大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工要點

呂 濤

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

黃土沉積覆蓋區主要存于我國北方地區，為特定氣候條件下以風力搬運形成的黃色粉土沉積物，相關學者將時代先后作為根據，將其劃分為老黃土與新黃土兩類，前者垂直節理發育且相對直立性較強，而后者的顯著特征是濕陷性。這種地質類型在沉積密度及含水量不同的情況下，穩定性與承載力間的差異也比較大，在突然垮塌可能性較大的基礎上，隧道施工的難度也會顯著增加。實踐證明，若無法確保隧道施工技術及安全管理措施的有效性，不僅會影響施工效率與質量，甚至會對施工人員的生命安全造成嚴重威脅。因此，結合實際情況，對大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工技術及其安全管理要點進行分析勢在必行。

1 濕陷性黃土地質的主要特征

（1）濕陷性黃土的強度。強度的特殊性必須得到足夠重視，因為這通常是導致施工塌方事故的關鍵。具體來講，隧道開挖之前范圍內土體的應力是天然平衡的，受到機器作用后其自然應力會隨之變化。除此之外，受到黃土強度相對較低的影響，徑向塑性位移問題出現的機率會隨著圍巖應力增大而增加，如此一來就會形成塑性松動區，導致周邊持續出現塑性變形，松動區面積一旦擴大，對隧道施工非常不利。這樣還會造成圍巖土體內部空洞增多，極易導致局部坍塌，土壓力快速提升的同時整體穩定性下降，這種情況下大面積塌方的嚴重事故很難規避。

（2）大跨度淺埋濕陷性黃土隧道工程最顯著的特性就是濕陷性、裂隙性以及崩解性。黃土垂直節理發育且垂直方向具備極強的滲透性，這也是地表水向地下滲透速度快的主要原因。在深部黃土為飽水狀態的情況下會完全喪失原有結構，進一步降低其實際承載力，若此時隧道施工已達到黃土區域的飽水層，就會有很大的機率引發圍巖塌方事故。因為黃土垂直節理發育，隧道施工中疏松石質隧道的普氏理論能夠發揮更好的效果。干燥環境中的黃土具備很高的強度與承載力，襯砌受力也不高，遇水后顆粒聯結力會出現一定程度的下降，黃土強度也成正比下降，同時襯砌受力不均問題出現的機率會增大，并且因為隧道表層黃土厚度分布不均，導致形成偏壓隧道，進而引發塌方等地質災害[1]。

（3）振動液化。傍山隧道工程在施工區域土質為低液限粉土、砂類土或者粉類土的情況下，一旦受到地震力的作用，水壓力就會異常且快速地提高，但此時土顆粒間的有效應力呈降低趨勢，實際水壓力和總壓力之間若無顯著差異，黃土承載力會急速下降，同時還會伴隨施工地面沉陷，使施工人員安全與企業效益受到損害。

2 大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工技術

2.1 工程地質超前預報與超前支護

工程地質超前預報簡單來講，即為運用相應的技術手段，收集地下工程所在巖體或土體信息，同時發揮相關理論與規律的重要作用，分析已獲取的資料、信息，合理準確的預測及預報巖（土）體的具體情況、不良地質體的工程部位以及成災的可能性，以增強地下工程施工的針對性。在隧道施工過程中，相關人員應注重將地質情況及特性與設計圖相對照并標注，確保施工中不會混淆，這也是預防隧道塌方的重中之重。隧道開挖時若出現較嚴重的涌水、斷層或破碎帶，施工方法就必須結合實際情況及時調整，同時合理增大支護參數及其他技術手段，降低塌方出現的概率。塌方預防技術在施工組織設計中就需明確，超前支護、初期支護、二次襯砌時間與監控量測等都需得到足夠重視。

2.2 施工技術

（1）如果隧道開挖斷面比較大，在隧道施工過程中，施工人員需充分考慮實際情況，確保明挖法、CRD 法、CD 法以及弧形分部開挖法等有效手段應用的靈活性，同時根據設計文件嚴格執行。

（2）需將結構防排水與控制施工排水的重點與難點為基礎，采取防水混凝土技術展開施工。另外，施工人員必須熟練掌握防水層、施工縫及二次襯砌拱背后注漿等要求，按照施工工藝標準嚴格把控每道工序，為施工質量提供最高保證；在條件允許的情況下，可以創建專業的排水班組，實現對洞內排水的統一管理。一些排水溝也要注重臨時硬化處理，確保洞內不存在積淤與倒灌的狀況。

