)金屬模板襯砌臺(tái)車、混凝土運(yùn)輸罐車、輸送泵車等，使成本耗費(fèi)降到最低。

2 積水問題的解決

由于隧道在施工過程中出現(xiàn)不同程度的滲水，局部地區(qū)滲水量大，巷道內(nèi)積水為患，積水滲入土層形成大量稀泥，對施工造成不利影響。而巷道內(nèi)底板水溝排水系統(tǒng)尚未形成，巷道積水不能及時(shí)排出，車輛無法行走，達(dá)不到文明施工要求。為解決以上問題，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，決定施作臨時(shí)排水系統(tǒng)。引導(dǎo)洞內(nèi)各部位滲水引流集中向某一地點(diǎn)，于該地點(diǎn)設(shè)置集水坑（1.5 m×0.8 m×1.2 m）臨時(shí)儲(chǔ)存積水，用抽水泵進(jìn)行抽排至巷道外，保持巷道內(nèi)潔凈，消除滲水造成的安全隱患，集水坑位置和數(shù)量根據(jù)巷道內(nèi)滲水情況合理設(shè)置。

使用臨時(shí)集水坑方法，巷道內(nèi)積水能及時(shí)抽排，既消除了積水對施工造成的不利影響和存在的安全隱患，又能滿足文明施工的要求。

3 棧橋的使用

由于隧道為中等斷面凈寬5.6 m，施工鋼筋砼地坪時(shí)，如使用公路隧道路面施工技術(shù)單向澆筑鋼筋砼，則另一面寬為2.8 m，運(yùn)矸車輛無法通過，迎頭不能出矸，工字鋼、鋼筋網(wǎng)片等支護(hù)材料不能運(yùn)至迎頭，耽誤工期。

為解決這一難題提高施工效率，決定使用搭設(shè)棧橋，在澆筑鋼筋砼路面的部位，車輛從棧橋上駛過該路段。棧橋加工為梯形狀，上邊長9 m，下邊長12 m，斜邊長1.513 m，邊長夾角為8 ？觷，斜邊焊接鋼板厚度為10 mm，縱橫梁選用20#工字鋼，縱橫向間距按350 mm×450 mm作支撐架，上面選用L=1.0 mΦ20 mm螺紋鋼按50 mm間距焊接鋪設(shè)。橋面凈寬為1 m，作為施工人員及運(yùn)輸車輛的主要通道。棧橋鋪設(shè)使用兩臺(tái)鏟車配合吊運(yùn)人工安裝，由外向里逐段架設(shè)棧橋，棧橋兩端頭施工：在橋兩端頭下面各墊一根規(guī)格尺寸為（1.05 m×0.4 m×0.35 m）方木支撐，棧橋中間使用2 T液壓千斤頂支撐，棧橋橋頭使用片石、石粉及石子充填密實(shí)并采用5%的縱坡與便道順接。確保施工車輛正常運(yùn)行及交通運(yùn)輸安全。

棧橋的使用，使施工可以采取流水方式作業(yè)，既不影響迎頭正常作業(yè)及車輛的運(yùn)行，又不影響巷道底板鋼筋混凝土澆筑，最大限度的節(jié)省了工期，降低了生產(chǎn)成本。

4 處理技術(shù)

隧道穿越公路、河道長度為74.7 m，隧道頂距上方公路面約12.1 m，距河道約5 m，大部分為回填土，巷道進(jìn)口掘進(jìn)6～8 m處遇到河床及夾砂層，滲水量較大。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的勘探資料表明，本層土無膨脹性，不規(guī)則地夾有層狀鈣質(zhì)結(jié)核，厚度在0.1～3.0 m之間，土石工程分級(jí)為III級(jí)硬土，隧道圍巖級(jí)別分類為IV級(jí)。若按原設(shè)計(jì)施工，隧道可能出現(xiàn)較大安全事故，存在嚴(yán)重安全隱患，為了保證隧道穿越公路、河道施工安全，確保工程質(zhì)量，決定采用Φ108 mm管棚注漿超前支護(hù)，再按原設(shè)計(jì)進(jìn)行支護(hù)，原設(shè)計(jì)砌碹砼增加防水措施，并對河床進(jìn)行加固處理。

4.1 河床處理技術(shù)

