淺談黃土隧道“蘑菇型”開(kāi)挖法

■謝一致

（福建省第一公路工程公司，泉州 362017）

1 前言

黃土隧道根據(jù)不同地質(zhì)條件，開(kāi)挖方法主要有：臺(tái)階分部、環(huán)形開(kāi)挖留核心土、雙側(cè)壁導(dǎo)坑、三臺(tái)階七步等多種開(kāi)挖方法，但掘進(jìn)進(jìn)度大多都不理想。

“蘑菇型”開(kāi)挖法即改進(jìn)型正臺(tái)階開(kāi)挖法，與全斷面開(kāi)挖基本相似,是基于本隧道圍巖特征，對(duì)圍巖穩(wěn)定性有一定科學(xué)依據(jù)和開(kāi)挖安全的前提下，提出一種新的開(kāi)挖方法。該方法遵循“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”的方針，深入了解地質(zhì)狀態(tài)，及時(shí)用監(jiān)控量測(cè)反饋圍巖與支護(hù)動(dòng)態(tài)變化指導(dǎo)施工，是對(duì)新奧法認(rèn)識(shí)、探索過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。該方法作業(yè)空間大、開(kāi)挖掘進(jìn)快、相互干擾少、工作效率高，人力成本低、可同時(shí)展開(kāi)多個(gè)工作面施工等優(yōu)點(diǎn)。可解決軟弱圍巖的穩(wěn)定問(wèn)題和提高施工進(jìn)度，該方法可供類似地質(zhì)的軟弱圍巖（尤其是黃土隧道）隧道施工參考。

2 隧道圍巖基本特征

西部大通道,包(頭)北(海)線陜西境，黃陵至延安高速公路南秋臺(tái)二號(hào)隧道為分離式黃土隧道，設(shè)計(jì)凈高為5m，凈寬為9.75m。隧道位于第四系中更新（Q2eol）離石黃土的中下部，厚度30～80m，為Ⅱ類圍巖（相當(dāng)于Ⅳ級(jí)圍巖）。僅洞口處表層8～10m（第一層古土壤以上）為上更新統(tǒng)（Q3eol）馬蘭黃土為濕陷性黃土。

第四系中更新離石黃土（Q2eol）巖性為棕黃色、黃褐色低液限粉土質(zhì)粘土，局部粉土含量較高，稍濕、致密、低壓縮性，具有孔隙結(jié)構(gòu)，偶有白色晶斑和晶線，垂直節(jié)理發(fā)育，并有數(shù)層棕紅色古土壤及其下部鈣質(zhì)結(jié)合層。主要力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 隧道圍巖物理力學(xué)指標(biāo)

進(jìn)洞后，巖性基本與設(shè)計(jì)資料吻合，稍濕無(wú)水，土質(zhì)較密實(shí)，為棕紅色黃土狀粘土、棕褐色低液限粉質(zhì)土。開(kāi)挖面可見(jiàn)4～6 層鈣質(zhì)結(jié)核層，呈水平層分布(見(jiàn)圖1)，厚度50～80cm,在距拱頂400cm 和600cm 處結(jié)核層厚度分別為150cm 和100cm，結(jié)核塊為不規(guī)則形狀,大小10～30cm，最大50cm，鈣化程度較深，質(zhì)地堅(jiān)硬，類似泥灰?guī)r狀，對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。

圖1 圍巖地質(zhì)剖面示意圖

隧道開(kāi)挖后，圍巖徑向應(yīng)力釋放，環(huán)向應(yīng)力增加，并產(chǎn)生維護(hù)自身穩(wěn)定的彈性應(yīng)變，隨之強(qiáng)度下降產(chǎn)生松動(dòng)變形，在松動(dòng)變形之之前，進(jìn)行初期支護(hù)，是確保施工安全必要條件。通過(guò)對(duì)圍巖和初支的周邊位移量測(cè)，隧道周邊相對(duì)位移值均小于設(shè)計(jì)值，表明圍巖穩(wěn)定性較好。隧道內(nèi)水平分布多層鈣質(zhì)結(jié)核層，不僅直接支撐了掌子面圍巖不會(huì)掉塊、崩塌，而且還減輕了洞室的側(cè)壓力。為了加快掘進(jìn)速度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，分析，論證，并對(duì)隧道圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)及支護(hù)體系的應(yīng)力計(jì)算，其安全度n 值大于4.5 的兩倍之多,安全度是有保證的。

3 “蘑菇型”開(kāi)挖施工步驟

3.1 “蘑菇型”開(kāi)挖

“蘑菇型”開(kāi)挖方法：掘進(jìn)采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，人工修鑿開(kāi)挖輪廓線（半徑為R=618cm），開(kāi)挖的掌子面如同蘑菇狀(見(jiàn)圖2)。開(kāi)挖總高度7.89m，兩側(cè)邊墻留平臺(tái)寬度各2m，高度2.2m。

