淺談黃土隧道的施工控制措施

王成祥

1 概況

翼城—侯馬高速公路是山西省總體規劃“十一橫”中的第十橫，是山西南部地區通往中原、西北、華北及東南沿海地區的主要通道之一。其中西化坡隧道位于翼城縣東約 26 km的楊家河西岸黃土峁梁，隧道單洞總長 595m，樁號里程為:右線 K 63+660～K 63+945，左線 K63+635～K63+945，進出口明洞左右線各30m。地貌單元為黃土丘陵區，地層以中更新統(Q2)坡洪積物及第四系上更新統(Q3)黃土為主，大部分不濕陷或具Ⅰ級非自重濕陷，局部Ⅱ級非自重濕陷，未有地下水，圍巖級別定為Ⅱ類為主。

2 設計優化

原初步設計時隧道單洞共長 810m，在施設階段，根據地形及地質條件，路線 JD2移位 21.6m，進行了平、縱線形的聯合優化，使得西化坡隧道長度變為 595m(單洞共長)，比初設短 215m，并將隧道向地質條件有利的一側偏移;設計時采用小徑距、分離式單洞雙車道斷面，以便在兼顧路線線性、土地占用等原則上，盡量降低斷面對土質自穩能力的擾動，因上部全為黃土覆蓋。

隧道橫斷面設計見圖 1:凈寬:9.75m，凈高 5m，右側設檢修道，襯砌斷面內輪廓采用單心圓。

3 施工控制

小凈距隧道施工控制的重點是工序控制，要正確安排雙洞開挖、支護的間隔和順序，有效地控制兩隧道之間由于凈距較小引起的圍巖變形，確保隧道結構的安全。

根據黃土圍巖地段及現場條件，以保護中夾巖體的穩定完整為前提，制定施工開挖及支護的基本指導原則:“先治水、短開挖、不爆破、強支護、早襯砌、勤監測”，并嚴格控制左右洞開挖的時間和長度，其同斷面開挖時間必須錯開，不得同時開挖，以免發生塌方。

3.1 臺階開挖法分析

臺階法可以有足夠的工作空間和相當的速度，但是上下部有干擾。先行開挖上部臺階，并選擇適當的臺階長度，應根據初期支護形成的閉合斷面時間的時間要求，以及上斷面開挖支護出渣等機械設備所需的空間大小。臺階法開挖會對圍巖的擾動次數增多，但是臺階有利于開挖面的穩定。尤其是上部開挖支護后，下部作業就較為安全，但是注意下部作業時對上部穩定性的影響。1)臺階的長度要適當。按臺階的長短可分為長臺階、短臺階、微臺階三種。臺階的長度如圖 2所示中的L，長臺階 L＞50m，短臺階 L=5m～30m，微臺階 L=3m～5m。 2)解決好上、下斷面作業的相互干擾問題，微臺階基本上是合為一個工作面進行同步掘進;長臺階基本上拉開，干擾較小;而短臺階干擾就較大，在施工時應注意作業組織。3)下部開挖時，應注意下部穩定。圍巖穩定性較好則可以進行分段順序開挖;若圍巖穩定性較差，則應縮短下部掘進的進尺;若圍巖更差則要左右錯開。

3.2 臺階法施工

3.2.1 主要開挖的機具及材料

主要開挖的機具見表 1。

表1 主要開挖機具

3.2.2 施工工藝

采用正臺階法施工，上半斷面預留核心土，穩定掌子面，每一循環進尺 0.5m～1.0m，開挖采用機械(挖掘機)開挖結合人工開挖，嚴禁出現爆破以及大進尺的開挖，自卸汽車出渣，隨挖隨出渣，以便保證洞內的施工工作面。在整個開挖過程中，每個循環都必須進行超前地質情況探測以及超前支護，采用先拱后墻法，若遇到斷層開挖面時則必須進行馬口開挖，根據超前鉆探資料，分析斷層情況，選用合理的開挖方法以及循環進尺。在隧道開挖中延續向隧道前進方向超前鉆孔，每次不得少于 2個鉆孔，每個孔的長度不小于 4m，此時各個循環斷面的距離必須縮短，并且在開挖完成后立即進行初噴混凝土，減少圍巖的暴露、松動和地層壓力的增大，從而充分發揮構件支撐作用，保護中夾巖體的承載力及圍巖穩定，盡量早封閉成環。緊跟開挖面之后，嚴格做好現場監控量測，根據量測反饋的信息，及時調整初期支護和二次襯砌的最佳時間，以確保每個循環的工作安全和工作質量。

3.2.3 施工要點

1)整個施工過程中要貫穿一個思想:快速和干燥。即:循環快，進尺快;干燥就是要保證隧道內部無水狀態下施工。濕陷性黃土最大的優點是:在干燥的狀態下，粘滯性好，整體穩定性好，不容易掉塊，不易在短時間內產生坍塌。2)在上臺階開挖時保證預留核心土弧形開挖，機械為主，人工為輔。3)在下臺階開挖過程中，單洞左右邊墻一定要錯開開挖。4)不同類圍巖交接處，嚴格控制水。開挖后立即進行支護，切寧強勿弱。5)左右洞錯開開挖，其各自開挖斷面相距應不小于 30m。綜上所述，黃土隧道，特別是小徑距的土質隧道，雖然有不用爆破的有利條件，但也存在著圍巖自穩能力嚴重不足且抵抗施工破壞能力弱的缺點，因此必須針對這些特點，施工前制定可靠、可行的施工組織計劃，切實做好開挖方案的選擇及工序的嚴格執行，目的就是要充分利用圍巖有限的自穩能力，盡量減少破壞干擾，開挖后及時緊跟支護體系，形成巖體與支護結構盡快整體受力的效果。

[1] 王善高，嚴少發.大斷面黃土隧道施工關鍵技術[J].山西建筑，2009，35(6):338-339.