黃土質隧道洞口開挖支護技術分析

宋 崇 躍

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著當代隧道施工技術的快速發展，隧道工程的理論和技術日益成熟，隨之而來的是隧道項目的增多，隧道的施工環境更為艱苦、地質情況更為復雜。在西部地區主要需面對的是黃土地質為隧道洞口開挖支護帶來的技術挑戰。由于黃土地質受到隧道開挖的影響會產生較大的變形，引發一系列沉降問題。在淺埋段還會因為沉降造成地表出現危害極大的貫穿類裂縫，嚴重時會造成黃土失穩，極易產生工程事故，給施工人員的生命安全造成威脅。如何對黃土隧道進行有效的支護一直以來都是施工建設中的一大難題。現針對這一難題分析黃土地質的特質，對隧道洞口的支護技術作重點研究，總結出相應的施工方法，為類似的支護工程施工提供參考。

1 黃土質的分類和特點簡述

黃土質由于形成的年代不同，沉積狀況不同因此具有不同的性質。按照沉積的時代可將黃土分為三類，即：新黃土、老黃土和紅色黃土。根據黃土的性質可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土兩類。其中濕陷性黃土是一種極為特殊的土，容易受到水的影響，即使是前期在壓力作用下沉降量已經達到較為穩定的狀態，但一遇到水，土的內部結構就會迅速遭到破壞，還會產生較為明顯的沉降。造成這一現象的主要原因是黃土是在干旱或半干旱地區形成的沉積物。土中的骨架結構為粗粉粒和砂粒，存在大量的無定型鹽類物質。在天然的狀態下土骨架的強度較高，能提供較強的承載能力。當遇到水時鹽類等其他的膠結物會軟化，進而降低黃土的強度，發生地基的附加沉降，嚴重時會引起隧道的坍塌。因此在進行隧道開挖施工時應務必注意對開挖洞口進行支護，避免引起較為嚴重的工程事故。

2 黃土質隧道洞口開挖支護的要點

2.1 隧道開挖要點

隧道工程對質量的要求較高，尤其是鐵路上的客運專線設計速度較大，對隧道的耐久性和使用壽命都要求較高。而隧道施工技術是近幾年才得到應用和發展的，因此在實際的施工中仍然存在不少缺點。在黃土地質進行隧道開挖施工時，常常由于黃土地質的圍巖較為軟弱、遇水時發生濕陷的特點為隧道的施工帶來技術性挑戰。目前常用的隧道開挖工藝主要有干法開挖和鉆孔。在隧道開挖前應做好施工前的準備，應注意在洞口邊設置截水溝，用防水砂漿等材料對截水溝進行鋪裝，必要時可設置防水層防止水分的滲透作用為隧道洞口帶來安全隱患。除此之外還需對周邊的排水系統進行檢查，確保施工過程中隧道洞口邊的水能及時流走，使洞口不會受到地面水的侵害。黃土隧道的開挖與其他石質隧道開挖施工的不同之處主要在于地基的沉降，在施工過程中隧道的側壁和底部都會發生不同程度的位移，因此在施工時應進行頻繁的檢測，對沉降縫、洞內凈空等進行實時監測。開挖過程中還應隨時觀察土質情況，根據不同土類的承載能力進行支護方案的設計，采用適宜的支護措施，保證開挖工作的順利進行。同時在對隧道洞口進行開挖時，需及時對基坑的雜物進行清理，若是發現洞口的坡腳存在損壞需及時的進行修補。黃土隧道由于黃土地質的獨特性，嚴禁采用放炮開挖的方法對隧道進行施工。在隧道內施工時也應注意地下水對隧道穩定性的影響。避免地基處被積水浸泡，影響地基結構的承載力。

