大斷面黃土隧道施工方法

董亮亮（甘肅萬泰建設工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

大斷面黃土隧道施工方法

董亮亮
（甘肅萬泰建設工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

隨著我國黃土地區交通的大力發展，出現了大量黃土鐵路隧道和黃土公路隧道。黃土的多孔性、濕陷性、透水性較強、層理不明顯和垂直節理發育等特性造成黃土隧道具有圍巖強度低、圍巖變形量大、自穩能力差的特點，對大斷面黃土隧道施工提出了極高的要求。文章對此開展了相關討論。

大斷面黃土隧道 施工工法 開挖

1　工程概況

某高速公路一標段通過黃土地區，該標段地層主要為第四系全新統沖積砂（黏）質黃土、砂類土及碎石類土，上更新統風積砂質黃土、沖積粉質黏土、砂質黃土、砂類土及碎石類土，中更新統風積黏質黃土，沖積碎石類土，下更新統沖積黏質黃土，底部為上第三系泥巖。特殊巖土主要為濕陷性黃土、松軟土及膨脹巖。

2　黃土隧道濕陷性成因及特點

黃土地區巖層，自上而下一般為新黃土、老黃土、第三系泥巖。新黃土土體疏松，蟲孔及針孔發育，透水性好，具有自重濕陷性。濕陷性是黃土的一種特殊的工程地質性質：在自重或外部荷載下，受水浸濕后結構迅速破壞發生突然下沉。引起濕陷的原因是因為黃土以粉粒和親水弱的礦物為主，具有大孔結構，天然含水率小，由具有黏粒的強結合水連結和鹽分的膠結連結，在干燥時，可以承擔一定荷載而變形不大，但浸濕后，土粒連結顯著減弱，引起土體結構破壞產生濕陷變形。

3　開挖工法

3.1黃土隧道開挖施工工法比較

開挖工法應根據地質情況和地層加固情況確定，實施中根據地質情況和量測成果及時調整工法。超前加固，在黃土層水量大地層，須對圍巖進行超前加固，確保安全施工。圍巖加固經常采用注漿的施工方法。注漿法主要分全斷面注漿和局部注漿兩種。該黃土隧道施工中，主要施工工法有三臺階法、三臺階七步法、三臺階臨時橫撐法。三臺階法：適用于穩定性較好、強度較高的圍巖，如泥巖。圍巖級別一般在Ⅳb以下。三臺階七步法：適用于具有一定的穩定性，強度一般的圍巖，如Q2的黏質黃土、中砂等。圍巖級別一般在Ⅳb－Ⅴa 之間。三臺階臨時橫撐法：適用于具有穩定較差，強度一般的圍巖，特別是如Q2的黏質黃土、中砂等。圍巖級別一般在Ⅴa-Ⅴe之間。在洞口淺埋，跨越沖溝多用該工法。

在該黃土隧道施工中，最常用的工法為三臺階七步法。究其原因有以下三點：第一，該公路黃土隧道的地質情況較適合該工法； 第二，該工法工效較高，在不需投入臨時支護的前提下，能基本保證開挖施工的安全；第三，循環進尺時間相對較短，進度能夠得到有效保證。

3.2三臺階七步法控制要點

目前，大斷面黃土隧道，多采用三臺階七步法，但關鍵要點未控制好，也會出現初支侵限、坍方等問題，該工法技術要求如下：（1）上臺階每循環開挖進尺，Ⅴ，Ⅵ級圍巖不大于1 榀鋼架，Ⅳ級不大于2榀。邊墻開挖進尺不大于2 榀。各臺階左右側應錯開兩榀拱架以上。（2）仰拱開挖前，必須完成鋼架鎖腳錨桿（管），每循環開挖進尺不大于3m。初期支護封閉成環位置距掌子面距離不應超過30m。Ⅴ，Ⅳ級圍巖二襯離掌子面不超過70m，Ⅳ級圍巖二襯離掌子面不超過90m。（3）上中下臺階的高度分別為5m，3m，3m，核心土長度不能小于3m，臺階馬口左右側必須錯開，單側臺階的寬度不能小于2m。

