黃土隧道施工中的安全控制要點及處治措施

任 愛 林

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的高速公路建設(shè)也進(jìn)入了高潮，特別是中西部地區(qū)的高速公路建設(shè)勢頭迅猛。西北地區(qū)是我國最主要的黃土分布區(qū)。在高速公路建設(shè)中，隧道穿越黃土層，具有極大的施工風(fēng)險，坍塌事故時有發(fā)生，極易造成重大損失。

我省(山西)是我國黃土的主要分布區(qū)之一。在我省的高速公路建設(shè)中，大斷面、超大斷面的黃土隧道相繼涌現(xiàn)，施工風(fēng)險極大。黃土隧道施工安全是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，科學(xué)有效的進(jìn)行隧道施工工序控制，重視隧道施工中的質(zhì)量及安全管理，是進(jìn)行黃土隧道施工的一個技術(shù)重點。

1 黃土隧道

黃土屬于特殊土的一種。黃土顆粒成分以粉粒為主，強度低，遇水易軟化或濕陷。黃土表層多具有濕陷性，對工程建設(shè)影響很大。在黃土隧道洞體施工中，采取有效的支護(hù)措施是確保施工安全的關(guān)鍵。

修建于黃土體內(nèi)的隧道稱為黃土隧道。在黃土隧道施工中，進(jìn)行的洞體斷面開挖，不可避免形成了黃土層的擾動，塌方在支護(hù)缺陷的影響下就會形成。在高速公路建設(shè)中，黃土隧道施工中易發(fā)生洞內(nèi)坍塌和地表沉陷等問題。新黃土一般覆蓋在老黃土之上，呈松散結(jié)構(gòu)狀，垂直節(jié)理面上易形成豎向軟弱層。老黃土顆粒間的孔隙經(jīng)過地質(zhì)嚴(yán)密積壓而不具有濕陷性，土體承載力與地應(yīng)力相比較低，塑性變形特別容易發(fā)生，當(dāng)土體蠕變過大時容易導(dǎo)致塌方的形成。

黃土土質(zhì)松軟、承載力低，且黃土變形具有突變性、非連續(xù)性和不可逆性。黃土隧道施工風(fēng)險非常大，特別是洞體支護(hù)不足時，出現(xiàn)施工安全問題就不可避免。做好黃土隧道施工中的安全控制，可有效確保隧道施工的安全快速。

2 安全控制要點

黃土隧道施工是一項復(fù)雜的施工工藝。常用的黃土隧道開挖有弧形導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD導(dǎo)坑法等。做好施工中的開挖、支護(hù)、防排水、仰拱等安全控制要點，重視隧道施工現(xiàn)場管理，對保證隧道施工質(zhì)量和安全具有積極意義。

2.1 施工前準(zhǔn)備

主要是要進(jìn)行圖紙核對及地質(zhì)條件、地形地貌復(fù)核。

在開工前，測量人員須記錄對隧道地處部位地形地貌進(jìn)行的詳細(xì)勘察結(jié)果。相關(guān)人員細(xì)致進(jìn)行施工圖紙核對，保證存在的問題或疑問達(dá)到提前發(fā)現(xiàn)，提前解決的目的。

2.2 洞口施工

在進(jìn)行洞口施工前，應(yīng)先對洞口段是否處于偏壓、淺埋或者滑坡范圍內(nèi)進(jìn)行核對，還須注意進(jìn)行洞口排水系統(tǒng)的完善有效。黃土隧道洞口大多處于黃土峁梁，橋隧相連，具有線位高、坡面陡的施工難題。對于在洞口開展明洞和橋臺施工困難的問題，須在設(shè)計中考慮采取多重有效的防護(hù)措施。

當(dāng)在存在較大偏壓的洞口施工時，采取有效的減載和反壓或支擋措施須予以考慮，以使得開挖后的初期支護(hù)開裂或變形有效避免。

對于淺埋段的洞口施工，進(jìn)洞位置須慎重考慮。一般使用“先縮后伸”的進(jìn)洞方式較多，通過明暗交界部位的調(diào)整，根據(jù)施工現(xiàn)場的條件確保暗洞進(jìn)洞后再及時施作明洞延長。

對于需要在滑坡體內(nèi)進(jìn)行洞口開挖作業(yè)的，應(yīng)先鑒定滑坡體的成因和穩(wěn)定性，根據(jù)鑒定結(jié)果采取合適有效的處治措施。

