大跨度黃土隧道施工技術探討

摘 要：本文以賀家莊隧道為工程背景，分析了工程概況、水文地質特征和施工中出現的問題，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：隧道 施工 技術 地質

中圖分類號：TB21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0053-02

《中長期鐵路發展規劃》的實施和國務院批準的9條客運專線的立項，標志著我國高速鐵路建設高潮的到來。鄭西鐵路客運專線是路網規劃“四縱四橫”中徐州至蘭州快速通道中的一段。鄭西客專黃土隧道是目前我國在黃土隧道地區修建的斷面最大的隧道，開挖斷面在170 m2以上，同時隧道內采用無碴軌道，對基礎要求高，對結構的控制要求嚴，因此給施工帶來一系列問題需要我們在工作中加以研究探討。

結合賀家莊隧道目前施工情況，闡述了預留核心土法開挖黃土隧道施工工藝以及施工中應該注意的問題，以供有關人員探討、參考。

1 工程概況

賀家莊隧道全長1815m，起止里程DK241+620～DK243+435，線路縱坡5.50/00，隧道按行車速度200 km/h以上客運專線雙線隧道設計，洞內采用旭普林無碴軌道結構，進出口均采用1∶2.5橢圓臺面帽檐斜切式洞門。隧道設計Ⅴ級圍巖96 m，Ⅳ級圍巖1671 m，進出口明洞48 m。

1.1 地形、地貌

隧道所處區域為黃土臺塬地貌，地面高程400～600 m，相對高差約60 m。進出口黃土“V”字型沖溝切割強烈，相對高差較大，岸坡陡峻。洞頂地形平坦，墾為旱地或果林，植被差。

1.2 水文地質特征

地表水不發育，為溝內季節性流水。地下水為黃土內空隙潛水，由于黃土塬地勢較高，黃土垂直節理發育，沖溝切割較深，地下水排泄暢通，隧道所遇空隙潛水水量有限。

1.3 工程地質

（1）地層巖性：本段分布地層有第四系全新統坍滑堆積（Q4SL）黏質黃土、上更新統（Q3）黏質黃土、中更新（Q2）統黏質黃土、砂質黃土。

（2）地質構造：未見構造形跡。

（3）不良地質：不良地質為坍滑、黃土陷穴。

①坍滑：位于出口DK243+320～+377段，主要由于連霍高速公路三門峽生活服務區的下水管道斷裂，廢水下滲形成表層黃土坍落，范圍57×30 m，厚2～10 m，分布于隧道出口洞身上。②黃土陷穴：DK243+400～+425線路左側分部一黃土陷穴，主要為地表水沿節理下滲，帶走黃土中細小顆粒，引起土體泄落形成。

2 施工方法

施工中嚴格按照“先探測、管超前、非爆破、嚴控水、強支護、勤量測、早襯砌”的原則組織施工。Ⅳ級圍巖段采用弧型導坑預留核心土七步流水法施工，設計支護參數為：Ⅰ20a型鋼鋼架，間距0.8～0.9 m。

施工工序見下圖1。

3 施工中出現的問題

2006年7月2日當隧道掘進至DK243+333.7里程時（設計Ⅳ級圍巖地段，距離洞口71 m），發現土層含水量增加，地質條件變差，與設計Ⅳ級不符，土層結構較為松散，隨即發現地表出現裂紋，同時監測到已施工段拱頂下沉加劇，之后至7月13日的開挖施工中，發現地表裂縫隨掌子面向前發展，因此于7月14日停止掘進。

4 原因分析

引起該段變形較大的原因主要有以下幾個方面。

（1）該段分布不良地質體，地層巖性差，而支護參數未考慮加強。（2）由于洞頂高速公路排污管道污水下滲，導致土層自穩能力下降。（3）根據地表裂縫顯示洞身存在偏壓現象。（4）施工中仰拱未能及時閉合。

5 采取的主要措施

（1）根據監控量測反饋，在發現拱頂下沉量較大后，隨即采取了抬高鋼架的措施，確保了二次襯砌厚度。

（2）增加鎖腳錨管，增加初期支護的強度。

（3）擴大拱腳增加拱腳受力面積，提高鋼架支承能力。

（4）至7月13日發現地表裂縫隨掌子面向前發展，并根據裂縫走向判定隧道存在偏壓現象，并且山體有滑動跡象，因此于7月14日停止了掘進，等待設計處理方案。之后按照設計方案采取了如下措施。

①洞頂局部清方減載，線路左側進行反壓回填，回填高度至隧道拱頂處。②地表高速公路生活區排污管道進行了改移。③洞口邊仰坡盡快按設計邊坡刷方。④洞內掌子面暫時停止掘進，弧形開挖暴露面采用錨網噴封閉，參數：噴砼厚15 cm，Φ8鋼筋網，間距20×20 cm，Φ22砂漿錨桿，每根長5.0 m，間距2.0 m，梅花型布置。⑤DK243+328～+324采用編織袋裝土碼砌至拱腳位置。DK243+328～+310段設C20鋼筋砼臨時仰拱進行封閉，臨時仰拱厚度30 cm，內設Ⅰ18型鋼，間距0.8 m，及雙層Φ8鋼筋網，間距20×20 cm。根據量測值必要時加設鋼筋砼橫撐。⑥盡快施作洞口段二次襯砌及明洞。⑦DK243+310～+150段采用CRD法工法。

6 總結或體會

通過采取了以上處理措施，洞內及地表變形已趨于穩定，確保了隧道的安全，達到了預期的效果。同時，需要我們解決采用弧型導坑預留核心土七步流水法施工中如何能更好地解決隧道沉降變形的問題。

（1）根據賀家莊隧道變形量測資料顯示，隧道下沉的主要形式為初期支護的整體下沉。變形發展一般分為3個階段。

第一階段：上導開挖后1～3天，變形下沉小，拱部僅輕微下沉拱腳輕微內移，變形量一般為1～3 cm。第二階段：迅速發展階段，該階段從下半斷面落底挖邊墻馬口開始，洞室變形發展迅速，變形量達到3～10 cm。第三階段：變形趨于穩定階段，該階段從仰拱初期支護閉合成環，仰拱混凝土施工完成后開始，至二次拱墻模筑襯砌施工完成止。

隧道開挖后總的變形量值和迅速變形階段結束的時間，完全受控于仰拱封閉的時間，仰拱早封閉則總變形量小，仰拱晚封閉則總變形量大，仰拱封閉的時間是變形的一個關鍵控制點。

（2）加強監控量測，切實做好監控量測工作，及時反饋信息、指導施工，以便及時調整預留變形量及初期支護參數，確保初期支護不侵入二次襯砌界限。

（3）施工中應經常注意黃土含水量、地質狀態等的變化，及時提出設計變更，確保施工安全。

（4）重視地表沖溝、陷穴對隧道的影響。

黃土隧道另一大特點是地表沖溝、陷穴發育，形成地形淺埋、偏壓以及地表水下滲，從而降低圍巖物理力學指標，惡化隧道結構的受力條件。施工前應收集相關資料，必要時對沖溝、陷穴采取回填夯實、填土反壓、改變地表水徑流條件等工程措施，避免地表水下滲危及隧道工程。雨季施工時應特別予以重視。

參考文獻

[1]劉祖典.黃土力學與工程[D].西安理工大學，1996，19.

[2]GB50025-2004.濕餡性黃土地區建筑規范[S].北京：中國計劃出版社，1992.