大斷面濕陷性黃土隧道施工技術(shù)

蘇隴羊

【摘要】在我國(guó)北方地區(qū)，黃土是一種常見的特殊土質(zhì)類型。在黃土中進(jìn)行隧道工程的施工難度相對(duì)較大，尤其是濕陷性的黃土類型中難度就更大?；诖?，筆者重點(diǎn)論述了大斷面濕陷性黃土隧道的施工技術(shù)，以期作為參考。

【關(guān)鍵詞】大斷面；濕陷性；黃土隧道；施工技術(shù)

黃土是我國(guó)北方地區(qū)常見的一種特殊土，其基本色調(diào)是黃色，黃土具空隙，垂直節(jié)理發(fā)育，直立性強(qiáng)，新黃土多具濕陷性。顆粒粒徑在0.05-0.005mm之間，以粉粒為主的約占土的總質(zhì)量的60%；孔隙比e在1.0左右或更大；含有較多的可溶鹽類；能保持直立的天然土坡；具有肉眼可見的大孔隙。濕陷性黃土在我國(guó)分布很廣，面積約占45萬(wàn)km2。研究濕陷性黃土中隧道施工技術(shù)能夠有效確保工程施工質(zhì)量，確保施工人員的生命安全。

大斷面濕陷性黃土隧道的特點(diǎn)

在濕陷性黃土地區(qū)修建大斷面黃土隧道有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：第一，濕陷性黃土地基的處理；第二，大斷面黃土隧道開挖后拱頂及局部應(yīng)力集中過(guò)大，拱頂沉降較大，造成隧道結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)。因此在不同的地質(zhì)情況下研究適宜的開挖方法，減小隧道拱頂沉降，有效抑制隧道圍巖變形，在保證隧道施工安全的基礎(chǔ)上加快施工進(jìn)度，尋求一種克服洞內(nèi)空間受限消除地基濕陷性的方法對(duì)大斷面濕陷性黃土隧道施工有重要意義。

二、大斷面濕陷性黃土隧道的施工技術(shù)

（一）開挖方法的選擇

大斷面黃土隧道施工控制重點(diǎn)主要是要有效地控制圍巖變形，因此圍巖的情況決定了隧道施工方法的選擇。大斷面隧道開挖控制變形，保證圍巖穩(wěn)定的原則就是化大為小，采用分部開挖支護(hù)，仰拱二襯緊跟。對(duì)于埋深較大的IV級(jí)老黃土圍巖，由于黃土具有直立性好、宜成型的特點(diǎn)，在適用短進(jìn)尺的條件下，有一定的圍巖穩(wěn)定時(shí)間，保證在圍巖未有大的變形掉塊的情況下有足夠的立架和噴錨作業(yè)時(shí)間，從而保證施工安全，采用弧形導(dǎo)坑法。

（二）開挖施工技術(shù)

1.弧形導(dǎo)坑法

弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土施工是將整個(gè)隧道斷面劃分為上中下和仰拱4部分，以前后6個(gè)不同的開挖面相互錯(cuò)開開挖，然后分部進(jìn)行支護(hù)，形成支護(hù)整體，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，逐步向縱深推進(jìn)的作業(yè)方法。拱部采用環(huán)形導(dǎo)坑開挖，利用核心土施壓掌子面。該方法的主要施工方法如下：第一，測(cè)量人員對(duì)掌子面進(jìn)行測(cè)量放樣，根據(jù)隧道施工監(jiān)控量測(cè)分析預(yù)留沉降量控制在10-15cm；第二，上弧導(dǎo)開挖支護(hù)。拱部120°范圍內(nèi)施作超前小導(dǎo)管，待漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后，采用機(jī)械開挖。上弧導(dǎo)核心土頂面距拱頂1.5-2.0m，核心土兩側(cè)距開挖面約2m，上導(dǎo)坑開挖高度約4.9m，每循環(huán)進(jìn)尺控制在一榀鋼拱架的間距，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3一5m，開挖后及時(shí)初噴，架設(shè)鋼架、施作系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)片，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第三，左側(cè)中部和右側(cè)下部開挖。待上弧導(dǎo)超前中臺(tái)階3-5m時(shí)，在承載拱的支護(hù)下，交錯(cuò)開挖左側(cè)中部和右側(cè)下部馬口，左右錯(cuò)開1-2m，先后按同樣方法進(jìn)行支護(hù)，使同一斷面處暴露開挖面僅限于單側(cè)；第四，右側(cè)中部和左側(cè)下部開挖（方法同上）；第五，仰拱開挖長(zhǎng)度一次不能超過(guò)5m，施作仰拱支護(hù)，及時(shí)進(jìn)行仰拱及填充施作；第六，仰拱及混凝土。填充長(zhǎng)度達(dá)到一組襯砌長(zhǎng)度，利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌筑襯砌。

