土石界面隧道施工技术

摘要:以西平铁路XPS-1标丁家山隧道施工为例,探讨土石界面隧道采用分台阶弱爆破施工技术。

关键词：土石界面隧道分台阶弱爆破施工方法

Abstract: the xiping railway XPS 1 mark DingGuShan tunnel construction as an example, this paper discusses the earth-rock interface tunnel blasting technology weak points steps.

Keywords: earth-rock interface tunnel blasting construction method steps weak points

中图分类号： U455 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

西平铁路XPS-1标丁家山隧道位于陕西省咸阳市乾县，隧道长5774米，洞身中部设斜井一座。地貌属黄土残塬区，塬面经受强烈剥蚀。地形起伏较大，相对高差约80～120米。隧道进出口及洞身顶部的第四系上更新统黏质黄土具自重湿陷性。

2施工技术

丁家山隧道设计为均一黄土隧道，但是在开挖过程中掌子面出露灰岩，即出现了上部为黄土，下部为灰岩的隧道断面，此情况称土石分界断面。土石分界施工技术即适用于隧道断面上半断面为黄土，下半段面为灰岩地段。

上半断面施工时与黄土隧道施工方法一致，采用以挖掘机开挖为主，人工配合为辅的施工方法。下半断面施工时采用弱爆破的方法。岩层处于强风化时下部左右两侧分开爆破，严格控制单段装药量，最大程度减小爆破震动。上台阶控制在5m以内。下部左右两侧分开爆破时，间距控制在1.5榀拱架间距以内。为保证拱顶不易产生失稳、坍塌现象，爆破时严格控制好炮眼的深度、数量以及单段装药量等。因受灰岩风化程度及需爆破石方量的影响，具体参数根据现场调整。

图1 土石分界隧道开挖施工工法

3初期支护施工

初期支护采用锚喷网+钢拱架支护。锚喷支护紧跟开挖掌子面,当拱部黄土含水量较大时,采取加强初期支护的措施。土石界面段初期支护采用Ф22药卷式锚杆L=3.5m,ф8钢筋网（间距20×20cm）, I16工字钢支护, C25喷射混凝土厚23cm。喷射混凝土时,分多次复喷至设计厚度,这样可以保证喷射混凝土的施工质量,又能减少回弹,节约施工成本。为避免出现拱架处出现漏喷、空洞等不密实现象,施工时先喷射拱架背后部位,再在拱架两侧以不同角度向拱架集中喷射,然后多次复喷拱架之间部位至设计厚度。由于拱部黄土节理发育,喷射时极易掉块,故喷射作业中随时清理夹在钢筋网与围岩间的掉块,以防止该喷射部位出现空洞现象。

由于初期支护与围岩的粘结力较差,易产生拱脚失稳,因此锁脚锚杆紧跟拱架的安装,而且上断面拱架安装时拱架底部必须稳固可靠,施工中在该部位增设钢筋混凝土垫块或木板并塞实,以避免拱架及初期支护不必要的沉降;拱架安装位置准确,圆弧弧度符合设计,连接螺栓必须上齐并拧紧,骑缝焊接饱满,并且考虑预留沉落量及二衬净空扩大量应加大拱架圆弧半径,以确保二衬施工前初期支护净空满足规范要求。丁家山隧道土石界面段预留沉落量7cm,，二衬净空扩大量5cm,二衬施工时其厚度均符合要求。拱架安装质量的好坏直接影响二衬施工,应该引起足够重视。

4仰拱及二衬施工控制

仰拱开挖后关键环节是“及早闭合成环”。主要注意仰拱底面平整性，混凝土圆顺性，防排水处理，后续工作连贯性。

仰拱开挖采用挖掘机开挖，仰拱施作距离要保证长度为12～15m（汽车出碴和喷砼作业距离），保证仰拱施工不影响前方隧道开挖支护的施工，但是仰拱距掌子面距离不得超过45m，确保施工安全。仰拱混凝土采用全幅整体灌注, 利用移动栈桥解决洞内出渣、进料与仰拱施工之间的干扰问题。

4.1施工前，将隧底虚土、杂物、泥浆、积水等清除，并用高压风将隧底吹干净，超挖部分应采用同级混凝土回填。

4.2仰拱超前洞身二次衬砌，超前距离保持3倍以上衬砌循环长度。

4.3混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，混凝土强度达到设计强度的100％后允许车辆通行。

4.4仰拱开挖时要随时注意初支变形情况，距拱脚50cm左右处采用人工开挖，防止机械碰撞初支钢架。

4.5在仰拱填充施工完毕后，立即施作拱墙防水和钢筋绑扎，防水与钢筋施工采用移动式作业台车进行，平台长度11m。衬砌台车距离隧道掌子面不超过70m。

5 施工中的监控措施

监控量测工作紧接开挖、支护作业。丁家山隧道土石分界地段监控量测点按20m一组布点。每组监控点共布设5个监控点，其中拱顶一个沉降观测点，拱腰与拱脚（轨面线上1m处）各设一对收敛观测点。布点采用Φ22钢筋，钢筋埋入围岩深度不小于1m，穿过初期支护时用塑料套筒隔绝与初期支护的所有联系。

量测内容：拱顶下沉及收敛量测，地表沉降观测，衬砌裂缝观测。

通过观测，拱顶沉降稳定出现在开挖支护后20天左右，沉降值在15～19mm。收敛变形终止时间与仰拱施工密切相关，仰拱及时施工后约一周时间内收敛变形结束，最大收敛在16～19mm之间。

将监控量测数据绘成隧道变形时态曲线图，用于总结隧道施工变形量；绘成隧道变形回归曲线图，用于预测前方隧道变形量及指导现场施工。

地表沉降量测：最大沉降数量出现在线路中心最近的观测点上，累计下沉为31mm。通常下沉结束时间为开挖面通过该里程20～25天后。测出该地表观测值后与围岩收敛值共同分析，用以确定衬砌施工时间。

6推广经验

丁家山隧道土石界面地质条件复杂，安全和工期压力大。快速度、高质量完成初期支护和二次衬砌，严格控制步长关系，确保施工安全，是加快施工进度的关键。

6.1严格控制隧道步长步距，确保施工安全

针对土石界面隧道特点，结合现场作业要求，在确保施工安全的前提下，制定出了隧道步长控制要求，在施工中仰拱距掌子面距离按照不超过40米控制，二衬距掌子面距离按照不超过70米控制，并且将此作为一项纪律严格执行。

6.2严格控制洞内用水制度

隧道拱部的黄土具有明显的湿陷性，遇水后易出现失稳现象。在施工小导管时严格控制小导管注浆用水。尽力减少施工用水，避免积水浸泡隧道拱脚。常保持洞内干燥、通风。

6.3密切注意隧道拱部黄土的垂直节理

黄土围岩垂直节理是导致拱部坍塌的关键原因。节理位于拱顶时，极易产生塌顶，节理位于侧壁时，极易产生掉土、片帮，施工中若处理不当，常引起较大的坍塌。

6.4初期支护采用药包锚杆

由于注浆锚杆打入土中，浆液中的水进入土体，破坏了土体物理结构。锚杆与土体浆液填充不密实，降低锚杆效果，因此施工中采用药包锚杆，这样既可使土体免于渗水，又可以与土体紧密接触，保证了初期支护的质量和安全。

6.5减少扰动土体

施工中尽量减少振动，由于隧道拱部黄土的物理力学性质，爆破振动可导致土体开裂、松散，对开挖和支护不利。因此在下部弱爆破施工时，严格控制炮眼间距、数量和单段装药量，尽量减小对上部黄土的扰动，确保拱部安全。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。