大断面黄土隧道施工关键技术

内容提要：分析大断面黄土隧道各工序施工工艺控制要点，结合太中银铁路SJS-Ⅱ标段五座黄土隧道施工经验为参考，提出安全、合理、有效的黄土隧道施工方法，详细说明施工工艺，供类似工程参考。

关键词：黄土隧道控制要点施工工艺

中图分类号：U45文献标识码： A

1 工程概况

太中银铁路SJS-Ⅱ标位于陕西省子洲县，线路穿越黄土卯梁区，共有黄土隧道五座，长度为2095米，均为双线黄土隧道。各隧道口植被覆盖稀少，洞口段多偏压浅埋，设计均为Ⅴ级围岩，开挖断面宽度为13米，高度12.5米。

大断面黄土隧道施工主要难点有开挖易坍塌；初支易变形、下沉速度快；怕水；洞口边仰坡易滑坍等。

因此，在黄土隧道施工中进洞环节及在初支施工中控制隧道不下沉、不变形为黄土隧道的施工关键所在，也是黄土隧道施工安全的保证。

2 黄土隧道施工关键工序

2．1黄土隧道进洞施工工艺

黄土隧道进洞是非常关键的一个环节，进洞里程的选择及刷坡方案的制定是保证隧道洞口施工边、仰坡安全的关键。

陕北黄土地段地表黄土均系Q3系新黄土，较松散，且具有湿陷性，极易形成坍塌。所以在施工中必须遵循“少刷坡，零扰动”的进洞原则，来确保洞口边仰坡的施工安全。洞口施工时，施工图纸中提供的进洞里程，一般很粗，不一定完全符合现场实际。个别隧道口若按设计进洞里程进洞及刷坡将有可能形成高危边坡，将来治理难度极大，且运营后也存在较大的风险。

在段家2号隧道进口施工时，在临时防护完成后隧道施工过程中还发生了局部坍塌，还造成了进洞困难。后进洞时采用增设偏压墙再回填进洞的方法，才起到了很好的效果，如图一。后续各洞口进洞均在现场详细勘察后，采用少刷坡的原则，偏压段采用设偏压墙回填进洞及设套拱的方式进洞，起到了很好的效果。

通过上述各黄土隧道洞口施工经验，在黄土隧道洞口进洞施工时，首先应根据施工图纸详细核对现场地形及地质情况，本着“少刷坡，零扰动”的原则，确定合理的进洞里程及刷坡方案，尽量少刷坡或不刷坡；边仰坡尽量采用人工清除地表草皮后挂网喷锚临时防护，利用原状边仰坡，减少机械对边坡的扰动；且不可肓目按设计进洞里程及刷坡方案进行刷坡。上述措施对于保证黄土隧道边仰坡的安全是十分必要的。对于偏压隧道洞口段进洞最好采用增设偏压墙，洞身回填密实后再进洞的方法施工。

图一、段家2号进洞采用偏压墙回填进洞

2．2黄土隧道进洞超前支护工艺

对于黄土隧道，做好超前支护是决定隧道开挖安全的保证，是隧道施工安全最关键的一环。因黄土隧道一旦出现小的掉块，直至塌陷至地表，处理很困难。为避免这一情况的出现，在超前支护施工中不能有一点马虎，甚至要比设计做的强。为此在施工中需注意以下几点：

1）、超前支护可采用∮42的无缝钢管，环向间距不得大于30cm。

2）、根据初期支护拱架间距，超前支护施工的纵向间距不得大于两榀拱架间距。

3）、每环小导管长度不得小于三榀拱架间距，即需保证每两环小导管之间搭接长度不得小于设计拱架间距，且不小于1m。

4）、第二环小导管施作时从上一环小导管之间施工。

5）、小导管角度控制不得大于3～5。。

从太中银铁路SJS-Ⅱ标黄土隧道的施工中，只要按上述要点控制超前支护的施工，在开挖过程中基本上不存在掉块、坍塌等现象，很好的控制了隧道施工安全。

2．3黄土隧道开挖施工工艺

通过太中银铁路黄土隧道施工探索，三台阶预留核心土开挖法，二衬紧跟能够很好的保证隧道施工安全，且能加快黄土隧道施工安全。三台阶预留核心土开挖法具体步骤如下：

1）、施做超前支护

首先施做拱部超前小导管，范围为拱部120。范围，环向间距不大于30cm，每根长度2.5m，外插角3～5°。纵向间距按设计钢架间距每2榀施工一环，保证两环小导管搭接至少1米以上，完全起到超前支护的效果。

