淺埋黃土隧道施工技術(shù)初探

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)交通的需求日趨增大。如何解決這一問題直接關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于高速公路所跨區(qū)域較多，在施工過程中難免會(huì)遇到障礙物，而隧道在此條件下不可避免的會(huì)出現(xiàn)，如何采取合理的施工技術(shù)處理隧道施工過程中遇到的問題是高速公路建設(shè)的一大難題。伴隨高速公路運(yùn)輸能力和運(yùn)輸速度的提高，高速公路隧道不僅在數(shù)量上逐漸增多、長度增長，在開挖跨度上逐漸增大。黃土隧道由于自身地質(zhì)條件特殊，開挖擾動(dòng)后隧道變形較大，一旦黃土隧道施工不當(dāng)不僅會(huì)造成巨大的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)給后期的高速公路運(yùn)行造成不良影響。根據(jù)隧道所處地質(zhì)條件，提出合理有效且經(jīng)濟(jì)可行的處治措施是解決問題的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】高速公路；施工技術(shù)；隧道；經(jīng)濟(jì)損失；人員傷亡

1.前言

高速公路是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，尤其在目前西部大開發(fā)大規(guī)模開展的同時(shí)，高速公路的建設(shè)無疑對(duì)我們?nèi)謶?zhàn)略部署都起著至關(guān)重要的作用。高速公路建設(shè)不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。人們的衣食住行無時(shí)無刻不予交通運(yùn)輸發(fā)生千絲萬縷的聯(lián)系。作為高速公路中的一個(gè)重要工程——隧道，不僅是提高運(yùn)輸效率、節(jié)約運(yùn)輸成本的關(guān)鍵，在施工過程中的安全性也承受較大的考驗(yàn)。由于隧道地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，目前仍難以有效全面的掌握各方面信息，這些都會(huì)給隧道的施工帶來一定的安全隱患，而隧道施工工藝又不能一蹴而就，只有根據(jù)隧道所處的地質(zhì)環(huán)境、地下水條件、圍巖穩(wěn)定性以、施工作業(yè)人員素質(zhì)及企業(yè)的施工技術(shù)水平，制定合理的施工方案，并結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)合理施工，才能確保隧道工程的安全。此外，合理的隧道施工技術(shù)不僅可以降低高速公路遭遇滾石、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，又可以使高速公路更好的與環(huán)境想?yún)f(xié)調(diào)，提高行車的安全性及舒適度，又能最大限度的保持自然景觀[1]。目前我國隧道設(shè)計(jì)和施工主要以新奧法為主，采用復(fù)合式襯砌 [2，3，4]。

2.工程概況及施工方案

2.1 工程概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市十七溝至大飯鋪高速公路為國道主干線（GD109）山東榮城至內(nèi)蒙烏海的重要組成路段，榮烏高速SDHSD-1合同段位于清水河縣窯溝鄉(xiāng)樺樹墕村境內(nèi)，路線采用分離式隧道左、右行雙車道斷面，左線長1417m，右線長1379m，隧道進(jìn)口段均為淺埋黃土，黃土段長度：左線220米，右線190米。隧址區(qū)地質(zhì)為第四系黃土，大孔隙及垂直節(jié)理發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力差，無支護(hù)時(shí)頂部易坍塌，側(cè)壁易失穩(wěn)，地表排水為垂直方向，強(qiáng)降雨時(shí)洞內(nèi)呈潮狀。地貌為溝谷地形起伏較大，隧道進(jìn)口埋土淺，左線進(jìn)口隧道埋深6～21.6m，右線進(jìn)口隧道埋深8～19.7m。

2.2 施工方案

分析黃土自身特點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)黃土不僅基底承載力較低而且還有一下其他特性，如側(cè)應(yīng)力及濕陷性大且埋深深度較小等。采取合理的施工原則是確定黃土隧道施工順利進(jìn)行的前提。結(jié)合黃土隧道尺寸、開口形狀及隧道長度，本隧道采用三臺(tái)階、環(huán)形預(yù)留核心土無爆破開挖方法進(jìn)行施工。邊開挖邊支護(hù)，確保了隧道的安全性。施工中初期支護(hù)及早封閉成環(huán)，并進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控量測，數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.施工工藝流程

3.1 洞口工程及防護(hù)排水工程施工

前面已描述黃土的一些特殊性，因此采用寬平臺(tái)，陡邊坡施工時(shí)，應(yīng)采取合理的放坡，比如仰坡坡率采用1：0.3，這樣就可以保證坡體的穩(wěn)定性。此外仰坡較高時(shí)，6m為一級(jí)留2-3m寬平臺(tái)。邊仰坡開挖保證坡面直順、平整，挖方后立即進(jìn)行邊仰坡打錨桿掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)。水溝位置根據(jù)現(xiàn)場地形確定，水溝流向順山勢由高向低，引流至路基排水系統(tǒng)。每個(gè)溶洞自底部向上分層夯填老黃土，頂層采用50cm厚C15混凝土封口，封口半徑增大50～100cm。