圖2 活動(dòng)工作平臺(tái)示意圖

掘進(jìn)長(zhǎng)度：根據(jù)設(shè)計(jì)圖鋼拱架每?jī)砷g間距為75cm，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況，每循環(huán)掘進(jìn)225cm（安裝3榀鋼拱架距離）或300cm（安裝4 榀鋼拱架距離）。

施工工藝流程：挖掘機(jī)開(kāi)挖→側(cè)卸裝載機(jī)裝土→自卸汽車運(yùn)輸→利用自制活動(dòng)工作平臺(tái)找頂和風(fēng)鎬修整輪廓線→初噴砼→掛鋼筋網(wǎng)→安裝鋼拱架→施作錨桿→復(fù)噴砼厚15cm～20cm（此時(shí)，為了實(shí)施平行流水作業(yè)提高掘進(jìn)進(jìn)度和更好地讓鋼拱架有一定的柔性變形及充分發(fā)揮圍巖的共同作用，復(fù)噴至15～20cm 時(shí)可先掘進(jìn)，一般在鋼拱架周圍厚些，兩榀鋼拱架中間薄些，形成一圈圈凹槽。拉開(kāi)30～50m 距離后,再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度）→再?gòu)?fù)噴到設(shè)計(jì)厚度25cm。每日兩循環(huán)，日進(jìn)尺4.5～6m。

3.2 邊墻開(kāi)挖，鋼拱架支腿落底支護(hù)

邊墻開(kāi)挖，必須采用跳槽開(kāi)挖法。馬口長(zhǎng)度不大于安裝三榀鋼拱架距離（225cm），跳槽長(zhǎng)度不小于2.5m，嚴(yán)禁兩側(cè)同時(shí)開(kāi)挖，開(kāi)挖后，必須及時(shí)支護(hù)。

開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)禁碰及已施工拱部的初期支護(hù)，尤其鋼拱架腳法蘭盤(pán)及鎖腳錨桿。欠挖部分，人工手持風(fēng)鉆鑿除到位。邊墻地基上部留10cm 土層,用于調(diào)節(jié)拱架腿部安裝高度,馬口開(kāi)挖后,立即安裝鋼拱架腿部支撐。安裝后，立即初噴、掛網(wǎng)、打錨桿、復(fù)噴、再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，完成邊墻初期支護(hù)。

3.3 仰拱開(kāi)挖

仰拱開(kāi)挖分左右幅和分段進(jìn)行，縱向每段長(zhǎng)度不大于10m，縱向施工縫設(shè)于總寬3/5 處（設(shè)計(jì)中央排水溝位于隧中仰拱之上）。基底應(yīng)預(yù)留10cm 人工開(kāi)挖整平，使仰拱基底孤線圓滑平順，拱座與邊墻基礎(chǔ)平順相接。澆注砼前，清理基底虛渣→用高壓風(fēng)吹凈塵土→抹一層砂漿→澆筑仰拱砼。

4 結(jié)束語(yǔ)

南秋臺(tái)隧道“蘑菇型”開(kāi)挖掘進(jìn)，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，側(cè)卸式裝載機(jī)裝土，自卸汽車運(yùn)輸，活動(dòng)工作平臺(tái)找頂、修整、支護(hù)。一次性開(kāi)挖落底，施工空間大，可提高工作效率和工程質(zhì)量；縮短挖、裝、運(yùn)時(shí)間；便于450cm 長(zhǎng)錨桿施作；避免風(fēng)管、水管、電力線路多次敷設(shè)；相互干擾少，拉開(kāi)距離后可展開(kāi)開(kāi)挖、清渣、支護(hù)“一條龍”施工和邊墻刷幫、支護(hù)以及仰拱、二襯多個(gè)工作面同時(shí)施工格局，并可實(shí)施平行流水作業(yè)。

黃延高速公路南秋臺(tái)黃土隧道，左右洞（兩個(gè)洞口）合計(jì)2485m，除洞口段約20m 采用環(huán)形開(kāi)挖留核心土開(kāi)挖方法外，其余均采用“蘑菇型”開(kāi)挖法。實(shí)踐證明，切實(shí)可行，安全有保證。日進(jìn)尺可達(dá)4.5～6m，單口月掘進(jìn)150m 以上。

[1]JTJ 042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]陳國(guó)新.黃延高速公路南秋臺(tái)Ⅱ號(hào)隧道內(nèi)輪廓線的控制[J].山西建筑,2008,34(4).

[3]白羚.鋼管混凝土拱橋綜合施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(4).