關于黃土隧道施工過程中需注意的問題分析

梁棟

摘要：隨著我國交通事業的不斷發展，在道路施工過程中，所面臨的地質地貌狀況也越發復雜，通常會遇到一些會穿越隧道的情況，在此過程中，黃土隧道的開挖是一個技術性很強的環節，黃土容易坍塌，對隧道造成影響，因此，加強對黃土隧道開挖研究具有十分重要的意義。筆者將從黃土隧道坍塌的原因作出分析，并探究黃土隧道開挖的施工工藝，提出施工質量的控制措施。

關鍵詞：黃土隧道；開挖過程；存在問題；施工工藝

一、前言

我國是黃土分布很廣泛的地區，尤其在華北、西北以及東北這些地區。近幾年來，在公路和鐵路建設中黃土隧道的數量很多，在施工和設計過程中難度也很大。黃土隧道在我國具有很獨特的特點，比如說在施工過程中很難預注漿、很容易出現塌方的現象，也很容易被水濕陷等。而且在造價上黃土隧道的成本也比較高，我國修建隧道和隧道連拱的經驗比較少，這樣很不利于我國黃土隧道的大規模建設。所以，在施工過程中，必須要使用具有可行性的工藝，還要注意隧道施工的質量，這樣才能保證隧道的正常使用。

二、黃土隧道易坍塌的原因

1.土體強度低

粘性土的抗剪強度與結構強度、受力歷史、孔隙水壓力和土密度等因素有關。含水量越大，土粒間連結力越小，即土的結構強度低，粘聚力就小，黃土的抗剪強度就低；飽和土體受壓時，土中應力由有效應力及孔隙水壓力兩部分承擔，而實際上只有土顆粒間的有效應力才能增大土的抗剪強度。

2. 應力重分布

隧道開挖的過程也是地層內應力重新分布的過程。隧道開挖前，土體處于天然應力平衡狀態，隧道開挖后，隧道周邊土體失去原有支撐，向洞室空間松脹位移，改變了圍巖土的相對平衡關系，破壞了天然應力的平衡狀態，應力進行重新調整，引起原有天然應力大小、方向和性質改變。應力的重新分布改變了土體顆粒流動方向，從而引起開挖面周圍一定范圍內土體產生一定量的移動，即圍巖產生變形，若變形過大，就會塌陷。

3.土體內自由水的滲透

由于開挖前黃土中的孔隙裂隙水存在于被封閉的環境中，處于平衡狀態，是近乎靜止的，在沒有外來壓力的情況下，不會產生滲流。而開挖后形成的空間使周圍土體 及孔隙裂隙水失去支撐環境，形成新的水力坡度，破壞了地下水的靜力平衡。當新水力坡度大于黃土的起始坡降時，地下水開始在土體中滲透，其結果是：地下水的流動及溶蝕帶走細顆粒及可溶性礦物，并在開挖面附近對黃土產生崩解破壞作用，產生滲透變形，使臨空面失去平衡而變形甚至塌陷。

三、黃土隧道工程的施工探討

1.臺階法的施工

先拱后墻的雙側壁導坑臺階法，適用于含水量低但穩定性好的黃土巖段，具有施工進程快、安全性好的優點，采用這種方法可以保證二次襯砌平行作業和防水層建設的質量。具體的操作工序是、

第一，在進行洞口長管棚和洞內小導管的施工以后，再開始進行上臺階和拱頂的小導坑挖設工作，于此同時，還要在小導坑處安裝支撐拱架、鎖腳錨管，還要架設襯砌拱架，這樣才能保證隧道的穩定性。接著，就要開始馬口和中槽的挖設工作了，在馬口和中槽上也要安裝拱架和鎖腳錨管，還要鋪設橫縱向的排水管道。

第二，要對隧道的局部仰拱和側墻進行混凝土澆筑工作，澆筑完成后再開始挖設馬口，還要安裝拱架、鎖腳錨管和縱橫向的排水管。最后一步是在局部的仰拱和側墻上澆筑混凝土，再將仰拱的拱架密封好，在使用雙側壁導坑臺階法時候，如果是在一些先墻后拱的情況中，那么這種方法就比較適合用在弱風化的泥巖地段和黃土比較飽和軟弱的地方，這樣就能夠控制好隧道發生的變形，但是這種方法的施工時間較長，而且造價也比較高。

