大斷面濕陷性黃土隧道施工技術

蘇隴羊

【摘要】在我國北方地區，黃土是一種常見的特殊土質類型。在黃土中進行隧道工程的施工難度相對較大，尤其是濕陷性的黃土類型中難度就更大。基于此，筆者重點論述了大斷面濕陷性黃土隧道的施工技術，以期作為參考。

【關鍵詞】大斷面；濕陷性；黃土隧道；施工技術

黃土是我國北方地區常見的一種特殊土，其基本色調是黃色，黃土具空隙，垂直節理發育，直立性強，新黃土多具濕陷性。顆粒粒徑在0.05-0.005mm之間，以粉粒為主的約占土的總質量的60%；孔隙比e在1.0左右或更大；含有較多的可溶鹽類；能保持直立的天然土坡；具有肉眼可見的大孔隙。濕陷性黃土在我國分布很廣，面積約占45萬km2。研究濕陷性黃土中隧道施工技術能夠有效確保工程施工質量，確保施工人員的生命安全。

大斷面濕陷性黃土隧道的特點

在濕陷性黃土地區修建大斷面黃土隧道有兩個顯著的特點：第一，濕陷性黃土地基的處理；第二，大斷面黃土隧道開挖后拱頂及局部應力集中過大，拱頂沉降較大，造成隧道結構易失穩。因此在不同的地質情況下研究適宜的開挖方法，減小隧道拱頂沉降，有效抑制隧道圍巖變形，在保證隧道施工安全的基礎上加快施工進度，尋求一種克服洞內空間受限消除地基濕陷性的方法對大斷面濕陷性黃土隧道施工有重要意義。

二、大斷面濕陷性黃土隧道的施工技術

（一）開挖方法的選擇

大斷面黃土隧道施工控制重點主要是要有效地控制圍巖變形，因此圍巖的情況決定了隧道施工方法的選擇。大斷面隧道開挖控制變形，保證圍巖穩定的原則就是化大為小，采用分部開挖支護，仰拱二襯緊跟。對于埋深較大的IV級老黃土圍巖，由于黃土具有直立性好、宜成型的特點，在適用短進尺的條件下，有一定的圍巖穩定時間，保證在圍巖未有大的變形掉塊的情況下有足夠的立架和噴錨作業時間，從而保證施工安全，采用弧形導坑法。

（二）開挖施工技術

1.弧形導坑法

弧形導坑預留核心土施工是將整個隧道斷面劃分為上中下和仰拱4部分，以前后6個不同的開挖面相互錯開開挖，然后分部進行支護，形成支護整體，縮短作業循環時間，逐步向縱深推進的作業方法。拱部采用環形導坑開挖，利用核心土施壓掌子面。該方法的主要施工方法如下：第一，測量人員對掌子面進行測量放樣，根據隧道施工監控量測分析預留沉降量控制在10-15cm；第二，上弧導開挖支護。拱部120°范圍內施作超前小導管，待漿液達到一定強度后，采用機械開挖。上弧導核心土頂面距拱頂1.5-2.0m，核心土兩側距開挖面約2m，上導坑開挖高度約4.9m，每循環進尺控制在一榀鋼拱架的間距，上臺階長度控制在3一5m，開挖后及時初噴，架設鋼架、施作系統錨桿及鋼筋網片，復噴混凝土至設計厚度；第三，左側中部和右側下部開挖。待上弧導超前中臺階3-5m時，在承載拱的支護下，交錯開挖左側中部和右側下部馬口，左右錯開1-2m，先后按同樣方法進行支護，使同一斷面處暴露開挖面僅限于單側；第四，右側中部和左側下部開挖（方法同上）；第五，仰拱開挖長度一次不能超過5m，施作仰拱支護，及時進行仰拱及填充施作；第六，仰拱及混凝土。填充長度達到一組襯砌長度，利用襯砌模板臺車一次性灌筑襯砌。

