高速公路黃土隧道施工技術及控制要點探討

衛(wèi) 石 磊

(山西省公路工程監(jiān)理技術咨詢有限公司，山西 太原 030006)

眾所周知，在干旱條件下形成的黃土結構比較松散，通常呈垂直節(jié)理發(fā)育狀態(tài)，具有結構層次不明顯、透水性強、沉陷性的特點。在這種地質條件環(huán)境下進行隧道項目的建設施工，對施工技術和組織實施就提出了更高的標準和要求，必須要有針對性地規(guī)劃和設計好我國黃土區(qū)域的高速公路隧道建設施工的技術創(chuàng)新和工藝提升工作。

1 高速公路黃土隧道施工建設特征

黃土地區(qū)的地理環(huán)境及地質條件非常復雜而脆弱，給高速公路隧道建設施工帶來了很大難度。從施工過程來看，黃土地區(qū)的高速公路隧道建設具有以下特征：一是隧道施工環(huán)境的復雜性。該特征與黃土自身結構松散、透水性強、容易沉陷的特點有較大關系，在建設施工中如果控制不當很容易引發(fā)局部地質塌陷，會嚴重影響到工程建設安全；二是施工工序的緊密性。在黃土隧道建設中，隧道的開挖、支護和排水施工均應采取連續(xù)作業(yè)形式開展，確保施工工序的緊密性和連續(xù)性，最大程度降低施工風險；三是施工方案的差異性。黃土區(qū)域地質結構條件較為復雜，在考慮地質環(huán)境差異性的同時，更應科學設計更符合本地條件的隧道建設施工方案，確保項目建設施工的安全和質量[1]。在隧道的建設施工過程中，不僅要堅持重地質、管超前、少擾動、強支護的基本原則，還要嚴格遵循勤量測、修設計、嚴治水、緊封閉的管理規(guī)范，確保高速公路黃土隧道建設項目的安全運行[2]。

2 高速公路黃土隧道施工技術要點

2.1 前期開挖施工

鑒于黃土地質自身的特殊性，建設施工前應提前做好開挖施工技術方案的選定工作。其中，短臺階法是黃土隧道開挖施工的常用方法，該方法能有效促使支護閉合的時間加快，達到增加圍巖的穩(wěn)定性，能夠滿足黃土隧道開挖施工的條件，但也需要注意臺階的縮短會導致下臺階施工受到干擾。

具體來說，短臺階施工法是在完成項目勘察后，按照上下臺階及仰拱同步開挖的方式進行，根據(jù)上臺階出渣、斷面檢查、清理虛渣、上臺階支護、下臺階和仰拱斷面檢查及虛渣清理、下臺階和仰拱同步支護及噴漿的施工流程開展。在建設施工中應注意以下幾個事項：一是采用短臺階法擴挖下半截面時，容易出現(xiàn)開挖面控制不精準，超挖、欠挖的問題；二是在開挖施工中應做好土層含水量的控制，一方面應通過擊實曲線的應用確定達到某一壓實標準干容重相應的含水量范圍；另一方面，應通過支護與排水措施的應用確保開挖隧道的結構穩(wěn)定，避免濕陷問題的發(fā)生；三是在短臺階法建設施工中，當圍巖的等級為Ⅳ級時，則單次開挖進尺應保持在2 m以內。

2.2 隧道支護施工

做好開挖支護的前期工作能更加保證隧道施工的穩(wěn)定性和安全性。其中，進洞支護和掘進過程支護是黃土隧道支護的兩個重要環(huán)節(jié)，需要引起高度重視。

2.2.1 進洞支護

黃土隧道進洞支護中需要在洞頂位置開挖排水溝工作，以水流走向和水流量作為建設施工的支持條件，穩(wěn)妥解決地表水聚集和下滲問題。一是當山體存在沖溝、陷穴等問題時，應該采取適當配比灰土、石灰或水泥改良土予以填充塌陷處，利用機械進行逐層逐面的基礎夯實，避免開挖施工中出現(xiàn)滲水及濕陷等問題；二是做好坡面的防護措施，在完成仰坡開挖后要用錨噴方式進行加固處理，有效保證仰坡的穩(wěn)定性。在仰坡噴錨施工中，應注意以下技術要點[3](見表1)，還要做好明挖段作業(yè)的支護管理工作，在開挖前要將施工作業(yè)范圍開挖并平整，并對其進行支護加固，確保下一階段建設施工的安全。

表1 隧道仰坡噴錨施工技術指標

2.2.2 掘進過程支護

掘進過程支護的建設施工要點包括：1)Ⅴ級圍巖段上臺階作業(yè)中，針對洞口淺埋地點的支護，應通過超前管棚支護的方式進行處理。在鋼拱架支護中，應加強對鋼拱架密度的管理，每個環(huán)節(jié)上的循環(huán)開挖進尺都要嚴格達到0.5 m，在經過淺埋段后，按照循環(huán)的方式進行隧道的開挖施工；2)掘進支護作業(yè)中，噴錨支護一般采用濕噴工藝，噴錨材料配置工作中，應提前做好水泥及其他材料的選定和配比。噴錨施工中為確保材料使用的連續(xù)性和穩(wěn)定性，應選擇使用速凝劑，在噴錨支護中如果出現(xiàn)失穩(wěn)狀況應立刻使用噴射混凝土封閉的方法進行處理；3)在黃土隧道掘進中應做好初期的支護工作，上臺階開挖施工如果遇到坍塌應選擇鋼拱架支撐，設置縱向的連接托梁以此減少榀架的承受壓力，切實保障拱腳的穩(wěn)定性和牢固性。