2.2 洞內支護施工的要點

在開挖完成后還應盡快選擇合適的支護工具進行超前支護。目前常用的支護工具主要有超前大管棚、錨桿、鋼架、噴射混凝土等，主要是對圍巖進行支護。對于黃土地基的處理，往往會采用水泥土擠密樁的方式來進行地基加固。支護具體可分為初期支護和二次襯砌。

對隧道洞口進行初期支護主要是為了對隧道圍巖的強度進行加強，使圍巖自身的承載力處于一個較為穩定的狀態。通常在黃土質的隧道中采用大管棚進行超前支護，大管棚及鋼架支護的施工過程簡單、方便，可以在很短的時間內組成洞口的支護系統，可有效阻止軟弱圍巖的坍塌。創造出隧道內部施工的條件。在現場進行鋼架連接施工時要注意對鋼架的內輪廓進行嚴格控制，對于黃土地質必須對鋼架兩拱腳處的基礎進行檢測，確保基礎的牢固性，若基礎承載能力不夠可采用澆筑混凝土、打入擠密樁等方式對基礎進行處理，防止基礎的不均勻沉降影響隧道的后期施工。同時為保證隧道內凈空滿足設計要求，可預留出鋼架的沉降量。鋼架和圍巖之間的空隙可采用噴射混凝土的方法進行密實地填充，以制約圍巖的變形。由于對圍巖進行混凝土噴射是為了保證巖層自身的穩定性而采取的防護措施。最終使圍巖處于一個密閉的環境中阻止因為風化作用而造成圍巖的不穩定。因此對噴射的混凝土具有一定的性能要求，一般來說混凝土的強度等級不應低于C25，還應具有良好的粘結性，保證與圍巖之間具有一定的粘結強度，和圍巖更好的組成一個完整的防護系統以阻止圍巖碎塊的脫落。對于黃土類地質，通常在初支護完成后拱頂的位置會出現較大的沉降，會在坡面出現裂縫，一般這些裂縫延環向分布，嚴重時會使拱腰位置出現貫穿裂縫，危及施工人員的生命安全。因此為進一步確保施工環境的安全性，會對圍巖進行二次襯砌。一來可以對初期支護的裂縫進行修補、減緩裂縫的開裂速度，二來可以使隧道的外觀得到修正，看起來更為美觀，在二次襯砌時可挑選模板的表面平整、接縫密實的模板臺車，以滿足對表面平整度的要求。如圖1所示為二次襯砌的施工。二次襯砌的施工質量應達到內部填實、外部光滑的效果。在進行二次襯砌的過程中如果發現初期支護中圍巖發生了嚴重的變形或者裂縫的寬度過大，應立即采用臨時支護裝置支承隧道內的圍巖并對支護進行及時的修正調整，務必控制住圍巖的變形量和裂縫的寬度。避免施工過程中發生塌方等嚴重的工程事故。

3 黃土質隧道洞口開挖支護技術的其他注意事項

黃土質隧道洞口施工有一項重要原則，即“短進尺、強支護”，在對洞口進行開挖時應注意嚴格按照隧道的斷面尺寸，并根據土質情況確定一次挖掘的深度，挖掘過程中注意維護圍巖自身的承載力，應避免對圍巖的持力層造成干擾破壞，使圍巖自身的強度能得到充足的利用。還需對開挖的深度進行嚴格地控制，嚴禁挖深不足，造成欠挖。同時為防止截面突變造成應力集中，對隧道的受力產生不利影響，需控制開挖截面的一致性，避免截面突變，造成隧道局部應力過大。影響隧道的安全性。還應注意在仰拱進行施工前必須對基礎進行加固處理，在仰拱施工完成后應注意盡早對隧道進行支護，防止變形量的增加。在對排水進行施工時，必須嚴格按照設計圖紙和相關的施工技術規范的要求，確保排水系統的完整性，必須保證隧道內部的排水溝處于通暢的狀態，對碎石、碎土等雜質應進行及時的處理，以免阻塞排水設備，在隧道內形成積水危及隧道的穩定性。