在巷道掘進(jìn)之前，提前做好河床的處理，具體處理方法為：先實(shí)際測量河道的標(biāo)高與巷道頂部的最淺距離約5 m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定封堵河道的寬度為24.5 m（河道內(nèi)側(cè)水流寬度約3.5 m，外側(cè)為干河床），兩側(cè)砌筑3 m高擋墻，擋墻采用C20片石砼澆筑，其長度與河道寬度相等。在擋墻中間用2臺(tái)（1臺(tái)備用）抽水泵進(jìn)行24 h抽排水，確保擋墻封閉范圍內(nèi)無積水。根據(jù)河道水流量在河道內(nèi)側(cè)用3根Φ800 mm雙壁波紋管引排水，且在擋墻頂部以下800 mm處再增設(shè)3根Φ800雙壁波紋管，作為應(yīng)急排洪管道。清除擋墻內(nèi)淤泥，用C20砼硬化，保證雨水不侵入巷道。河道下方巷道內(nèi)砌碹砼澆筑完成后，拆除擋墻，恢復(fù)河道正常流水。

4.2 穿越公路、河道施工技術(shù)

先采用Φ108 mm的熱軋無縫地質(zhì)鋼管進(jìn)行超前支護(hù)，管壁厚度為8.0 mm，沿拱頂環(huán)向布設(shè)間距為300 mm，最長15 m，最短9 m，搭接長度為3 m。安裝好大管棚后開始對孔內(nèi)注雙液漿。然后按原設(shè)計(jì)架設(shè)I18工字鋼，間距由600 mm調(diào)整為500 mm，連接筋用Φ16 mm圓鋼，共計(jì)8根，雙層鋼筋網(wǎng)片全斷面布設(shè)，噴射C25砼，厚度為230 mm。襯砌采用C30鋼筋防水混凝土，襯砌鋼筋為Φ20 mm螺紋鋼筋，環(huán)縱向間距為250 mm，襯砌厚度為300 mm。底板鋪設(shè)毛石砂漿墊層+鋼筋混凝土，由于底板滲水，增加500 mm厚毛石砂漿墊層。

4.3 砌碹砼防水處理技術(shù)

在隧道初期支護(hù)和二次襯砌之間鋪設(shè)1.2 mm厚EVA防水板+300 g/m2無紡?fù)凉げ迹捎脽o釘工藝鋪設(shè)；二次襯砌采用分區(qū)防水，即一模二次襯砌分為一個(gè)防水分區(qū)，施工縫和沉降縫處用背貼式止水帶。遇到明顯滲水處加設(shè)SH-50半圓彈簧透水軟管環(huán)向布設(shè)，次管設(shè)置在防水層內(nèi)側(cè)10 m一根，滲水明顯時(shí)，增加2根，右側(cè)（無水溝）滲水由底部出水孔排出，砼底板設(shè)置橫向3‰的橫坡，經(jīng)橫向水溝排向主水溝，左側(cè)滲水直接排入主水溝。

采用此施工技術(shù)使穿越公路、河道段得以安全通過，且保證了施工質(zhì)量，成為公路隧道施工工藝在黃土層煤礦隧道運(yùn)用上的一個(gè)成功案例，也使得本項(xiàng)目在后來的變更結(jié)算中得到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 施工技術(shù)

由于隧道穿越砂礫石層，且受到連日瀑雨影響，迎頭突水前后發(fā)生四次大面積坍塌，后經(jīng)確定坍塌處上部為沖溝過水層，該段沖溝與隧道頂標(biāo)高相差40 m，坍塌最大面積為高×寬×長=12 m×6.9 m×5 m。為防止進(jìn)一步坍塌及確保施工安全和質(zhì)量，采取對整個(gè)坍塌段進(jìn)行灌注C30砼后進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)方式施工，且對坍塌后方3 m已支護(hù)段由于受坍塌應(yīng)力的影響作加強(qiáng)支護(hù)處理，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控測量。

5.1 加強(qiáng)段施工技術(shù)

對由于受坍塌應(yīng)力作用影響段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，首先進(jìn)行打孔回填固結(jié)注漿，注漿固結(jié)后再次架立工字鋼架網(wǎng)噴強(qiáng)支護(hù)。

對3 m變形段施作Φ42 mm小導(dǎo)管作為注漿孔，布孔間距為1.2×1.2 m，呈梅花型布設(shè)，孔深0.6 m，外露0.2 m作注漿使用，注雙液漿時(shí)隔孔進(jìn)行。注漿參數(shù)：水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0.5；水泥漿水灰比1∶1；水泥為425#普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度35波美度，水玻璃模數(shù)2.4～2.8；用篩子控制粒徑，砂的粒徑為1.0 mm。

