談黃土地區長大隧道施工技術及質量控制

王 智 勇

(太原路橋建設有限公司第一工程公司,山西 太原 030400)

0 引言

黃土作為一種特殊類型的土，廣泛分布于我國的華北和西北地區，另外在東北和華中的局部地區也有分布。黃土最主要的不良地質問題就是具有濕陷性，其濕陷性又可以分為自重濕陷性和非自重濕陷性，尤其是對于自重濕陷性黃土地區的長大隧道，這種不良地質問題對隧道施工建設和運營管理的危害性會更大。因此，我們不論是在隧道的開挖、支護和襯砌過程中，還是在事中和事后的監測中都應給予足夠的重視，對其中的每一個環節都應該抓好施工技術，做好質量控制，保證施工過程中的每一環節不出現任何問題。

1 工程概況

太陽高速陽曲二號隧道位于山西省陽曲縣東黃水鎮境內,是京昆高速中連接太原至陽泉的重要組成部分。隧道全長約6 km，設計隧道襯砌斷面內輪廓采用三心圓，建筑界限采用單洞洞寬14.50 m，建筑界限高度為5.0 m，設雙側檢修通道。在隧道行車方向的右側每隔750 m左右設置一處緊急停車帶，其斷面也采用三心圓設計，洞寬為一般斷面凈寬(14.5 m)再加上2.5 m，高度不變。

該隧道地處山西—冀北地區的黃土高原，屬于自重濕陷性黃土區，且濕陷等級多為Ⅲ級，局部已達到了Ⅳ級。隧道所穿越的山體黃土溝壑和黃土洞穴極為發育，且多呈豎井狀或串珠狀。在很多區域，黃土溝壑和洞穴的地下已經連通，地表出現大面積的塌陷現象。該山體表層濕陷性黃土厚度為15 m～35 m，主要為風成黃土，蟲孔和空隙較大，垂直節理裂隙極為發育，在遇水的情況下極易發生塌陷，給隧道的施工建設帶來了很大的困難。

2 施工方案

由于濕陷性黃土的粘滯作用，在天然工況下黃土圍巖的整體穩定性都比較好，在短時間內一般不會發生掉塊和崩塌。濕陷性黃土只有在遇水后，其抗剪強度就會急劇下降，圍巖的穩定性會大幅降低。鑒于此，我們制定了太陽高速陽曲二號隧道工程的具體施工方案和措施如下：

1)在隧道施工前，將靠近隧道洞門仰坡段的洞穴和溝壑進行封閉處理，然后在洞頂邊坡坡頂和兩側施作截排水溝，防止雨水在洞頂和兩側匯集。

2)對于淺埋洞口段的Ⅰ類圍巖、洞身處的Ⅰ類圍巖段在開挖時采用全斷面鋼拱架支撐和錨桿的形式進行支護。

3)對于深埋洞身處的Ⅱ類圍巖段采用拱部鋼拱架支撐和超前錨桿進行支護，拱部采用雙眼鏡法的開挖方式進行,墻部采用左右錯開式或雙側壁導坑的開挖方式進行。

3 施工方法

3.1 洞頂黃土洞穴或溝壑處理

太陽高速陽曲二號隧道山高坡陡，地表基本全由黃土覆蓋，植被很少，且黃土沖溝和黃土洞穴極其發育。為了保證隧道在施工和使用過程中的安全性，在隧道施工前，就對靠近隧道洞門仰坡段的洞穴和溝壑進行了封閉處理，以防雨水大量匯集從陷穴中滲入引起隧道塌方。具體的處理方法為:1)首先將黃土洞穴和溝壑中的雜物清除，將洞穴修整成比較規則的形狀；2)將洞底部夯實，再采用3∶7灰土分層夯實回填；3)灰土墊層回填至地表約1 m時，將洞穴口的尺寸外擴約1 m，然后再用3∶7灰土分層夯實回填至高出地面30 cm；4)在洞穴外圍2 m外，挖臨時的截水溝和排水溝，用水泥砂漿將其表面抹平，且溝底縱坡坡度宜大于5%，保證截排水溝的暢通。

