浅议甘肃兰州地区湿陷性黄土地质隧道施工技术与管理

摘要：文章结合甘肃兰州地区湿陷性黄土地质的特点，探讨了可以消除黄土湿陷性的隧道施工技术，同时提出了安全风险防范的措施。

关键字：湿陷性黄土；隧道；施工技术

兰州市大约90%以上的土地为黄土地质，其中自重湿陷性黄土分布极广，并且地基湿陷等级高，湿陷性敏感。在湿陷性黄土地区修建大断面黄土隧道难度十分大，如果技术不够成熟，施工时考虑欠周全，施工中随时可能坍塌[1]。湿陷性黄土隧道施工具有两个特点，一是地基的处理，二是拱顶沉降的处理。所以采用科学、合理的方法，消除上述两点隐患，对湿陷性黄土隧道施工意义重大。作者以兰州市南山路石板沟隧道为例略谈湿陷性黄土地质隧道施工技术与安全管理。

一、工程概述

石板沟隧道位于南山路西向10km处，分左右线，两线间距40-54m，为双向行驶分离式双车道隧道。隧道净空为9.25m，限高5.0m，最大开挖跨度11.9m，最大开挖厚度10.25m，左线长度360m，右线长度393m。隧道按新奥法设计施工，衬砌设计为曲墙复合式衬砌。该隧道基线ZK34+770-ZK34+835计65m，右线YK34+750-YK34+870计120m，处于湿陷性黄上地段，隧道口设计标高以下尚有30余米黄土。隧道开挖时有可能出现塌陷，洞身基础可能出现湿陷现象，因而在施工中搞好防排水及基础加固是顺利施工的关键。

二、施工方案的确定

1、黄土的特点。黄土颜色为黄红色，孔隙较多，颗粒松散，颗粒含量高，它的易溶盐含量大，尤其是碳酸盐。由于它的结构比较特殊，在浸水状况下，具有一定的强度和抗压缩性，在失去支撑作用后，土体将快速崩解、湿陷[2]。根据这个特点，在湿陷性黄土上建造隧道时，第一要务就是做好排水工作，尽可能使黄土的含水量减少，以保证建筑物的安全。

2、施工方案的确定。明确了湿陷性黄土的特点，就必须找一种既安全又快速的施工方法，才能保证工程安全顺利的进行，才能保证工程的质量。一是洞口防护加固。由于洞口最容易浸水而湿陷，所以必须加强洞口地段的防、排水工作。可先压注梅花形浆锚杆，后铺Φ6mm钢筋网，喷注10cm的混凝土浆，洞口上部设排水沟。二是洞身施工。应事先进行地表预加固和超前支护，开挖后及时进行支护，尽快使围岩达到稳定。经过综合比较选择，确定采用洞口段地表WTD25注浆锚杆加固、小导管预注浆超前支护、正台阶开挖、锚喷网辅助、钢拱架支撑、地脚托梁和锁脚小导管注浆加强拱脚支承、监控量测同步等综合措施的施工方案。

三、施工方案的实施

1、洞口防护及地表加固。施工方法：标记锚杆孔位置；风枪施钻，钻孔深度不小于5m；安装锚锭板，用Φ6mm钢筋与锚杆顶焊成一体，网间距为20*20cm；喷注10cm厚混凝土浆；注浆，压力不小于2.0MPa。施工关键点：为达到水泥浆设计强度70%以上，锚杆预加固应在开挖15d前完成；锚杆位置及钻孔深度应根据实际地形和工程要求来定；事先做好锚锭板、挂网、喷砼，以便于注浆。

2、小导管预注浆超前支护施工。施工方法：小导管用长4.5m，直径50*4mm的细无缝钢管便可，应设计开挖轮廓线布置管孔；风钻钻孔直径60mm，外插角3-4度；制作注浆盘，注浆压力1.5MPa，持续一刻钟停浆。施工关键点：从拱脚按顺序注浆；小导管外露应用拱架焊牢；每一循环小导管搭接长度不小于1.5m。

3、开挖及初期支护。开挖施工采用先拱后墙法施工，并及时进行初期支护以消除黄土的湿陷性。支护措施采用锁脚注浆锚杆、地脚托梁、锚喷网硅及钢拱架等联合支护。开挖前应严格测量、划线，开挖时坚持宁欠勿超的原则；机械施工不足之处，应由人工修补完成；初期支护是保证安全的重要因素，应做到及时、快速；拱架的钢筋网、钢拱架及锚杆等必须焊接一体，连接牢固；必须注意，拱架与开挖线紧密相贴，如有空隙应用混凝土垫实。

4、监控测量。使用新奥法的隧道施工最关键的部分就是围岩及初期支护，所以必须在这方面做到尽善尽美，施工与设计都要科学、合理。只有对工程的各关键点进行密切的实时监测，才能掌握围岩及初期支护的动态情况，才能准确判断施工的可靠性和稳定性，才能及时发现问题，调整施工方案，为工程的顺利进行提供科学、可靠依据。

四、施工体会

一是做好洞口的防排水是非常必要的，可以有效消除湿陷黄土的下沉；工程时间长，工序复杂，合理的设置施工单班循环时间对工程质量与进度十分有利；非爆破施工，使施工更安全，开挖应力小，初期支护承载能发挥最大；脚托梁及锁脚锚杆对控制上导坑开挖后的拱架沉降及周边收敛起到很大作；小导管预注浆加固围岩、锚喷砼联合支护以及非爆破施工，使工程安全性大大提搞。

五、施工安全风险管理

在进行隧道施工时，应针对湿陷性黄土地质的特点，对崩塌、泥石流、滑坡、坍塌等危险情况进行分析和预测，根据分析报告适时调整施工方案，不可为赶工期而心存侥幸，忽略安全问题。总之，应坚持安全第一，工程第二，以人为本，统一领导，科学管理，以防为主的管理方针，使企业财产和人员生命得到保障[3]。

洞口工程施工应避开雨季及严寒季节。洞口上方的危石、悬石应全部处理，同时设置排水系统以避免雨季冲刷坡体，使山体破坏。为了减少湿陷应力，应采用自上而下的分层开挖方式，同时应根据地质条件做好边坡和仰坡的防护。洞口石方严禁采用洞室爆破开挖，宜采用浅孔小台阶爆破。

建立完善的监控量测系统，时刻监测拱顶和地表沉降情况，一旦发现异常，应果断停工并研究解决方案。施工过程应严格按照施工图和相关技术规范操作，对存在安全风险的关键点进行超前预报，及时采取前小导管支护措施，并对围岩进行注浆加固处理。

如果因某些不良因素出现塌方时，必须懂得营救人员的方法。首先，应明确被困人员具置，为避免二次事故，开挖掌子面塌方需先搭木跺对开裂初支进行支护，如果解救人员出现困难，应先用风钻打孔，再伸入通风管以防止被困人员窒息。寻找最佳的救援通道是减少营救时间和避免二次事故的关键，应尽量利用既有的边墙及木支撑临时支护该通道。同时还应做好拱顶下沉、周边位移的监测工作[4]。

六、结束语

湿陷性黄土地质非常特殊，在其上进行隧道施工发生事故的机率十分大。文章对甘肃兰州地区的湿陷性黄土地质隧道施工技术与安全管理进行的分析和探讨，以期对全国各地相同地质的隧道施工具有一定的借鉴意义。