（3）施工人員初期支護的重點在于分布且快速，如此能有效減少開挖面暴露時長。施作仰拱必須及時進行，促進全斷面初期支護盡早封閉成環，形成完整有效的受力結構[2]。

（4）基底需盡早封閉，封閉前洞內各類施工用水需得到妥善管理，施作仰拱鋪底也絕不能拖延，只有如此才能預防地下水、施工用水向基底黃土入侵等問題。

（5）防治濕陷性塌方，洞內地下水與施工用水處理是關鍵。施工人員需在施工過程中注重隧道防排水工程，設置環向、縱向盲溝或泄水軟管，引出地下水。

2.3 確保監控量測工作的有效落實

因為黃土塑性變形相對而言較大，變形周期也比較長，因此，監控量測對于黃土隧道塌方事故預防而言非常關鍵，尤其是在隧道開挖之后施工人員需及時封閉圍巖，所以站在本類隧道工程的角度上來看，監控量測支護意義非凡。監控量測工作一般情況下包括以下幾部分，分別是觀測洞口與淺埋地段的地面沉降以及量測拱頂下沉、周邊收斂、仰拱隆起以及開挖斷面的地質素描。在進行黃土隧道收斂量測工作的時候，施工人員必須要明確增強對柔性支護薄弱點針對性的重要意義，直到量測結束必須持續展開布線監控；對洞口及淺埋區域而言，施工人員需適當對量測斷面進行加密[3]。

2.4 人員管理與培訓

在大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工過程中，施工質量管理處于核心地位，隧道開挖、支護以及襯砌等各個環節，都必須以設計文件、施工規范以及驗收標準為根據嚴格執行。目前我國部分隧道的開挖階段，民工甚至要承擔支護部分，這也是導致塌方事故的關鍵因素。基于此，施工團隊在施工過程中必須重視以下關鍵點：①必須遵守相關政策、規范、標準、要求、文件中的要求；②若工程需要調整開挖或支護方式，必須經上級技術部門同意；③支護作業需認真進行，同時錨桿長度、噴射混凝土厚度、間距以及格柵拱架間距等必須得到保證；④監控量測工作必須堅持定期展開，并有效收集量測資料及其他信息反饋[4]。

3 大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工安全管理要點

（1）施工人員需選擇穩定的黃土地層展開隧道施工，充分發揮黃土自穩能力的重要作用，除此之外，開挖部分也應盡可能減少，可根據實際情況應用環形開挖留核心土法施工。必須根據有關要求決定核心土大小與長度，施工人員可以采取打拱腳錨管的方式，實踐證明其能夠確保加固的有效性，此外縱向連接也需加強。創建完整健全的體系，初期支護與周巖是關鍵構成。最大程度減少上半斷面兩側拱腳同時懸空狀況出現的頻率。落底長度需合理掌控，通常情況下以1～3 m 為宜，最長不能超過6 m。

（2）在地質條件不同的情況下，及時落實相應的超前支護及施工支護措施。就淺埋黃土隧道施工來講，施工人員可通過采取超前小導管，配合大管棚達成超前預支護的目的，這樣就能在探明目標范圍內地質情況的同時，為大管棚以下部分土體塌落事故的預防提供保障，避免隧道施工安全事故。

（3）機械設備保養管理。由于隧道工程的施工特點比較特殊，其工期長、施工條件復雜惡劣，因此，設備的定期維護保養非常重要，完善機械設備保養的管理非常重要。第一，要保證全公司員工都有設備保養意識和常識；第二，配備經驗豐富的維修保養人員，在設備日常使用過程中按照相關規定進行科學保養；第三，建立健全維護保養制度，必要時強制執行[5]。

（4）提高施工人員的安全意識。除施工技術需要深入研究外，施工人員的安全意識、施工現場的安全管理制度等，也都必須得到相應的重視，這是保證黃土隧道工程施工安全性的重中之重。只有這樣，才能在確保施工效率與安全的基礎上，避免企業與施工人員的綜合利益受到損害。

4 結束語

隧道施工作為一種循環施工，實際難度并不大，但若工程屬于大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工，就必須充分考慮其在干燥時土體穩定的強度，以及其實際承載力等諸多因素，施工難度與危險性也必然會隨之增加。基于此，相關人員在密切掌握圍巖施工動態的同時，也必須明確掌握施工重點的重要性，這不僅是促進施工整體質量提升的重點，更是為大跨度淺埋濕陷性黃土隧道施工安全提供保障的關鍵。