黃土隧道淺埋段施工技術

牛新有

【摘 要】隧道淺埋段由于隧道頂面覆蓋的圍巖較薄，完整性較差，特別是黃土隧道淺埋段，圍巖地質條件更為不良，黃土陷穴、直切沖溝等地質問題時常存在，開挖中容易引起地表沉陷，直接影響隧道的安全掘進，本文以新建蘭州至合作鐵路黃家嶺隧道淺埋段施工為實例，介紹隧道穿越黃土淺埋地段的施工技術，以期對類似工程有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】隧道；淺埋；黃土陷穴；大管棚

中圖分類號： U455.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）16-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.040

【Abstract】due to the thin surrounding rock covering the roof of the tunnel，the integrity is poor，especially the shallow buried section of the LOESS tunnel，and the geological conditions of the surrounding rock are even worse. Geological problems such as the LOESS pit and the straight cut gully often exist，and it is easy to cause surface subsidence during excavation.This paper takes the construction of the shallow buried section of the new Huangjialing tunnel from Lanzhou to the cooperative railway as an example，sand introduces the construction technology of the tunnel through the shallow buried area of LOESS，so as to have a certain reference for similar projects.

【Key words】Tunnel；Shallow burial；Yellow soil trap；Pipe shed

1 工程簡介

新建黃家嶺隧道全長5881米，隧道出露地層主要為第四系全新統錯落堆積砂質黃土，塊石土、沖積砂質黃土、粗圓礫土、卵石土，下伏基巖為上第三系泥巖、砂巖等。DK54+000～DK53+934段隧道埋深1.64～35m，圍巖為第三系泥巖。開挖至DK54+049掌子面節理發育，有滲漏水現象，基巖頂板比較薄弱，通過TSP隧道超前地質預報分析，地下水弱發育，圍巖穩定性有變差的趨勢，基巖面較原設計驟降，隧道拱頂位于基巖與黃土交界面，隧道施工易發生坍塌、冒頂，為保證隧道施工及運營安全，設計建議對DK54+049～DK53+934段支護措施進行加強，并對黃土陷穴進行處理，強化地表及隧道內的防排水措施。

2 施工總體方案

施工前組織相關人員對淺埋段原地貌以及裸露巖體進行仔細勘查，組織測量組對該淺埋段進行地形測繪，繪制地形圖，將勘查測繪結果與設計圖紙進行比對，進一步明確有關問題，研究制定切實可行的施工方案，對施工人員進行技術交底和培訓。

施工中做好洞內洞外結合，強化洞外拱頂兩側20m范圍內地表空洞陷穴回填灌漿并做好引、排水設施，防止地表水滲漏進，確保洞內施工安全。在原設計基礎上對洞內圍巖支護參數進行補強， DK54+000～DK53+970、DK53+929～DK53+959兩段拱部采用φ89管棚超前預支護、超前小導管探孔注漿、鋼拱架加密、反壓回填等措施。并加強超前地質預報，做好超前鉆探，動態掌握圍巖變化，根據圍巖變化隨時調整施工方法。

3 施工方法

3.1 隧道洞外施工

3.1.1 灌漿及回填

對洞外黃土陷穴空洞、出水暗溝，進行灌漿回填，確保拱頂上方暗溝空洞回填密實，防止拱頂出現空洞，造成冒頂及坍塌事故的發生。DK53+985處黃土陷穴先用M20砂漿回填1m，砂漿強度達到設計要求后采用2%水泥土回填，周圍陷穴群也用2%水泥土進行回填，按照規范要求分層夯實，表層0.5m范圍內采用三七灰土回填夯實。

DK53+985～DK53+943段出水暗溝采用地表鉆孔灌漿法回填，在隧道拱頂20m范圍內采用梅花型布置孔位，孔位橫縱向間距均為1.5m，鉆孔采用小型洛陽鏟，成孔直徑0.5m，成孔后用M20砂漿通過灌漿管將砂漿注入底層中，采用同排隔孔錯開灌漿的方式，使其充分流入出水暗溝內，利用砂漿液速凝且凝固時間可控，砂漿液結石率高，結石體早期強度大的特性，砂漿以填充、滲透和擠密等方式，迅速填實暗溝，并與周圍黃土迅速凝結，形成結石體，使原來松散的黃土膠結成一整體，提高自穩能力，從而保證隧道開挖安全。暗溝頂灌漿孔灌漿后，待砂漿強度達到設計要求，灌漿孔采用水泥土夯實回填，夯實采用卷揚式梨型錘，保證灰土壓實度。

