大斷面黃土隧道施工關鍵技術

王華

摘 要：由于黃土具有多孔隙性、垂直節理發育、層理不明顯、透水性強以及濕陷性黃土的濕陷性5個方面的特征，在黃土地區修建隧道、尤其是大斷面隧道時，黃土對隧道可能產生諸多不利的影響，甚至威脅到隧道的穩定安全，如果施工過程中，所采用的施工方法、支護措施、監控量測手段以及危險應急預案措施不當或者不到位，那么極有可能出現一系列不良的影響。該文通過對大量工程實例方面文獻的分析，總結了在黃土地區修建大斷面隧道的幾項關鍵施工技術。

關鍵詞：黃土 隧道施工 大斷面 關鍵技術

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0047-02

隨著我國經濟的快速發展，我國高速鐵路、高速公路網在不斷加密，尤其是隨著施工技術的發展，遇到山體等障礙物時修建隧道通過使線路的長度大幅縮短，并且提高了運營的安全性和舒適性。隨著高速鐵路的建設，隧道的數目也越來越多，隧道的斷面也在不斷加大，這都導致了隧道施土難度的成倍增加，特別是在黃土等自穩性較差的地層中修建隧道，其難度也將更大[1]。黃土具有多孔隙性、垂直節理發育、層理不明顯、透水性強以及濕陷性黃土的濕陷性5個方面的特征，導致在該地區的隧道工程施工中存在著一定的困難和特殊性[2]。隨著鄭西客運專線的建設，中國己經建成了大量的開挖面積在160 m2的高速鐵路雙線黃土隧道。科研人員對大斷面黃土隧道施工的過程中控制技術方面進行了大量的研究，并且取得了大量的研究成果[3-6]，提出了不設拱部系統錨桿的支護措施，以及三臺階七步開挖法和變形控制標準等新技術，并且在實際工程中得到了應用。

1 黃土對隧道施工的影響

1.1 垂直節理的影響

黃土中存在較為發育的垂直節理，破壞了圍巖的完整性，在隧道開挖卸荷的過程中，土體更容易發生局部破壞甚至塌方。

1.2 黃土沖溝的影響

當隧道沿著黃土沖溝走向時，如果支護措施不當，可能會產生較大的隧道塌方、掌子面滑塌等災害。

1.3 黃土溶洞及陷穴的影響

在黃土地區，溶洞和陷穴是經常見到的不良地質現象，若隧道修建在其上方，則容易造成隧道基礎的下沉；若隧道修建在其下方，則隧道有發生冒頂的危險；若隧道修建在其臨側，則隧道有可能承受較大的偏壓，使圍巖和襯砌處于不利的受力狀態。

1.4 水的影響

由于黃土在干燥時穩固性很好，承載能力較高，但是當黃土浸水后，由于濕陷性黃土的濕陷性，黃土的強度急劇下降，會突然出現下沉現象，開挖后的圍巖很快喪失自穩能力。若支護不及時，極有可能造成隧道的失穩坍塌。

2 黃土隧道施工關鍵技術

由于黃土自身的工程特性，對隧道施工會造成各種不利的影響，因此在黃土地區修建隧道，尤其是大斷面隧道時，應當采取特殊的施工措施來保證隧道施工的穩定與安全。

2.1 做好施工前的調查

由于黃土的特殊性，在黃土地區修建隧道之前，需要先做好工程地質的調查，了解隧道所經過區域的黃土的種類、節理的產狀與分布、形成年代、工程性質、地下水的情況、地表水的情況、對隧道施工可能產生的不利影響等，然后制定出合理的應對措施。