4　開挖方法

大斷面黃土隧道以機械開挖為主，人工輔助修邊。在遇到第三系弱風化的泥巖時，機械開挖進度較慢，此時，可采用松動爆破配合機械開挖。該公路此標段開挖常用的機械有三種，分別為挖掘機、松土器、銑挖機。三種機械有著不同的適用地層及開挖部位，而且有一定的互補性。以下分別介紹黃土隧道施工時三種機械的適用性。

4.1挖掘機開挖

挖掘機開挖是黃土隧道開挖施工中最常用的一種開挖方式，主要適用于第四系砂（黏）質黃土。這種土體較為松散，強度較低，一般為150～180kPa。開挖機械僅采用挖掘機就能滿足施工需要，開挖速度控制在3.5m/h較為適合。若因圍巖強度高，挖掘機開挖較為困難，開挖時間增長時，則應選擇松土器。

4.2松土器開挖

松土器具有破碎、翻松功能，且有功能互換的松土器分為挖掘機用松土器和推土機用松土器，其中挖掘機松土器也叫斗鉤，設置一個整體鑄造的松土齒，上部有耳孔，分別與斗桿和鏟斗缸相鉸接，齒尖前端有硬合金堆焊的齒帽。當液壓缸的活塞桿伸出時，推動齒尖強制插入并翻動土壤。開挖時先通過松土器將硬土層進行松動后，再換上挖機斗進行開挖，一般適用于老黃土或全風化泥巖地層中。當圍巖強度為200～300kPa時，開挖速度控制在4～5m/h較為適合，當圍巖強度高，松土器開挖較為困難，開挖時間增長時，則可考慮更換為銑挖機。

4.3銑挖機開挖

銑挖機可以安裝在任何類型的液壓挖掘機上，能夠高效替代挖斗、破碎錘、液壓剪等器械，銑挖機應用于露天煤礦、隧道掘進及輪廓修正、渠道溝槽銑掘、瀝青混凝土路面銑刨、巖石凍土銑挖、樹根銑削等方面。銑挖機在施工中的應用，為隧道開挖提供了一種嶄新的施工方法。在黃土隧道隧道施工中，銑挖機較適合的巖層為第三系強（全）風化泥巖，圍巖強度為300～400kPa，將銑挖機和松土器配合進行開挖施工，開挖速度應控制在3～4m/h。其中上臺階全部采用銑挖機開挖，時間約1.5小時；下臺階首先采用松土器進行開挖中間部位，然后再使用銑挖機修邊，開挖時間約1.5小時。如果上臺階開挖完成后，立即進行初支立架施工，還可以縮短施工時間。采用銑挖機進行周邊的銑削施工，對超欠挖的控制效果較好。

4.4松動爆破開挖

當黃土隧道圍巖強度進一步增強，比如第三系弱風化泥巖，強度達到400 kPa 以上時，則可考慮采用松動爆破，當爆破松動圍巖后，再采用機械開挖。此時，松動爆破效果尤為關鍵，它直接決定了開挖循環時間。以吳家岔隧道進口爆破施工為例，僅上臺階采用松動爆破施工，其余仍采用機械開挖，每循環進尺2.5m左右。爆破參數的選定：選擇適當的爆破參數，布置合理的炮眼孔位和炮眼數量，以保證爆破效果和安全生產，節約成本，提高經濟效益。單位炸藥消耗量是計算炮眼數目的重要依據。爆破參數的確定，應先進行計算，參考規范規定，最終通過現場試驗確定。

5　結語

施工過程中加強圍巖量測，對量測結果及時進行分析，得出結論指導施工。現場做到24小時監控，是遵循“短進尺、少擾動、勤量測、早封閉”的原則，確保大斷面黃土隧道施工的安全和施工質量。

［1］楊嚴.淺埋黃土隧道下穿公路施工技術［J］.中國西部科技，2014 （07）.

［2］樊東.鄭西客專黃土隧道基礎沉降問題研究［J］.科技創新導報，2013（07）.

［3］高宏剛.淺析黃土隧道選址要點［J］.山西建筑，2011（12）.