3.2 套拱、超前支護(hù)施工

洞口段套拱縱向長度置2m，厚度為60m，套拱內(nèi)預(yù)埋Ф133×4.5導(dǎo)向鋼管并與套拱內(nèi)埋設(shè)的3榀I22b工字鋼鋼拱架焊成整體，并在套拱上反壓土袋或片石，以穩(wěn)定坡腳。套拱內(nèi)導(dǎo)向管安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準(zhǔn)確度等直接影響大管棚的施工質(zhì)量，施工中嚴(yán)格控制。

3.3 洞身開挖

洞身開挖采用人工配合機(jī)械的開挖方法，嚴(yán)禁采用爆破開挖。挖掘機(jī)開挖預(yù)留30～50cm，人工開挖修邊。在開挖隧道上部土體時(shí)，預(yù)留核心土確保開挖安全和初期支護(hù)順利進(jìn)行。上、中臺(tái)階環(huán)形開挖進(jìn)尺控制在0.6-1.2m，上、中臺(tái)階距離5～8m；開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴砼封閉開挖面。為保證已施工的上部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)盡早使下部初期支護(hù)封閉成環(huán)，在互不干擾的情況下盡量縮短下臺(tái)階與中臺(tái)階的間距。下臺(tái)階開挖后及時(shí)施工初期支護(hù)，避免暴露時(shí)間過長而引起上部拱腳沉降。特別是洞口段第一次仰拱成環(huán)是進(jìn)洞成敗最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是非常危險(xiǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)，處理不好會(huì)造成洞口坍塌。待隧道開挖掘進(jìn)3～5米后應(yīng)立即開挖下臺(tái)階，及時(shí)將初襯支護(hù)鋼架封閉成環(huán)。

3.4 初期支護(hù)施工

初期支護(hù)首先是為隧道施工提供安全的環(huán)境，避免因隧道內(nèi)頂部塌方危及施工人員生命安全。初期支護(hù)又可以在一定程度上提高圍巖的穩(wěn)定性，減小施工過程對(duì)圍巖的劇烈擾動(dòng)。通過初期支護(hù)后，隧道內(nèi)側(cè)壁允許出現(xiàn)一定的位移及變形，在施工允許范圍內(nèi)的微小位移和變形不會(huì)對(duì)隧道工程的安全造成很大影響。

3.5 錨桿施工

雖然隧道支護(hù)方式不同，但錨桿的施工工藝卻很相似，在鉆孔施工完以后進(jìn)行錨桿的架設(shè)及安裝，隨后進(jìn)行灌漿等工序。為了提高整體性，錨桿并不是單獨(dú)作用，而是鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，使鋼筋網(wǎng)與錨桿形成整體，這樣可以更好的發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

3.6 型鋼拱架及噴射混凝土施工

通常情況下，隧道洞口處土體與隧道內(nèi)部土體會(huì)有一定的差異，在隧道支護(hù)時(shí)也要考慮這種差異造成的影響。隧道洞口通常都是較新的黃土，這種情況下可以采用工字鋼進(jìn)行支護(hù)，但工字鋼支護(hù)時(shí)縱向間距也有一定的要求，一般工字鋼的縱向間距都為60厘米，由于隧道內(nèi)施工場地的限制，在隧道內(nèi)加工鋼構(gòu)件極不方便，因此鋼構(gòu)件的加工都是在洞外加工好以后運(yùn)到隧道內(nèi)進(jìn)行安裝。這樣既可以提高效率又可以降低成本。

3.7 監(jiān)控測量

監(jiān)測測量可以及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)部的變形、位移情況，對(duì)比規(guī)范即可確定施工過程是否安全，施工后能否保證隧道自身安全。這不僅是對(duì)施工過程、支護(hù)方式的及時(shí)監(jiān)測，也是保證隧道施工環(huán)境的有效途徑。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后還可以為后續(xù)的施工提供依據(jù)，一旦位移、變形過大可以今早提出整改措施，主動(dòng)改進(jìn)施工方案，降低隧道安全事故造成的不利影響。

4.施工結(jié)果監(jiān)測

施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)部各關(guān)鍵部位的位移計(jì)變形，經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，此施工工藝條件下，隧道內(nèi)部的變形計(jì)位移均在安全范圍內(nèi)，表明該施工方法能較好的滿足黃土隧道特殊性的需要。

5.結(jié)論

該施工工藝結(jié)合此黃土隧道工程自身的特殊性，合理安排施工工藝流程及各工序之間的銜接，不僅可以縮短工期、提高施工過程的安全性，也在最大限度上滿足隧道安全運(yùn)行的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]賀廷西，蘇萬軍.石太鐵路客運(yùn)專線大斷面黃土隧道施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007（4）：21-24.

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[4]張世奎.黃土隧道施工技術(shù)[J].水運(yùn)工程，2010（5）：147-153.