2.新奧法的施工方法

新奧法可以使用在紅色泥巖區，因為紅色泥巖的膠結性很好，所以承受能力很強。在進行雙車道的隧道斷面施工時應該采用單側壁的導坑施工方法。而雙側壁的導坑法則適用于緊急停車帶的三車道大斷面隧道的施工。這兩種方法中，安全性能比較好的是單側壁的導坑方法，這種方法能對隧道圍巖和支護的變形起到有效的防護，而且采用這種方式的施工時間也比較短。它在施工時所要遵循的程序是：將預期支護設備安裝在導坑的上方、將鋼拱架安裝在導坑上方的中壁和洞壁上、開始挖導坑的下方，在將鋼拱架、排水管等設備安裝在下方的洞壁和中壁上，以起到支護作用。也可以先安裝鋼拱架和初期支護設備，然后再進行縱橫向排水管的安裝，最后在將導坑下方中壁的臨時支護拆除掉。和單側壁導坑方法相比，雙側壁導坑方法具有以下幾個特點，即施工進程比較緩慢、施工更加安全，需要支付的支護費用比較高等。通過分析這些特點我們可以在施工工程中采取以下措施，這些措施可以有效的防止支護出現變形。第一，先要進行導坑的挖設工作，并且將臨時的鋼拱架安裝在導坑的洞壁和壁墻上。在進行下導坑的開挖工作時，要將臨時的鋼拱架安裝在下導坑中的洞壁、仰拱底部和臨時壁墻上，然后再設置橫縱向的排水管。第二，在開挖上導坑時，要將臨時的鋼拱架安裝在洞壁和壁墻上。在開挖下導坑時，也要將臨時的鋼拱架安裝在導坑的壁墻、洞壁和仰拱底部，并且可以在導坑上安裝橫縱向的排水管道。

3.控制黃土隧道開挖及支護前期的質量方法

必須按照相關的規定進行黃土隧道的開挖工作，對于黃土隧道的斷面要進行科學的設計，將二次襯砌的設計輪廓線作為施工的標準，合理放大預留的變形量、施工誤差以及測量誤差等。實際的變形量不宜超出預留的變形量，以免前期支護進入二次襯砌的混凝土中。或者防止由于預留的變形量過大，而導致二次襯砌的厚度增大、回填增加等。

4.錨桿施工的質量控制

錨桿作為隧道施工工程的重要施工設備，有助于維護隧道圍巖的穩定及安全，是確保工程施工安全的主要支護方法。隧道工程竣工后，錨桿能有效發揮應有的支護作用。對此，在隧道施工工程的過程中，應加強控制錨桿的類型、錨桿的長度、錨桿的墊板以及錨桿的布置情況等方面。結合黃土隧道工程的施工特點，采取干鉆的方法進行鉆孔。選取濕鉆時，應具備合理有效的排水對策，禁止拱腳浸泡。隧道鉆孔的深度，應符合設計施工的要求。

5.架立鋼拱架過程的質量控制

首先，控制好鋼拱架架立的質量，具體內容主要有：鋼拱架的橫向尺寸、標高、間距、垂直度、螺栓的連接以及各單元連接部位的虛碴與散物處理等。安裝各個洞口的鋼拱架時，按照標準要求，控制好鋼拱架的寬度、標高以及尺寸等。架立后，技術員或者監理員 應對其進行多次核對，以保證各項數據符合標準。其次，鋼拱架應和隧道的圍巖密切貼近，若無法密切相貼，應按照標準要求，采用高標號的混凝土進行填塞澆實，其的點數單側必須大于或者等于各個接觸點，以保證鋼拱架的整體受力。

四、結束語

黃土隧道的開挖施工是一項全方位、全過程的施工工程，需要各施工部門以及各崗位的團結協作，重點掌握每一道施工程序以及施工要點，按照規范要求進行施工，以確保隧道施工工程的施工質量，從而保證黃土隧道工程的順利完工。

參考文獻

[1]王曉州，丁維利，趙永明，王慶林，初厚永，李雷 大斷面濕陷性黃土隧道施工技術

[2]朱永全.隧道工程中國鐵道出版社.

[3]葉坪隧道設計施工圖 贛州至龍巖鐵路擴能改造工程

（作者單位：中鐵五局貴州分公司）