2）、开挖上导坑土体及钢架施工

上导坑开挖高度包括预留变形量一般不得大于3.6m，开挖时采用开挖周边预留核心土的方法。环形开挖尺寸只要能保证架立钢架人员施工即可，即拱顶开挖控制在1.8米高，预留心土的高度控制在1.8米左右。开挖长度根据设计钢架间距确定以一榀为宜，核心土预留面积不得小于开挖上导断面1/3。核心土纵向长度以3～5m为宜，起到抵抗掌子面围岩的推力及周边围岩土压力作用，确保掌子面稳定。

开挖完成后初喷3～5cm混凝土后按设计要求施作上导初期支护。

3）、开挖中导坑土体及钢架施工

上台阶进洞5～8m后开挖中导土体，开挖时采取两侧土体错位开挖，预留中心土体，左右侧错位2米。开挖时可视现场条件将部分上导核心土取掉。中导开挖高度宜控制在3.7米以内。

开挖后初喷3～5cm混凝土后按设计要求施作中导初期支护。

4）、开挖下导坑土体及钢架施工

在中导掘进5～8m后取除中部核心土，开挖下导土体。开挖时采取两侧土体错位开挖，预留中心土体，左右侧错位2m，开挖高度控制在下导拱架标高处。切记拱架不得超挖，如超挖不能用土回填，必须用同条件喷射混凝土进行回填。

开挖后初喷3～5cm混凝土后按设计要求施作初期支护。

5）、仰拱开挖

在下导开挖3～5m后，开挖仰拱，一次开挖距离不宜过长，控制在2米或三榀拱架间距以内。开挖完成后立即施工仰拱初支拱架，施工完成后进行仰拱施工。

2．4黄土隧道初支施工要点

黄土隧道在初支施工中一定严格按设计要求施工，适当措施应加强，才能确保隧道不下沉，从而确保隧道安全，其控制要点主要有如下：

1）、拱架加工时不得在拱顶处断开，即不能将接头放在拱顶，确保拱架受力均匀。

2）上、中、下台阶每榀钢架拱脚处设置锁脚锚管4根，每根长度不小于4米，位置在拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按向下15°角打设，两根锁脚锚管与钢架通过钢筋焊成“U”形连接牢固。其目的是将拱架承受围岩向下的压力传至周围土体，来确保拱架不下沉。

3）、开挖时可将每个台阶拱脚处拱脚扩大，增大拱架持力面积。如拱架加喷射砼厚度为27cm，开挖时可将拱架处加宽43cm，加之拱架27cm，即拱脚处开挖宽度为70cm。扩大拱架部分开挖需采用人工开挖，从拱架处沿环向开挖面在2米范围内与原开挖面顺接。拱脚加宽单元连接处连接钢板采用整块钢板，即在横向加长至70CM，伸入拱脚加宽处，在顺接部位可采用焊接4根Φ22钢筋或角钢与钢架连接详见下图，确保拱脚不下沉。

通过该措施，拱架完全落在硬土上，且拱架加大，增加了持力面积，可以确保拱架不下沉。

4）、钢架间连接连接板必须密贴，不得出现错位式张口。

5）、开挖完成后，必须对围岩面进行初喷，防止围岩长时间暴露而风化。

6）、喷射砼必须密实，不得出现空洞。加强砼的养护，保证喷砼的强度。

7）、在各项施工过程中，避免积水，以免浸水软化拱脚。

通过上述各种措施的施工，基本上能保证黄土隧道不下沉，能保证隧道施工安全。

2．5黄土隧道二衬施工要点

黄土隧道二衬及时跟进是保证隧道安全的最为关键的一环，因只有二衬施工完成才能彻底保证隧道施工安全。

在黄土隧道施工中，二衬的距离距掌子面控制在40m之内，且尽可能的缩短二者之间的距离。

对于洞口段，仰拱具备一台车长度后应立即施做洞口段二衬及明洞，保证边坡稳定。

3结束语

通过太中银铁路黄土隧道的施工，如严格按照上述的各种加强措施施工，可达到在施工中减少塌方的处理费用，加快施工进度；还可以尽可能的减少预留变形量，避免造成的二衬混凝土超方严重，从而节约了施工成本。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.铁路隧道工程施工质量验收标准

[2]铁道第三勘察设计院.太中银铁路隧道设计图纸