3.1.2 地表排水

地表陷穴及暗溝灌漿回填完成后，修筑臨時截、排水溝等設施，防止施工期間地表水匯聚侵泡洞頂，地表臨時排水設施完成后，進行洞內施工，待洞內二襯施工完成，混凝土強度達到要求后，對陷穴漏斗地形回填順坡，修筑永久性混凝土排水渡槽，將影響范圍內地表水引排至右側沖溝，使地表排水通暢，防止積水浸泡隧頂，確保隧道主體結構的安全。

3.1.3 沖溝處理

DK53+943處“V”字型沖溝，水流沖刷嚴重，待暗挖施工通過后對沖溝地表50米范圍采用C20混凝土鋪砌，混凝土厚度為50cm，避免山洪沖刷，確保運營期間安全。

3.2 隧道洞內施工

3.2.1 超前大管棚

在黃土陷穴及沖溝兩處淺埋地段（DK54+000～DK53+970和DK53+959～DK53+929），采用大管棚進行超前支護，管棚布設在隧道拱頂120°范圍內，管棚采用Φ89的無縫鋼管，管棚長30m，外插角3°，每環18根。由于單線隧道斷面空間有限，管棚施工長度較長，采用跟管法施工。

（1）管棚加工：大管棚所用鋼材的規格、型號、材質要滿足設計要求和國家有關技術標準的規定。采用φ89的無縫鋼管，壁厚6mm，材質為Q235，管棚內設置鋼筋籠，鋼筋籠采用φ18螺紋鋼與固定環焊接，固定環設置間距為1.5m，鋼管間的連接通過車公母扣對接，每根鋼管的一端都車15cm長的外絲扣，鋼管間采用一根長30cm帶全內絲扣的φ102、壁厚6.5mm的無縫鋼管進行連接。加工長度每根2～3m不定尺加工，讓接頭自然錯開，滿足在同一截面內接頭數量≤50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。

（2）管棚工作室：洞身管棚施工前預先施做管棚工作室，管棚工作室應綜合考慮鋼管外插角、使用機械型號、支護情況及施工可操作性。為了施工方便，保障鉆機移動的靈活性及管棚的頂進，斷面前方預留6m×0.5m管棚操作室。

（3）導向墻：為縮短施工時間，導向墻采用C25噴射砼，長度1m，導向墻內設置3榀I16工字鋼拱架，鋼架間距為30cm，鋼架縱向采用φ22螺紋鋼焊接，環向間距0.5m，每榀鋼架打設雙鎖腳，與鋼架焊接牢固，導向管采用φ114鋼管與鋼架翼緣焊接，導向管設置角度為3°，長度為100cm。

（4）鉆孔：鉆孔是管棚施工的關鍵工藝環節，鉆孔質量的優劣直接關系到管棚的整體質量，管棚鉆進采用工程地質鉆機全跟管施工，為確保鉆頭正確插入導向管，平臺臺階高度控制在3m左右，鉆機角度調節采用數顯角度儀控制，管棚鉆頭直徑為φ102，當鉆頭前進時管棚緊跟其后，馬上將孔填充，防止孔內塌陷，當每節管棚跟進至尾部時及時連接下一節管棚，直至一次性鉆至設計深度。施工中認真作好鉆進過程的原始記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述，作為開挖洞身的地質預探預報依據指導洞身開挖。

（5）注漿：管棚注漿采用由左到右，奇偶數間隔注漿，即先按順序注奇數管，奇數管注漿完成后，再按順序注偶數管，注漿量應滿足設計要求，一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍空隙充填飽滿，注漿過程應認真做好記錄，以便分析解決施工中出現的問題。