2.雙側壁導坑法

雙側壁導坑法施工采用化整為零的原理，利用臨時中隔壁和橫撐把整個隧道斷面分割成9個小洞室分部施工，每個小洞室分別形成封閉的環形結構支護體系。主要施工方法如下：第一，測量人員對掌子面進行測量放樣，根據黃土隧道施工監控量測分析預留沉降量控制在20-25cm；第二，施作兩側上臺階超前小導管，預留核心土，人工開挖兩側上臺階，施作初期支護：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設鋼筋網，架立周邊鋼架及臨時橫撐鋼架，施作鎖腳錨管，周邊（含底部）噴混凝土至設計厚度；第三，機械開挖兩側下臺階，施作初期支護：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設鋼筋網，架立周邊鋼架及臨時橫撐鋼架，施作鎖腳錨管，周邊（不含底部）噴混凝土至設計厚度；第四，施作中部上臺階超前小導管，預留核心土，機械開挖中部上臺階，割除雙側壁導坑支護露出的錨桿，施作初期支護：初噴混凝土4cm，然后施作錨桿、掛設鋼筋網，架立拱部鋼架。噴射拱部混凝土至設計厚度；第五，開挖隧道中部下臺階；第六，拆除雙側導坑底部的臨時橫撐，開挖隧道兩側仰拱土體。施作初期支護：初噴混凝土4cm，架立仰拱鋼架，接長臨時鋼架，噴混凝土至設計厚度；第七，開挖隧道中間剩余的土體，施作初期支護：初噴混凝土4cm，架立仰拱鋼架，噴混凝土至設計厚度；第八，及時綁扎仰拱鋼筋，澆筑隧道仰拱，澆筑仰拱填充混凝土；第九，根據監控量測結果分析，待時機合適，拆除剩余臨時支護及橫撐。施作防排水、二襯鋼筋，利用襯砌模板臺車一次性灌筑襯砌混凝土。

3.CRD導坑法

以巖體理論力學為基礎，監控量測為依據，按“化整為零”的原則用中隔壁和橫撐將整個隧道斷面劃分左右兩側共5部分，各部分開挖后及時初期支護，合理確定工序之間的關系。主要施工方法：第一，測量人員對掌子面進行測量放樣，根據黃土隧道施工監控量測分析預留沉降量15-20cm；第二，各部施工方法參照雙側壁導坑法。

（二）地基加固技術

施工段新黃土的固有承載力是滿足設計承載力要求的，但是該地區是濕陷性黃土，遇水后會發生沉降或塌陷現象，對鐵路的運營有很大的潛在威脅。因此采用水泥土擠密樁的方法消除基底的濕陷性，保證運營期間的長期安全穩定性。水泥土擠密樁有兩種施工工藝，分別是重錘沖擊成孔水泥土擠密樁（非排土擠密樁）和洛陽鏟成孔水泥土擠密樁（排土擠密樁）。由于重錘沖擊成孔水泥土擠密樁振動較大，施工時對隧道支護結構有一定的影響，文章主要論述洛陽鏟成孔水泥土擠密樁的施工方法。

1.洛陽鏟成孔水泥土擠密樁施工工藝

洛陽鏟成孔水泥土擠密樁是洛陽鏟由打樁機提升后，借助重力自由下落切入擬加固地層，掏出原狀土而成孔，該工程屬于排土成孔，對樁孔周圍土體沒有擠密作用。樁孔達到設計深度，將打樁機上洛陽鏟更換為重錘，并向孔內分層回填水泥土，利用重錘自由下落時產生的沖擊能量對回填水泥土分層夯實。在夯實過程中，水泥土在重錘沖擊能量的作用下被迫向樁孔四周擠出而壓密周邊土體。如此反復分層回填、分層夯實，形成樁土復合地基，達到加固地基和消除黃土濕陷性的目的。

2.施工技術要點

第一，正式施工前必須根據實際成孔方法和理論計算確定一個試驗樁間距，并通過工藝試驗進行驗證。當地基處理效果達不到設計要求時，需對樁間距反復進行調整直至達到要求為止；第二，成孔順序采用間隔跳打法，即隔排隔行，間隔1-2個孔跳打；第三，樁孔回填夯實時，嚴格按照工藝試驗所確定的

回填厚度、夯擊次數、重錘落距等參數進行施工；第四，成孔后立即回填，做到每根擠密樁連續施工，一氣呵成；第五，打樁機要準確穩定定位，重錘與樁孔相互對中，重錘應能自由下落孔底；第六，為了保證樁頭夯實質量，樁頭超出設計樁頂標高50cm，其上虛樁可采用黃土回填并輕夯至地面；第七，水泥土回填過程中，應認真控制并記錄每一樁孔的填料數量和時間，發現問題及時處理。第八，水泥土拌制根據回填要求隨拌隨用，已拌的水泥土不得超過6h，被雨水淋濕浸泡后的水泥土嚴禁使用。

總之，在濕陷性的黃土中進行隧道施工難度較大。文章重點論述了大斷面濕陷性黃土施工中的開挖施工技術和地基加固施工技術，在具體施工的時候，應依據工程的具體特點和要求，選擇合適的施工技術和方法，進而確保工程的施工質量和施工人員的安全。

【參考文獻】

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