濕陷性黃土圍巖隧道施工方案

蔡福來

（中鐵隧道集團二處有限公司，助理工程師，河北 三河 065201）

1 引言

地質條件是影響隧道施工進度、質量的重要因素之一。針對不同的地質條件，在隧道開挖與支護時，其方案雖會有所不同，但隧道在修建時如何克服可能遇到的上覆巖土層問題卻是共同的任務，尤其如何破解巖層風化破碎比較嚴重和軟質巖土加大隧道口施工難度矛盾更是如此。實際施工表明，開挖后如何減少圍巖松動，控制圍巖的穩定性對于解決上述問題至關重要。張咪等［1］利用數值模擬的方法對深埋軟巖的開挖及支護方案進行研究，得出應力重新分布后的應力集中區，為支護方案的制定提供了參考。徐成明［2］研究證明針對明埡子隧道的軟弱圍巖，CRD法開挖使圍巖的變形量最小。張天奇等［3］砂土隧道開挖引起圍巖變形進行研究，并對其造成的地表沉降進行分析。婁志峰［4］對濕陷性黃土隧道開挖的控制要點進行了總結。劉繼南［5］探討了隧道仰拱施工技術問題，并對可能出現的問題提出應對措施。

本文在上述學者研究的基礎上，結合工作實踐深入理性思考，形成并提出隧道在濕陷性黃土中施工方案，該方案經實際工程證明能夠有效地控制圍巖的穩定性，確保工程安全順利完成。

2 工程概況

新建某隧道位于甘肅省，屬黃土臺塬區，地形西高東低，地面最大相對高差250 m。隧道為雙線單洞，最大埋深102 m，全長6 782.45 m。該隧道所處地段水文地質條件復雜，地下水埋深50～70 m。隧道進口段頂部圍巖具有濕陷性，濕陷等級為Ⅲ級，土層厚度在17～20 m 之間。圍巖含水率實測高達22%～31%，呈軟塑狀態，開挖后圍巖強度降低，穩定性很差，極易崩解、掉塊，形成垮塌，施工風險高、難度大。

3 隧道施工方案

根據工程地質、水文等自然條件，注重總結既往類似施工經驗教訓，有針對性、創新性地研究制定新建隧道施工方案。

3.1 預支護由于濕陷性黃土圍巖強度低，穩定性差，必須在隧道開挖前對圍巖進行有效加固，以增大其穩定性和強度，為隧道安全順利施工奠定基礎。施工單位經過綜合因素分析和方式方法比選，決定在隧道開挖前，對其采用管棚和超前小導管進行預支護。

管棚采用地質鉆機鉆孔，分段頂入管棚，然后進行注漿加固。小導管的施工則采用風鉆鉆孔，現場攪拌漿液，注漿機注漿加固；鋼拱架采用洞外加工廠分節預制，然后在洞內進行安裝；鋼筋網采用在洞外預制成品，然后在洞內鋪裝；錨桿采用自行加工，現場安裝的方法；在拌合站將噴射混凝土集中攪拌，然后通過混凝土運輸車運送至現場，采取機械手濕噴的方法進行作業。

3.2 洞口開挖主要包括洞口土石方開挖和洞口邊仰坡防護兩方面工作，具體要求如下：

3.2.1 洞口土石方開挖

1）為避免山洪等對邊坡的沖刷，應在洞門開挖之前先修筑截、排水溝。由人工配合反鏟自上而下開挖，開挖至暗洞超前支護相應標高時，隨即進行超前支護。

2）要認真落實邊仰坡刷坡自上而下分層開挖要求，每層高度為2 m，開挖完成后要及時進行錨桿網噴支護。同時，要做好坡面噴砼防護層與原坡面銜接，以防邊仰坡防護受到損壞。

3.2.2 洞口邊仰坡防護

1）在做好日常及重點防護的同時，還要注意落實臨時防護措施，如采取噴錨、格構網等進行洞口邊仰坡防護。

2）要針對洞頂巖層裂隙較多特點，采用漿砌片石或砼鋪砌溝底等方法防止地表水滲漏到隧道，漿砌片石要用砂漿抹面。

3.3 洞身開挖洞身開挖要進行超前探測，人工配合機械開挖。洞身開挖方案主要包括：淺埋段采用三臺階法；深埋段采用三臺階預留核心土法和局部地段設臨時仰拱等三種。各施工方案內容及工藝要求分述如下：

3.3.1 三臺階開挖法 三臺階開挖法工序如圖1 所示。

1）上臺階開挖內容及要求：每循環進尺1 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并架設鋼架，及時施做鋼筋網，打設鎖腳錨管，并將二者焊接牢固，復噴砼至設計厚度后打設錨桿。

2）中臺階開挖內容及要求：要在上臺階施工至4 m 處進行開挖，每循環進尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并及時進行中臺階初期支護（同上臺階）。

3）下臺階開挖內容及要求：要在中臺階施工至4 m 處進行開挖，每循環進尺1～2 榀鋼拱架，隨即初噴4 cm 砼并施做下臺階初期支護（同上、中臺階）。完成下臺階開挖支護，應盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達到及時快速與上部鋼架封閉成環。

圖1 三臺階工序示意圖

3.3.2 三臺階預留核心土法 三臺階預留核心土法工序如圖2所示。

1）上部弧形導坑開挖內容及要求：當拱部超前支護完成后，使用環向的方式對上部弧形導坑進行開挖，預留核心土4 m。開挖循環進尺應根據初期支護鋼架間距確定，后續工作與三臺階法一致。

2）左右側中臺階開挖內容及要求：左右側臺階要錯開2～3榀拱架，臺階中部預留核心土4 m，后續工作與三臺階法一致。

3）左右側下臺階開挖內容及要求：左右側臺階要錯開2～3榀拱架，臺階中部預留核心土4 m，后續工作與三臺階法一致。

4）上中下臺階預留核心土開挖。

5）隧底開挖內容及要求：在完成下臺階的開挖和支護工作后，應盡快開挖仰拱以及制作仰拱鋼架，并達到及時快速與上部鋼架封閉成環。

圖2 三臺階預留核心土法工序示意圖

3.3.3 三臺階臨時仰拱法 三臺階臨時仰拱工序如圖3所示。

1）拱部超前支護完成施工后，采用環向方式開挖上臺階，當完成上部開挖，隨即初噴4 cm 厚砼，架立鋼架，施做鋼筋網后復噴砼至設計厚度并且打設錨桿，底部噴10 cm砼作為臨時仰拱封閉。

2）當上臺階施工到4 m 處，開始對中部臺階進行開挖，將鋼架接長，然后進行洞身結構的初期支護以及封底工作，其具體工序和上臺階一致。

3）中臺階開挖4 m 后，開始對下部臺階開挖，及時封閉初期支護，措施同中上臺階。下臺階開挖支護完成后應及時開挖仰拱并將初支封閉成環。

3.4 施工時注意問題

1）由于圍巖為濕陷性黃土，所以施工應注意避開雨季；

2）施工過程要做好超前預測預報；

3）各項工藝指標都應嚴格滿足設計要求；

4）做好開挖與支護的銜接工作，保證工程安全順利實施。

圖3 三臺階臨時仰拱工序示意圖

4 結論

本文對濕陷性黃土圍巖的施工方案進行了研究，文中提出的預支護方案以及洞身開挖方案經過工程實踐證明可以有效地增強濕陷性黃土圍巖的強度，提高穩定性，保證工程的順利進行，為其他類似地質條件的隧道開挖提供參考。