3.2 洞口邊坡的修整與加固

黃土地區隧道洞口的土質一般比較疏松，直立穩定性差，不適合貼壁進洞，因此隧道洞口的仰坡角度設計一般都比較緩。對邊坡的上部采用人工刷坡卸荷，邊坡下部采用機械和人工結合的方式進行修整，開挖邊坡的坡腳至明暗洞分界處。

進洞前，采用自進式錨桿加固處理隧道洞口，錨桿端頭采用φ22的鋼筋焊接成網片狀，采用5 cm厚的木板將網片與坡體之間的空隙塞緊，最后用φ48的注漿管對周圍土體進行注漿加固，達到穩定仰坡的目的。

3.3 洞身開挖

洞身開挖所采取的方式為每開挖一環及進行超前支護一環的方法進行，且兩環之間的搭接長度不應小于50 cm。如果在施工中發現局部洞身段的設計錨桿數量不滿足設計的要求時，我們可以采取在錨桿縫之間增加鋼管蓬的方法來進行支護。

1)Ⅰ類圍巖洞口、洞身段采用雙側壁導坑的方法進行開挖。具體為：斷面中間預留核心土，拱部和兩側采用人工從上至下開挖方式進行，開挖完后立即采用工字鋼和格柵拱架進行支護，最后是安裝模板和澆筑混凝土。

2)對于洞身段的Ⅱ類圍巖采用礦山法的開挖形式進行，具體為：先開挖拱后開挖墻，且在開挖拱腳時分為上、下兩個工作面進行。為避免施工時相互干擾，兩個工作面之間的距離應為50 m～70 m。根據我省的黃土隧道施工經驗，黃土隧道開挖過程中的一個循環進尺一般為1.0 m～1.5 m。這樣不僅方便施工，保證隧道的安全，而且還能加快工程進度，大大縮短了施工周期。

3.4 施工過程中對小面積坍塌的處理

由于濕陷性黃土的土質一般都比較疏松，且節理裂隙較為發育，因此在隧道開挖施工的過程中，經常會出現小體積的坍塌，此時可以采取如下的方法進行處理:

1)漿砌片石支護法：首先采用簡易的支撐對坍塌處進行支護，然后采用漿砌片石的方法對坍塌處進行處理。

2)錨桿加固法:采用打設錨桿的方法對坍塌處進行加固。

3)砂石袋支護法:將裝有砂、石的混合料的水泥袋壘在土體的坍塌處，而且在袋口處要預留注漿孔，待混凝土凝固后通過注漿管對砂石袋進行注漿處理。

4)混凝土回填支護法:首先用強支撐對坍塌處的土體進行臨時支護，待混凝土強度增強后拆掉支撐，最后用同標號的混凝土進行回填支護。

5)木棒方格支護法：將木棒一層層疊成方格狀，直至頂死土體為止，待混凝土澆筑且強度增強后再進行拆模、注漿。

3.5 隧道洞身的襯砌

1)一次襯砌在洞身開挖時就進行，且隨挖隨襯。一次襯砌首先工字鋼拱架結合小塊鋼模板進行支護，然后澆筑混凝土。

2)一次襯砌邊墻施工結束后，應立即進行小邊墻、仰拱和中心水溝處的填充施工，以保證一次襯砌能夠快速閉合成環，保證圍巖不發生變形破壞。開挖中心水溝應與仰拱開挖同步施工，挖掘機開挖后再采用人工配合的方法修整成設計要求的形狀。在開挖過程中注意超挖，禁止欠挖。

3)二次襯砌一般采用9 m長的全斷面液壓自行式臺車進行施工，且每個循環襯砌搭接的長度不宜大于5 cm。這樣不僅可以有效地防止錯臺，而且可以提高混凝土表面的平整度和光滑度。

3.6 施工監測

監測工作是隧道施工過程中必不可少且非常重要的一個環節。監測不僅可以對隧道的安全性進行預測，而且根據監測結果可以確定襯砌的最佳時間和最有效的方法。

4 結語

由于地質條件的復雜性和施工過程的不可預見性，隧道施工過程中的不安全因素有很多，其中有些我們可以進行有效地預測和控制，還有許多偶然因素我們在施工過程中無法去預測和預防。因此，我們在施工過程中，一定要按照設計圖紙和施工規范的要求進行施工，保證隧道工程以及整個線路工程的順利貫通。