談黃土地區(qū)長大隧道施工技術(shù)及質(zhì)量控制

王 智 勇

(太原路橋建設(shè)有限公司第一工程公司,山西 太原 030400)

0 引言

黃土作為一種特殊類型的土，廣泛分布于我國的華北和西北地區(qū)，另外在東北和華中的局部地區(qū)也有分布。黃土最主要的不良地質(zhì)問題就是具有濕陷性，其濕陷性又可以分為自重濕陷性和非自重濕陷性，尤其是對于自重濕陷性黃土地區(qū)的長大隧道，這種不良地質(zhì)問題對隧道施工建設(shè)和運營管理的危害性會更大。因此，我們不論是在隧道的開挖、支護和襯砌過程中，還是在事中和事后的監(jiān)測中都應(yīng)給予足夠的重視，對其中的每一個環(huán)節(jié)都應(yīng)該抓好施工技術(shù)，做好質(zhì)量控制，保證施工過程中的每一環(huán)節(jié)不出現(xiàn)任何問題。

1 工程概況

太陽高速陽曲二號隧道位于山西省陽曲縣東黃水鎮(zhèn)境內(nèi),是京昆高速中連接太原至陽泉的重要組成部分。隧道全長約6 km，設(shè)計隧道襯砌斷面內(nèi)輪廓采用三心圓，建筑界限采用單洞洞寬14.50 m，建筑界限高度為5.0 m，設(shè)雙側(cè)檢修通道。在隧道行車方向的右側(cè)每隔750 m左右設(shè)置一處緊急停車帶，其斷面也采用三心圓設(shè)計，洞寬為一般斷面凈寬(14.5 m)再加上2.5 m，高度不變。

該隧道地處山西—冀北地區(qū)的黃土高原，屬于自重濕陷性黃土區(qū)，且濕陷等級多為Ⅲ級，局部已達到了Ⅳ級。隧道所穿越的山體黃土溝壑和黃土洞穴極為發(fā)育，且多呈豎井狀或串珠狀。在很多區(qū)域，黃土溝壑和洞穴的地下已經(jīng)連通，地表出現(xiàn)大面積的塌陷現(xiàn)象。該山體表層濕陷性黃土厚度為15 m～35 m，主要為風(fēng)成黃土，蟲孔和空隙較大，垂直節(jié)理裂隙極為發(fā)育，在遇水的情況下極易發(fā)生塌陷，給隧道的施工建設(shè)帶來了很大的困難。

2 施工方案

由于濕陷性黃土的粘滯作用，在天然工況下黃土圍巖的整體穩(wěn)定性都比較好，在短時間內(nèi)一般不會發(fā)生掉塊和崩塌。濕陷性黃土只有在遇水后，其抗剪強度就會急劇下降，圍巖的穩(wěn)定性會大幅降低。鑒于此，我們制定了太陽高速陽曲二號隧道工程的具體施工方案和措施如下：

1)在隧道施工前，將靠近隧道洞門仰坡段的洞穴和溝壑進行封閉處理，然后在洞頂邊坡坡頂和兩側(cè)施作截排水溝，防止雨水在洞頂和兩側(cè)匯集。

2)對于淺埋洞口段的Ⅰ類圍巖、洞身處的Ⅰ類圍巖段在開挖時采用全斷面鋼拱架支撐和錨桿的形式進行支護。

3)對于深埋洞身處的Ⅱ類圍巖段采用拱部鋼拱架支撐和超前錨桿進行支護，拱部采用雙眼鏡法的開挖方式進行,墻部采用左右錯開式或雙側(cè)壁導(dǎo)坑的開挖方式進行。

3 施工方法

3.1 洞頂黃土洞穴或溝壑處理

太陽高速陽曲二號隧道山高坡陡，地表基本全由黃土覆蓋，植被很少，且黃土沖溝和黃土洞穴極其發(fā)育。為了保證隧道在施工和使用過程中的安全性，在隧道施工前，就對靠近隧道洞門仰坡段的洞穴和溝壑進行了封閉處理，以防雨水大量匯集從陷穴中滲入引起隧道塌方。具體的處理方法為:1)首先將黃土洞穴和溝壑中的雜物清除，將洞穴修整成比較規(guī)則的形狀；2)將洞底部夯實，再采用3∶7灰土分層夯實回填；3)灰土墊層回填至地表約1 m時，將洞穴口的尺寸外擴約1 m，然后再用3∶7灰土分層夯實回填至高出地面30 cm；4)在洞穴外圍2 m外，挖臨時的截水溝和排水溝，用水泥砂漿將其表面抹平，且溝底縱坡坡度宜大于5%，保證截排水溝的暢通。

