“大拱脚”在黄土隧道施工中应用案例

摘要：黄土隧道下穿公路施工中，如何采取经济、简便、有效的施工方法及手段减少施工产生沉降，一直是我们在施工中研究、探索的课题。本文通过介绍我公司负责某黄土隧道下穿公路施工期间施工采取相关措施，尤其是在初期支护中增设“大拱脚”等手段，在公路沉降满足设计的情况，顺利下穿通过公路，为诸同仁在以后类似工程施工时提供参考。

关键词：隧道施工；支护结构；施工沉降

Abstract: under the loess tunnel in highway construction, and how to take economic, simple and effective construction method and means to reduce construction produce settlement, has been in the construction of our research, exploration of the subject. This article through to introduce my company is in charge of a loess tunnel in the highway construction period construction to take relevant measures, especially in the primary support added in "big arch foot", and other means, in the settlement of highway design, smooth wear through the highway, for the colleague in the future similar project construction to provide the reference.

Keywords: tunnel construction; Supporting structure; Construction settlement

中图分类号：[F235.3]文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

工程简介

该隧道处于低中山区，地势起伏较大，隧道顶部植被稀疏。隧道进口里程DIIK194+110，出口里程DIIK195+616，全长1506m。隧道内自进口至出口为11.9‰的下坡，隧道最大埋深57.61m。

隧道区地层为第四系上更新统坡洪积层（Q3dl+pl）新黄土夹钙核层、碎石土，中更新统洪积层（Q2pl）老黄土夹古土壤层，中砂，角砾土，下伏前震旦系五台群木格组车厂段（Awmc）混合花岗岩。隧道所在区域位于五台山隆起西南残余山脉的东南边缘，属于前震旦系古东北向构造，主构造线走向西北东。岩体中穿插北北西，北北东向两组石英岩脉，近垂直，岩脉附近岩体较破碎。

隧道洞身DIIK194+500~DIIK194+520范围内下穿顿奇公路，，公路路面宽约12m，公路与隧道洞身夹角约45°46′21″。隧道开挖洞顶至公路路面高度约10m。该段表覆新黄土，下伏老黄土，地面地形比较平缓，表覆新黄土，黄褐色，坚硬~硬塑，颗粒均匀，具大孔隙，含碎石土和钙质结核层。下伏老黄土夹古土壤层，浅棕红色，坚硬~硬塑，土体紧密，含粗砂、粗角砾土，洞顶覆土较薄。区段沿线新黄土分布广泛，具有湿陷性，湿陷系数δs=0.017～0.028。

具体隧道与公路示意图如下：

隧道下穿公路平面示意图

隧道下穿公路DIIK194+510断面示意图

施工简介

2.1、总体施工方案

隧道下穿公路段属于黄土浅埋段，必须选择合适的施工方案和合理的防护方案，最大限度的减少对土体的扰动，充分利用其自身的稳定性，是安全快速下穿公路施工的关键。根据施工进度计划，结合施工造价考虑，我公司采用三台阶七步法开挖进行施工。在施工中严格遵循“管超前，短开挖，快支护，早成环，勤量测，紧衬砌”的原则。我公司三台阶七步法施工示意图如下：

“管超前”即开挖施工前，按照设计施作大管棚，大管棚施工参数：拱部140°范围内设置φ159大管棚超前支护，每10～12m一排，搭接长度不小于3m，环向间距40cm。大管棚施作同时，采取小导管超前支护，小导管施工参数：拱部140°范围内设置φ42mm超前小导管（不注浆），小导管长4m,t=3.5mm，环向间距40cm；超前小导管配合钢架使用，每1.8m（3榀）施做一环，纵向搭接长度不小于1.0m；

“短开挖”即严格控制开挖进尺。每循环开挖长度控制在0.5～1.5m之间，施工中具体控制为上导每循环开挖进尺一榀钢架距离，即0.6m；中、下导左右侧一前一后错开施工，每循环开挖进尺不超过2榀；

“快支护”即开挖后立即进行支护。初期支护：钢架采用I25a型钢加工，钢架间距0.6m；铺挂HRB235Φ8钢筋网片，网格尺寸20×20cm；连接筋采用HRB335Φ22钢筋，环向间距1.0m；锁脚锚管采用Φ42×5mm无缝钢管加工，长4.0m，锚管与钢架间采用"L"形钢筋进行绑焊；喷射C25混凝土厚度为35cm。各单元工序开挖、支护平行作业，同时施工，互不干扰；

“早成环”即初期支护完成后，仰拱填充及时跟进，使初期支护拱架及早封闭成环，形成整体，加强隧道初期支护结构受力；

“勤量测”即施工期间必须加强监控量测力度，及时收集整理测量数据，通过测量数据的对比分析，及时调整施工参数，指导现场施工。主要体现为预留变形量值调整；

“紧衬砌”即施工中必须及时跟进衬砌施工，严格控制衬砌与上导掌子面间步距。

同时，因为本隧道为黄土隧道，所有在施工中必须加强施工用水的管理和疏排，避免黄土遇水软化。施工中优先选用无水或用水量少的施工设备和施工工艺，提高黄土隧道机械化施工程度。

三台阶七步法施工工序示意图

三台阶七步法步距控制示意图

2.2、实际施工方案调整

根据现场实际施工效果，根据专家评审意见，结合咨询相关具有丰富施工经验施工一线施工人员，我公司在确保施工安全，减少隧道沉降，在原设计施工方案不变的情况下，在后期施工方案进行优化、加强。具体方案优化概述如下：

1、隧道下穿公路施工期间，对上部公路进行改路，使通行车辆绕行，以减少隧道上方承受荷载；

2、开挖工法不变，仍采用三台阶七步法。但施工中在中导加设大拱脚，以加强拱架受力，减少沉降；

3、加强施工组织，使各工序衔接更紧密，尽量缩短每循环施工所用时间；

4、严格控制步距，仰拱开挖控制在2～3m，仰拱距掌子面距离控制在20m以内；二衬一次施作4～6m，二衬距掌子面距离控制在35米以内。

3、“大拱脚”施工简介

3.1黄土隧道沉降分析

在前期按照原设计方案进行施工时，取得实际效果并不理想，导致部分里程段隧道沉降过大。经分析认为:黄土隧道开挖支护过程中，主要沉降产生时间为各单元初期支护开挖至喷锚支护完毕时间段，具体体现为上导开挖、中导左右侧开挖、下导左右侧开挖及隧道开挖。因为从开挖施工开挖，直至喷锚支护完毕中间存在一定时间差，在此时间差内，隧道土体内部本来为一个各项压力平衡状态，遭到开挖破坏、扰动，导致土体受力不平衡，内部压力释放，直接表现为周围土体坍塌、沉降，以使土体再次趋向平衡。