3.2.2 隧道開挖

淺埋段隧道開挖仍按照新奧法原理施工，由于淺埋地段地質圍巖穩定性較差，且存在陷穴、沖溝，很難形成自承體系，容易造成坍方甚至冒頂事故，所以開挖時采用機械開挖，盡量減小對圍巖的擾動，嚴禁爆破作業。開挖方法為短臺階法，上臺階長度控制到3～5m，下臺階控制在15～20m，每循環進尺上臺階1榀，下臺階2榀，施工中解決好上下臺階的施工干擾問題，下部施工減少對上部圍巖、支護的擾動，以確保開挖、支護質量及施工安全。

3.2.3 支護

本淺埋段初期支護總體按照V加級圍巖復合式襯砌施工，部分設計參數進行加強處理，（1）鋼架：I16工字鋼鋼架，設計鋼架縱向間距0.8米調整為0.5米，全環設置；縱向采用Φ22螺紋鋼鋼筋連接，環向間距1米；（2）錨桿：拱部Φ25中空錨桿，邊墻Φ22砂漿錨桿；（3）鋼筋網：拱墻采用φ8鋼筋，規格為20×20cm；（4）噴射混凝土：C25噴射混凝土，全環厚度23cm；（5）鋼架鎖腳由原設計單鎖腳調整為雙鎖腳形式；（6）每循環開挖后及時封閉掌子面，采用C25噴射混凝土掛網封閉，混凝土厚度為10cm。

3.2.4 襯砌

本淺埋段二次襯砌總體按照V加級圍巖復合式襯砌施工，部分設計參數進行加強處理，（1）DK54+000-53+970段主筋采用Φ22螺紋鋼，原設計環向鋼筋縱向間距由25cm調整為20cm，縱向鋼筋環向間距為25cm，鋼筋保護層厚度5mm；（2）DK54+000-53+970段拱墻及仰拱的襯砌厚度由原設計40cm調整為45cm；（3）淺埋段環向透水盲管按富水區每5米布置一環。

4 超前地質預報及監控量測

超前地質預報根據需要采用地質雷達法、地震波法、TSP法等，地質預報的信息及時分析并反饋給施工現場，指導現場施工。監控量測是隧道施工中關鍵的作業環節，淺埋段施工時將監控量測作為關鍵工序列為現場組織，淺埋區段V級圍巖每5延米一個設量測斷面，每個斷面設5個測點；淺埋段隧道開挖后圍巖難以自穩成拱，地表容易沉陷，地表沉降是施工過程中的控制重點，洞外地表處理完成后及時進行地表沉降觀測點的布設，在1-3倍的洞徑范圍進行布點，斷面間距為5m，測點走向與線路方向垂直，間距2～5m，每個斷面布置11個觀測點，隧道中線附近密些，遠離中線疏些，并做好觀測點的平時維護工作，避免測點的損壞，保證量測數據的準確性及精度，量測數據及時分析處理、綜合評價，為施工提供準確信息，確保施工安全。

5 施工關鍵注意事項

淺埋段施工過程超前管棚為關鍵工序，長管棚往往會由于地球的重力勢能而向下走，另外隧道一般都是有坡度的 ，如果角度過大管棚就達不到效果，角度過小開挖時會造成管棚侵限，所以導向管的傾角控制至關重要。在施工中導向管的安裝要運用測斜儀及全站儀精確定位，并加強對鉆孔偏斜度的測量，專人盯控記錄，嚴格控制管棚打設方向。

6 結束語

通過對隧道地表黃土陷穴暗溝的合理處理，洞內設置超前大管棚，強化地表及隧道內的防排水，加強超前地質預報監控量測等措施，有效防止了坍塌等事故的發生，保證了隧道安全掘進，順利通過了該淺埋段施工，為后續的淺埋段和類似工程施工提供了經驗和借鑒。

【參考文獻】

[1]景學連.隧道淺埋地段施工關鍵技術探討[J].科技信息.2012，19（24）：56.

[2]丁健.隧道淺埋段開挖施工技術[J].技術與市場.2011，25（06）：217-219.