2.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工采用化整為零的原理，利用臨時(shí)中隔壁和橫撐把整個(gè)隧道斷面分割成9個(gè)小洞室分部施工，每個(gè)小洞室分別形成封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)支護(hù)體系。主要施工方法如下：第一，測(cè)量人員對(duì)掌子面進(jìn)行測(cè)量放樣，根據(jù)黃土隧道施工監(jiān)控量測(cè)分析預(yù)留沉降量控制在20-25cm；第二，施作兩側(cè)上臺(tái)階超前小導(dǎo)管，預(yù)留核心土，人工開挖兩側(cè)上臺(tái)階，施作初期支護(hù)：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立周邊鋼架及臨時(shí)橫撐鋼架，施作鎖腳錨管，周邊（含底部）噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第三，機(jī)械開挖兩側(cè)下臺(tái)階，施作初期支護(hù)：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立周邊鋼架及臨時(shí)橫撐鋼架，施作鎖腳錨管，周邊（不含底部）噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第四，施作中部上臺(tái)階超前小導(dǎo)管，預(yù)留核心土，機(jī)械開挖中部上臺(tái)階，割除雙側(cè)壁導(dǎo)坑支護(hù)露出的錨桿，施作初期支護(hù)：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立拱部鋼架。噴射拱部混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第五，開挖隧道中部下臺(tái)階；第六，拆除雙側(cè)導(dǎo)坑底部的臨時(shí)橫撐，開挖隧道兩側(cè)仰拱土體。施作初期支護(hù)：初噴混凝土4cm，架立仰拱鋼架，接長(zhǎng)臨時(shí)鋼架，噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第七，開挖隧道中間剩余的土體，施作初期支護(hù)：初噴混凝土4cm，架立仰拱鋼架，噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；第八，及時(shí)綁扎仰拱鋼筋，澆筑隧道仰拱，澆筑仰拱填充混凝土；第九，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，待時(shí)機(jī)合適，拆除剩余臨時(shí)支護(hù)及橫撐。施作防排水、二襯鋼筋，利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌筑襯砌混凝土。

3.CRD導(dǎo)坑法

以巖體理論力學(xué)為基礎(chǔ)，監(jiān)控量測(cè)為依據(jù)，按“化整為零”的原則用中隔壁和橫撐將整個(gè)隧道斷面劃分左右兩側(cè)共5部分，各部分開挖后及時(shí)初期支護(hù)，合理確定工序之間的關(guān)系。主要施工方法：第一，測(cè)量人員對(duì)掌子面進(jìn)行測(cè)量放樣，根據(jù)黃土隧道施工監(jiān)控量測(cè)分析預(yù)留沉降量15-20cm；第二，各部施工方法參照雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

（二）地基加固技術(shù)

施工段新黃土的固有承載力是滿足設(shè)計(jì)承載力要求的，但是該地區(qū)是濕陷性黃土，遇水后會(huì)發(fā)生沉降或塌陷現(xiàn)象，對(duì)鐵路的運(yùn)營(yíng)有很大的潛在威脅。因此采用水泥土擠密樁的方法消除基底的濕陷性，保證運(yùn)營(yíng)期間的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定性。水泥土擠密樁有兩種施工工藝，分別是重錘沖擊成孔水泥土擠密樁（非排土擠密樁）和洛陽(yáng)鏟成孔水泥土擠密樁（排土擠密樁）。由于重錘沖擊成孔水泥土擠密樁振動(dòng)較大，施工時(shí)對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的影響，文章主要論述洛陽(yáng)鏟成孔水泥土擠密樁的施工方法。

1.洛陽(yáng)鏟成孔水泥土擠密樁施工工藝

洛陽(yáng)鏟成孔水泥土擠密樁是洛陽(yáng)鏟由打樁機(jī)提升后，借助重力自由下落切入擬加固地層，掏出原狀土而成孔，該工程屬于排土成孔，對(duì)樁孔周圍土體沒有擠密作用。樁孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度，將打樁機(jī)上洛陽(yáng)鏟更換為重錘，并向孔內(nèi)分層回填水泥土，利用重錘自由下落時(shí)產(chǎn)生的沖擊能量對(duì)回填水泥土分層夯實(shí)。在夯實(shí)過(guò)程中，水泥土在重錘沖擊能量的作用下被迫向樁孔四周擠出而壓密周邊土體。如此反復(fù)分層回填、分層夯實(shí)，形成樁土復(fù)合地基，達(dá)到加固地基和消除黃土濕陷性的目的。

2.施工技術(shù)要點(diǎn)

第一，正式施工前必須根據(jù)實(shí)際成孔方法和理論計(jì)算確定一個(gè)試驗(yàn)樁間距，并通過(guò)工藝試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)?shù)鼗幚硇Ч_(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，需對(duì)樁間距反復(fù)進(jìn)行調(diào)整直至達(dá)到要求為止；第二，成孔順序采用間隔跳打法，即隔排隔行，間隔1-2個(gè)孔跳打；第三，樁孔回填夯實(shí)時(shí)，嚴(yán)格按照工藝試驗(yàn)所確定的

回填厚度、夯擊次數(shù)、重錘落距等參數(shù)進(jìn)行施工；第四，成孔后立即回填，做到每根擠密樁連續(xù)施工，一氣呵成；第五，打樁機(jī)要準(zhǔn)確穩(wěn)定定位，重錘與樁孔相互對(duì)中，重錘應(yīng)能自由下落孔底；第六，為了保證樁頭夯實(shí)質(zhì)量，樁頭超出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高50cm，其上虛樁可采用黃土回填并輕夯至地面；第七，水泥土回填過(guò)程中，應(yīng)認(rèn)真控制并記錄每一樁孔的填料數(shù)量和時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。第八，水泥土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用，已拌的水泥土不得超過(guò)6h，被雨水淋濕浸泡后的水泥土嚴(yán)禁使用。

總之，在濕陷性的黃土中進(jìn)行隧道施工難度較大。文章重點(diǎn)論述了大斷面濕陷性黃土施工中的開挖施工技術(shù)和地基加固施工技術(shù)，在具體施工的時(shí)候，應(yīng)依據(jù)工程的具體特點(diǎn)和要求，選擇合適的施工技術(shù)和方法，進(jìn)而確保工程的施工質(zhì)量和施工人員的安全。

【參考文獻(xiàn)】

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