3.2 洞口邊坡的修整與加固

黃土地區(qū)隧道洞口的土質(zhì)一般比較疏松，直立穩(wěn)定性差，不適合貼壁進洞，因此隧道洞口的仰坡角度設(shè)計一般都比較緩。對邊坡的上部采用人工刷坡卸荷，邊坡下部采用機械和人工結(jié)合的方式進行修整，開挖邊坡的坡腳至明暗洞分界處。

進洞前，采用自進式錨桿加固處理隧道洞口，錨桿端頭采用φ22的鋼筋焊接成網(wǎng)片狀，采用5 cm厚的木板將網(wǎng)片與坡體之間的空隙塞緊，最后用φ48的注漿管對周圍土體進行注漿加固，達到穩(wěn)定仰坡的目的。

3.3 洞身開挖

洞身開挖所采取的方式為每開挖一環(huán)及進行超前支護一環(huán)的方法進行，且兩環(huán)之間的搭接長度不應(yīng)小于50 cm。如果在施工中發(fā)現(xiàn)局部洞身段的設(shè)計錨桿數(shù)量不滿足設(shè)計的要求時，我們可以采取在錨桿縫之間增加鋼管蓬的方法來進行支護。

1)Ⅰ類圍巖洞口、洞身段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑的方法進行開挖。具體為：斷面中間預(yù)留核心土，拱部和兩側(cè)采用人工從上至下開挖方式進行，開挖完后立即采用工字鋼和格柵拱架進行支護，最后是安裝模板和澆筑混凝土。

2)對于洞身段的Ⅱ類圍巖采用礦山法的開挖形式進行，具體為：先開挖拱后開挖墻，且在開挖拱腳時分為上、下兩個工作面進行。為避免施工時相互干擾，兩個工作面之間的距離應(yīng)為50 m～70 m。根據(jù)我省的黃土隧道施工經(jīng)驗，黃土隧道開挖過程中的一個循環(huán)進尺一般為1.0 m～1.5 m。這樣不僅方便施工，保證隧道的安全，而且還能加快工程進度，大大縮短了施工周期。

3.4 施工過程中對小面積坍塌的處理

由于濕陷性黃土的土質(zhì)一般都比較疏松，且節(jié)理裂隙較為發(fā)育，因此在隧道開挖施工的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)小體積的坍塌，此時可以采取如下的方法進行處理:

1)漿砌片石支護法：首先采用簡易的支撐對坍塌處進行支護，然后采用漿砌片石的方法對坍塌處進行處理。

2)錨桿加固法:采用打設(shè)錨桿的方法對坍塌處進行加固。

3)砂石袋支護法:將裝有砂、石的混合料的水泥袋壘在土體的坍塌處，而且在袋口處要預(yù)留注漿孔，待混凝土凝固后通過注漿管對砂石袋進行注漿處理。

4)混凝土回填支護法:首先用強支撐對坍塌處的土體進行臨時支護，待混凝土強度增強后拆掉支撐，最后用同標(biāo)號的混凝土進行回填支護。

5)木棒方格支護法：將木棒一層層疊成方格狀，直至頂死土體為止，待混凝土澆筑且強度增強后再進行拆模、注漿。

3.5 隧道洞身的襯砌

1)一次襯砌在洞身開挖時就進行，且隨挖隨襯。一次襯砌首先工字鋼拱架結(jié)合小塊鋼模板進行支護，然后澆筑混凝土。

2)一次襯砌邊墻施工結(jié)束后，應(yīng)立即進行小邊墻、仰拱和中心水溝處的填充施工，以保證一次襯砌能夠快速閉合成環(huán)，保證圍巖不發(fā)生變形破壞。開挖中心水溝應(yīng)與仰拱開挖同步施工，挖掘機開挖后再采用人工配合的方法修整成設(shè)計要求的形狀。在開挖過程中注意超挖，禁止欠挖。

3)二次襯砌一般采用9 m長的全斷面液壓自行式臺車進行施工，且每個循環(huán)襯砌搭接的長度不宜大于5 cm。這樣不僅可以有效地防止錯臺，而且可以提高混凝土表面的平整度和光滑度。

3.6 施工監(jiān)測

監(jiān)測工作是隧道施工過程中必不可少且非常重要的一個環(huán)節(jié)。監(jiān)測不僅可以對隧道的安全性進行預(yù)測，而且根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以確定襯砌的最佳時間和最有效的方法。

4 結(jié)語

由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工過程的不可預(yù)見性，隧道施工過程中的不安全因素有很多，其中有些我們可以進行有效地預(yù)測和控制，還有許多偶然因素我們在施工過程中無法去預(yù)測和預(yù)防。因此，我們在施工過程中，一定要按照設(shè)計圖紙和施工規(guī)范的要求進行施工，保證隧道工程以及整個線路工程的順利貫通。