進(jìn)行洞口的邊仰坡施工時，應(yīng)嚴(yán)格按支護(hù)設(shè)計要求一次性支護(hù)到位，開挖作業(yè)自上而下一次到位。對于高邊坡的開挖，可通過預(yù)留一定寬度的臺階來確保土體穩(wěn)定。為應(yīng)對突發(fā)性大雨，還應(yīng)設(shè)置足夠的防排水設(shè)施。

2.3 洞口段施工

洞口段施工會造成一次山體整體性的擾動。

為確保順利進(jìn)洞，須按照“穩(wěn)扎穩(wěn)打”原則進(jìn)行施工。在進(jìn)洞施工中，為有效提高管棚超前支護(hù)效果，分短臺階分部開挖進(jìn)行支護(hù)，仰拱作業(yè)及時在掌子面施工一定距離后進(jìn)行。

對于洞口段設(shè)計有明洞的，明洞仰拱施工應(yīng)首先施作完成后，須按設(shè)計要求在靠近洞口一定范圍內(nèi)的暗洞仰拱施工應(yīng)迅速施作完畢。同時，當(dāng)隧道掌子面按設(shè)計要求完成開挖支護(hù)一定距離后，須使用二次襯砌臺車開始并完工洞口處第一組襯砌的施工。

2.4 洞體開挖

1)開挖方法。臺階法、三臺階七步開挖法和三臺階臨時仰拱等是最常用的黃土隧道洞體開挖方法，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況合理選擇開挖方法。

為確保洞體穩(wěn)定，施工中須采用短臺階，對于同一臺階同一斷面上出現(xiàn)同時開挖應(yīng)嚴(yán)格禁止，要求同一臺階兩側(cè)開挖須錯開一定距離。

對于因圍巖情況變化需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換開挖方法的，須嚴(yán)格做好工藝轉(zhuǎn)變中的安全質(zhì)量控制，對掌子面及時進(jìn)行封閉施工尤其重要。

2)循環(huán)進(jìn)尺和開挖步距。對各臺階的單次開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，上臺階按1榀～2榀拱架進(jìn)行控制，中臺階及下臺階按2榀拱架以內(nèi)進(jìn)行控制。

對于采用三臺階或二臺階法進(jìn)行洞體開挖時，臺階長度分別按5 m和10 m進(jìn)行控制。

3)開挖方式。在隧道洞體開挖施工中，須采用人工配合機械的方式進(jìn)行開挖。按設(shè)計要求進(jìn)行機械開挖后，人工將預(yù)留的20 cm～30 cm開挖斷面修面至標(biāo)準(zhǔn)斷面。使用大型機械一次開挖到位應(yīng)絕對予以禁止。

4)控制超挖，杜絕支護(hù)缺陷。在黃土隧道洞體開挖過程中，應(yīng)密切關(guān)注開挖對圍巖的擾動，將機械對土體的擾動降至最低。還須進(jìn)行開挖質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制超挖出現(xiàn)次數(shù)，及時進(jìn)行欠挖的修整。

為確保施工安全，對發(fā)現(xiàn)的一定程度的超挖應(yīng)及時進(jìn)行修整。一般使用噴射混凝土填平，對用棄碴或片石回填的應(yīng)嚴(yán)格禁止。

5)核心土。黃土隧道施工中，核心土具有隧道初期支護(hù)的效果，對約束掌子面和臺階底部的變形具有重要意義。

應(yīng)進(jìn)行核心土留置長度和寬度控制。在隧道設(shè)計的考慮因素中，核心土大小不能僅通過作業(yè)臺架的大小來考慮。

6)初期支護(hù)。支護(hù)設(shè)計參數(shù)應(yīng)依據(jù)“寧強勿弱”的原則進(jìn)行，施工中應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計要求進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)施工。在隧道開挖后，須及時進(jìn)行初期支護(hù)施作，及時封閉成環(huán)。

對鋼拱架成品做好出廠前的質(zhì)量檢測，嚴(yán)格杜絕質(zhì)量缺陷。在鋼拱架安裝時，應(yīng)設(shè)專人對鋼架、錨桿等連接或錨固質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，重視邊墻錨桿安裝后的質(zhì)量控制，對于腰部連接處質(zhì)量應(yīng)予以重點檢控。