具體操作：Φ42 mm排管打好后即對孔內(nèi)進(jìn)行注漿，采用BW-250/50液壓注漿機(jī)將雙液漿注入Φ42 mm排管內(nèi)，初壓0.2～0.5 MPa，終壓1 MPa，持壓10 min后停止注漿。若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保周圍土體孔隙漿液充填密實(shí)，方可終止注漿。由于該段受坍塌應(yīng)力作用變形較大，原架設(shè)的工字鋼不能滿足安全要求，因此沿支護(hù)斷面再次架立I18工字鋼架，間距為500 mm，且采用I18工字鋼橫向連接，環(huán)向間距1.5 m，同時(shí)鋪設(shè)雙層∮6.0@100×100 cm的鋼筋網(wǎng)片，噴射C20砼，厚200 mm。工字鋼架底腳縱向設(shè)底梁，同時(shí)每榀工字鋼架橫向設(shè)支撐梁，均采用I18工字鋼，采用焊接方式，使支護(hù)閉合成環(huán)，形成強(qiáng)支護(hù)。鋼支架兩側(cè)增加4組

（Φ42 mm×3.5 m）鎖腳排管，共計(jì)8根。將原設(shè)計(jì)的300 mm毛石砂漿墊層調(diào)整為500 mm，并緊跟工作面。

5.2 坍塌段施工技術(shù)

對坍塌段頂部第一榀工字鋼處開兩孔，查看坍塌段空腔部分，利于灌注砼及Φ76 mm鋼管施工。用架設(shè)的第一榀工字鋼架作為導(dǎo)向工字鋼架，沿180 ？觷布設(shè)Φ76 mm×15 m超前鋼管，環(huán)向間距為300 mm，同時(shí)對迎頭坍塌體打Φ42 mm×3.5 m注漿管，間距為1.2 m×1.2 m呈梅花型布設(shè)。將原設(shè)計(jì)Φ42 mm×3.0 m超前排管環(huán)向間距300 mm調(diào)整為200 mm。對Φ76 mm鋼管及原設(shè)計(jì)Φ42 mm超前排管注雙液漿，坍塌體Φ42 mm排管注水泥漿，注漿時(shí)隔孔進(jìn)行，注漿方法同上。沿坍塌邊線處第一榀拱架頂部開孔，拱頂預(yù)留輸送管道，采用泵送砼入模，整體砼厚度為2 m，采用分層澆筑，第一次依據(jù)現(xiàn)場情況澆筑厚度約500～800 mm，待砼初凝后，再依次進(jìn)行達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。預(yù)留核心土機(jī)械輔助人工的方式進(jìn)行開挖，開挖循環(huán)進(jìn)尺≤0.6 m，由于迎頭固結(jié)灌漿長度為3.5 m，為確保施工安全，注漿循環(huán)進(jìn)尺1.5 m，保證前方注漿巖柱≥2.0 m。工字鋼支護(hù)方式同加強(qiáng)段，設(shè)縱向底梁和橫向支撐梁。為保證施工過程中的安全及預(yù)防后期由于塌方應(yīng)力作用引起變形，在拱腳兩側(cè)部位增設(shè)4組Φ42 mm鎖腳排管，與拱架焊接成整體，防止拱架下沉及收縮。將原設(shè)計(jì)的300 mm毛石砂漿墊層調(diào)整為500 mm，同時(shí)將原設(shè)計(jì)的200 mm單層鋼筋砼調(diào)整為300 mm雙層鋼筋砼，根據(jù)現(xiàn)場情況盡可能緊跟工作面。由于坍塌產(chǎn)生應(yīng)力作用，待坍塌段施工完成后，應(yīng)過渡5 m作為應(yīng)力變化加強(qiáng)段，支護(hù)參數(shù)同塌方段，迎頭采用2臺(tái)17.5 kW/h泥漿泵將積水排至洞外。

采用此施工技術(shù)使坍塌段得以安全通過，并得到了甲方的肯定，進(jìn)一步增強(qiáng)了甲方對我部施工技術(shù)的信任，批復(fù)的定額也使項(xiàng)目在后來的變更結(jié)算上得到了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié) 語

針對黃土狀粉質(zhì)粘土這一特殊地質(zhì)環(huán)境條件，利用本隧道實(shí)踐積累的施工經(jīng)驗(yàn)，使用大型機(jī)械少，投入設(shè)備簡單，只要采用方法得當(dāng)，可以合理的借鑒相近的施工技術(shù)，不斷地進(jìn)行創(chuàng)新和完善，這對自身既是一種探索，也是一種經(jīng)驗(yàn)的積累，不僅能取得施工技術(shù)上的進(jìn)步還為項(xiàng)目贏得了最大的經(jīng)濟(jì)利益，為中等斷面黃土隧道的施工提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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