2.2 選擇合理的開挖方式

在大斷面黃土隧道的修建中選擇合理的開挖方式至關重要，這是因為在大斷面黃土隧道的施工過程中圍巖可能會產生較大的變形現象，從而可能對施工現場以及施工人員、機械的安全產生威脅。所以在開挖的過程中應當遵循化大斷面為小斷面，分部開挖和支護的施工原則[7]。在有偏壓的淺埋隧道V級圍巖時，為了有效地控制沉降，往往需要采用雙側壁導坑法施工。對于黃土隧道應當根據圍巖級別和施工條件選擇不同的施工方法，通過大量的研究表明，雙側壁導坑法在控制地表下沉方面要優于中隔壁法，中隔壁法在控制地表沉降方法要優于上下臺階法[8]。但是由于每一種開挖方法都具有自身的優缺點，在具體選用時應當考慮圍巖條件、施工安全、環境條件、工期、隧道埋深、工程造價等諸多因素，綜合考慮確定。

2.3 支護技術

在黃土隧道支護結構設計中，應當遵循“早封閉、強支護”的基本原則。黃土隧道由于其特殊性，支護采用“格柵鋼拱架、鋼筋網、噴射混凝土和模筑混凝土”組成的復合式襯砌，很多學者對黃土隧道支護參數進行了大量研究的基礎上提出，取消拱部系統錨桿、加強拱架鎖腳等，這在一定程度上使初期支護的閉合時間大大縮短，對于控制圍巖變形和隧道的整體下沉較為有利。在施工中，可以采用加厚初期噴射混凝土的厚度，結合大規格的格柵鋼拱架來提高支護結構的支護效應。

2.4 實現信息化施工

在進行黃土隧道的施工中，應當使隧道的變形處于監控的狀態，以便于隨時了解圍巖和支護結構的變形情況，及時采取有效的措施，這也是信息化施工的一項必要要求。在黃土隧道施工中，監控量測應當得到重視。必須有認真負責的專業人員做好監控量測工作，采用先進的量測技術手段，對隧道施工全過程進行監測，同時應當及時掌握地下水以及地面水可能會給隧道的施工帶來的不利影響。對于量測的相關數據應當及時處理，分析圍巖的穩定狀態，并盡快將所得結果反饋到施工中，使施工技術人員對隧道結構的穩定狀態有較為準確的了解，以保證隧道施工中施工人員的生命財產安全。

3 結論

該文通過研究大斷面黃土隧道的施工關鍵技術，可以得出如下結論。

（1）由于黃土的特殊性，在黃土區修建隧道時，選擇合理的施工方法至關重要，根據圍巖條件，優先選用分部開挖法。

（2）在黃土區域修建隧道時，在施工前應當進行詳細調查，盡可能地使一切不利因素都在掌握之中。

（3）黃土隧道應當遵循“早封閉、強支護”的基本原則。

（4）在黃土隧道施工之前和施工過程中，應當注意做好隧道的防排水工程，盡量減少水對黃土隧道施工的影響。

（5）實現信息化施工，加強隧道的監控量測，使隧道每時每刻的工作狀態都處于可監管狀態，形成“施工—設計—監測”一體化。

參考文獻

[1] 王釬.大斷面高含水量黃土隧道初期支護力學特性研究[J].南陽理工學院學報，2016，8（2）：91-96.

[2] 萬利，李振江，吳濤，等.大跨度小凈距黃土隧道關鍵支護參數研究[J].公路，2016（1）：220-223.

[3] 劉赪.鄭西客運專線大斷面黃土隧道施工方法研究[J].現代隧道技術，2007，44（6）：10-17，31.

[4] 譚忠盛，喻渝，王明年，等.大斷面淺埋黃土隧道錨桿作用效果的試驗研究[J].巖土力學，2008，29（2）：491-495，506.

[5] 譚忠盛，喻渝，王明年，等.大斷面黃土隧道中型鋼與格柵適應性的對比試驗[J].巖土工程學報，2009，31（4）：628-633.

[6] 趙勇，李國良，喻渝.黃土隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[7] 顧曉君.大斷面濕陷性黃土隧道施工技術[J].施工技術，2016（3）：71-72.

[8] 王一新，姚小平，岳華，等.黃土地區軟弱圍巖隧道施工技術[J].鐵道建筑，2016（6）：76-79.