7)淺埋地段處理。當(dāng)隧道洞體穿過淺埋段時，在地形條件允許的前提下，采用地表處理法能有效確保施工作業(yè)安全。明挖、半明挖或蓋挖法是最常用的地表處理辦法。

8)圍巖變更。在洞體施工中，當(dāng)存在圍巖分級交替現(xiàn)象變化頻繁時，應(yīng)從圍巖較差地段向較好段延伸5 m～10 m。

大量的工程實踐表明，施工斷面突變是誘發(fā)塌方的一個重要因素，應(yīng)給予重點關(guān)注斷面突變的情況，提前調(diào)整支護(hù)參數(shù)。常見的斷面突變有斜井向正洞開挖、下錨段開挖以及避車洞開挖等。

9)超前地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測。進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報及監(jiān)控量測是降低施工安全風(fēng)險的一種新技術(shù)手段。嚴(yán)格按設(shè)計要求開展超前地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，用于指導(dǎo)和優(yōu)化現(xiàn)場施工工序。

2.5 隧道二襯

及時進(jìn)行二襯施工是降低塌方風(fēng)險的一種有效手段。

隧道洞體處于淺埋、偏壓及溝谷地段時，為減少暴露時間，應(yīng)將開挖面與二襯間距離盡量縮短。在二襯施工中，應(yīng)將圍巖較差段襯砌向較好段延伸5 m～10 m。

2.6 附屬洞室施工

隧道附屬的洞室進(jìn)行的初期支護(hù)應(yīng)與其他部位相同。除避車洞可與二襯施工同時進(jìn)行外，其他洞室須在洞體二襯施工完畢后方可施作。

為避免完工后的洞室頂部出現(xiàn)裂紋，附屬洞室設(shè)置的鎖口格柵鋼架和超前小導(dǎo)管等支護(hù)施工須在二襯前完工。

2.7 人員培訓(xùn)教育

培訓(xùn)工作要從安全意識入手，加強管理制度教育，從工藝、工序、工法控制上下功夫，提高管理人員和施工作業(yè)人員的思想認(rèn)識，從思想上杜絕和減少施工安全問題和質(zhì)量隱患。

2.8 緊急救援

施工中要時刻做好應(yīng)對各種險情和突發(fā)事件的準(zhǔn)備。應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況進(jìn)行合理的應(yīng)急救援方案設(shè)計，開展進(jìn)行多層次的應(yīng)急救援演練，堅持做到“及時反應(yīng)、有效救援”的目標(biāo)，以切實提高風(fēng)險管控能力。

3 施工注意事項

1)當(dāng)黃土隧道因故須長時間停工時，隧道襯砌應(yīng)施工至掌子面部位，同時濕噴混凝土封閉掌子面。停工期間不得間斷對洞體的監(jiān)控量測。復(fù)工時，進(jìn)行洞體沉降變形分析，對異常情況采取有效處治措施。

2)水對黃土的影響很大。應(yīng)重視施工前的排水系統(tǒng)設(shè)計，避免水軟化黃土。

3)大量的工程實例表明，一些部位的黃土含水量顯著增加，圍巖強度降低明顯。主要是在地表有沖溝、新老黃土分界及土石分界處較為常見。在該部位施工時，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)鉆探，提前采取預(yù)防措施。

4)施工作業(yè)須嚴(yán)格按照“重核對、先排水、短進(jìn)尺、少擾動、早成環(huán)、勤量測、快襯砌、工序緊”原則進(jìn)行。

4 結(jié)語

在黃土隧道施工中，為有效降低施工安全風(fēng)險，應(yīng)嚴(yán)格控制開挖空間，盡量縮短二襯施作時間，要求各工序間須緊湊銜接。

要解決黃土隧道施工安全問題，先要解決思想問題，從思想中重視是確保施工安全的關(guān)鍵。再做好施工中的安全點控制，可有效確保施工安全和質(zhì)量。

[1] 晉豫魯鐵路通道股份有限公司.黃土隧道安全施工注意事項和應(yīng)對措施[Z].

[2] 王秉勇.黃土隧道施工及監(jiān)理要點[Z].

[3] 張引江.黃土隧道施工安全問題與控制措施[J].工業(yè)，2016,8(3)：16-18.