2.3 隧道防、排水施工

黃土隧道建設施工過程中應切實做好隧道內部的防水和排水工作。隧道防水工作中要切實保證防水卷材的質量，充分利用臺車做好防水板的鋪設工作。在防水卷材鋪設中應將臺車停放在待鋪設位置，通過電壓熱焊黏結方式從頂部向兩側及邊墻進行敷設，在拼幅接縫中應注重熱合法的有效應用[4]。在基礎的排水施工過程中，需要按照防、排、堵、截相結合的方式進行地表水的系統(tǒng)處理，在暗洞墻角處應注意安裝縱向水管，在三通設備作用下將橫向水管與引水管連接并穩(wěn)固，隨時能將隧道內的漏水及時排出，具體在拱腳處橫向水管上要保持在10 m左右的距離，著力提高隧道排水施工的工程效率[5]。

3 高速公路黃土隧道施工控制重點

3.1 深化施工技術的研究分析

黃土隧道工程項目建設受環(huán)境影響比較大，在項目建設初期應做好區(qū)域地質環(huán)境狀況的勘查和分析工作，科學選定具體的隧道施工技術。一是施工人員應提前勘查研判，提前準確掌握施工區(qū)域黃土地質缺陷的分布范圍和地質狀況；二是鑒于黃土隧道施工區(qū)域本身具有的圍巖整體性差、裂縫較多、土體強度低等特點，要求在開挖過程中更要注重快速高效的推進開挖工作進展和施工效率，切實保障施工時間進展。

3.2 加強隧道開挖施工的質量管控

黃土隧道開挖施工具有較大難度，這是因為黃土開挖不僅受滲水影響，地質層也具有一定的擾動因素，對隧道結構的穩(wěn)定性造成不利影響，容易引起隧道陷落等施工問題。在開挖施工中不僅要考慮隧道出口試驗段開挖的技術工藝，還要注意隧道開挖中變形問題的科學分析和及時處理[6]。以短臺階法為例，在開挖質量管理中應注意以下技術要點的控制：

1)在隧道開挖前應做好安全評估及施工技術的前期準備工作，要求在評估過程中切實做好隨帶上方沖溝、陷穴、落水洞、地裂縫等問題的處理預案及應對措施。要嚴格按照設計要求和施工步驟有序推進，在淺埋、偏壓路段可增加選測項目的量測，量測數(shù)據(jù)應及時做好回歸分析。

2)在開挖中，應做好每循環(huán)進尺距離管理，在小凈距隧道建設施工時，應確保左右洞掌子面距離大于3D，并做好未開挖側保護土體的寬度控制工作。監(jiān)控量測點應嚴格按照設計尺寸和范圍進行布設，特殊地段應該做好加密處理，間距不大于5 m。一旦圍巖變形較大，則可在上臺階加設臨時仰拱完成支護，要求仰拱與掌子面距離保持在30 m以內。

3)項目施工中應建立及時、有效、完善的監(jiān)控量測預警機制。當圍巖變形速率大于10 mm/d或累計變形值大于10 cm時，必須按照既定的應急處置預案及時處理。

3.3 切實做好隧道內部的防水防漏工作

做好黃土區(qū)域隧道的防水防漏工作，對于提升隧道施工進程和整體工程質量具有非常重要的意義，黃土隧道防水施工的關鍵在于防水卷材的科學合理敷設。具體在敷設防水卷材時，順邊墻鋪設、順拱部環(huán)向鋪設是兩種主要的方式，在敷設過程中應確保防水卷材的黏結度和搭接度，其應分別保持在15 cm和10 cm以上，避免因卷材過松、過緊而導致滲水漏水的問題發(fā)生。

4 項目建設中特殊路段施工重點(進出洞口、淺埋段、沖溝、偏壓)

4.1 進出洞口施工

1)盡量結合實際地形施工，避免對仰坡進行大開挖，特別是不能挖除洞口兩翼的山體。

2)加強對洞口段地表沉降和拱頂下沉的監(jiān)控量測，頻率可適當增加。

3)當洞口前路基需要特殊處治時，如強夯，應先將路基段處理完畢，避免隧道先施工，路基處治時對隧道洞口土體的擾動而誘發(fā)坡體失穩(wěn)。

4)洞門一般應盡早施作，明洞或洞門在進洞達15 m～20 m后施作，以保證洞口的安全。

4.2 偏壓淺埋段施工

1)在隧道穿越偏壓、淺埋段時，應采取卸載，反壓回填，抗滑樁，砌筑工程或地表預加固等綜合處治措施。

2)進洞時宜采用管棚進洞，當隧道洞口圍巖差而導致進洞困難時，可根據(jù)實際情況妥善制定進洞方案。

3)對于進出口段、沖溝段等事故易發(fā)地段要采取加固措施，二襯及時施作。

4.3 地質不良段施工

1)濕陷性黃土隧道施工時需進行地基處理，消除黃土的濕陷性，提高地基的整體承載力。

2)對土質松散的圍巖、含水量較大的圍巖或嚴格控制地表沉降的地段應分部開挖、分部支護，嚴禁各臺階都進行開挖后再一起錨噴支護。

5 結語

針對高速公路黃土區(qū)域隧道建設施工進行嚴格規(guī)范的管理，能有效提升工程建設項目質量，具有非常重要的意義。新時期，隨著我國黃土地區(qū)高速公路隧道項目建設數(shù)量的逐漸增多，建設施工者必須提前對施工區(qū)域開展系統(tǒng)的地質環(huán)境勘察，在施工環(huán)節(jié)中規(guī)范隧道開挖、支護、防排水的各項施工工藝，加強施工過程的建設質量管控，切實有效地提升高速公路黃土隧道建設施工質量，促進我國在黃土區(qū)域建設高速公路隧道工程的發(fā)展積累更多富有價值的經驗。