探讨大断面黄土隧道开挖支护技术

摘 要：随着铁路运输业的不断发展，越来越多的铁路隧道正在修建，修建过程中由静止的应力状态转变为动态的受压状态，容易导致支护结构出现向基坑内的变形，因此本文对大断面黄土隧道开挖支护技术进行了探究，就支护技术提供如下参考。

关键词：黄土隧道;隧道开挖;开挖技术

基坑支护的作用是在施工时保证地下结构的稳定，地下结构稳定是施工顺利展开的基础。因此，给基坑侧壁等周围环境采取适当的加固措施是有必要的。施工前必须要详细的了解地质参数和地理环境，选择合适的施工方案，本文针对大断面黄土隧道开挖支护技术做出如下分析。

1 工程概况

H省高桥隧道具有特浅埋，断面大，小角度下穿等技术难点。下穿的开挖面积为168O。怎样在规定的进度内保质保量的完成现场施工，本文对该铁路隧道施工方案进行分析和比对，为优化大型隧道的施工方案展开研究。

2 选择合理的开挖方案及开挖中需要注意的问题

2.1 计算方法和参数的设定

通常用的技术是有限差分算法，利用大型有限差分岩土工程软件将岩体进行有规律的离散化，用常应力模式去计算。通常在计算前会对岩体和支护结构做出假定：（1）假设计算的岩体材料内部性质均匀，各向均为同性，对节理、层理等地质柔弱面造成的介质不连续情况不予以考虑。（2）计算岩石的塑性屈服准则通常选用Mohr― Coulomb准则。（3）将模型深入110m的岩层，为了提高计算效率，将模型的覆土厚度设计为72m，从横向截取68m，下部边界到轨面的距离为78m，由于边界条件对计算结果无实质性的影响，故可以设定为无边界效应。（4）将变形模量、黏聚力等物理参数设定为固定值，对模量、泊松比等参数的变化不做考虑。（5）为了保证计算效率，初期的支护尽量选择实体单元进行模拟，之后依据后期实体单元应力反应计算出刚架的应力，判断支护是否安全。底层及支护物理力参数详见下表。本工程的进口段为209m，出口段为36m，配合上述参数本工程宜采用交叉中隔墙法，简称CRD 法。

底层及支护物理力参数详见表

围岩地质 密度

（g/cm3） 弹性模量（Mpa） 泊松比 黏聚力（kPa） 内摩擦角（°）

老黄土 2.02 352 0.31 61.2 26.8

新黄土 1.65 65 0.48 15.3 15

初期支护 2.6 29410 0.21

2.2 开挖时应注意的问题

在大断面黄土隧道施工中要注意以下几个问题：（1）土质隧道每条循环开挖的隧道长度不能超过1.5m，最短不能低于0.5m。（2）在黄土隧道施工时，严禁使用“爆破”，以免增大对岩石的扰动，埋下安全隐患。（3）在施工工程中每开挖1m就要设1m的支护，及时的喷射混凝土对岩石进行封闭。（4）加强施工的用水管理，避免富水将岩土基底软化，如果黄土的结构出现破坏特性，那施工时尽量选无需用水施工的设备和工艺。

3 黄土隧道开挖方案

3.1 选择合适的施工方案

因为下穿范围较大，进行黄土隧道施工发生的风险也较大，要进行相应的洞外加固方案，先用应急抢修钢梁架空铁路，应急抢修钢的空跨度不得低于60m，在架空过程中需要对有线天窗进行中断，架空完成后，暗挖通过优选双侧壁导洞法。架空的优势是保护既有路线的安全，不受塌方或沉降的影响，保障营运安全。缺点会对既有路线的正常运营造成一定影响。

洞内加固有两种方案，一种是长管棚超前支护+双层支护台阶法，一种是超前支护+双层支护双侧壁导洞方案。两种方案的优劣比较如下。（1）双层支护加双侧壁：采用双侧壁导洞开挖方法，初次支护选用喷锚，再次支护采用混膜钢筋混凝土，封闭距离范围不超过13m，最低不低于10m，选择扣轨梁对既有线进行加固，该方案的开挖程序复杂，将空间分割的过于窄小，不适于使用大型机器，有优异的控制沉降能力。缺点是此方案的施工周期太长。（2）双层支护加台阶法，初次支护采用喷锚和型钢钢架，再次支护选用型钢喷混凝土，封闭范围在9m-14m，同样选择扣轨梁对既有线进行加固，该工序的优点工序简单，给大型机械操作留有足够的空间。施工周期短。

若从控制沉降的能力来说双侧壁导洞法具有明显优势，但从施工工期角度来说台阶法又远优于台阶法，由于本次施工要避免对既有营运线造成影响，建议采用台阶法。

3.2 CRD分布开挖技术

采用CRD开挖法开挖的关键环节是按照各部开挖的顺序采用临时横竖支撑系统对开挖面安装中间支护，增强围岩的稳固性，保证施工人员安全。通常以型钢横竖支撑和中隔壁喷射混凝土作为中间支护。依照施工隧道的开挖顺序，在第一个部分开挖完毕后，将Hwl80型号的型钢架置于施工作业的上部和底部作为支撑，将开挖墙体的一侧于初期支护的型钢钢架连为一体，用长为3.8m的锁脚茅管将接头部位锁定，支撑的横竖方向与隧道轴间的距离相隔2.2m。待6个部分开挖作业结束后，增加竖向支撑的长度至仰拱的底部并且要与仰拱型钢钢架焊接，之后喷混凝土进行覆盖。当围岩的稳定条件满足设计要求后，可将下部支撑于仰拱的填充物进行拆除。同时为了保证施工的安全进行，防止围岩出现变形，中间的支护可在隧道仰拱填充完毕后，再进行一次性拆除。

4 结束语

综上所述，通常情况下，大断面黄土隧道采用CRD开挖法是安全有效的。但是在施工中一定应注意相关的细节问题，如封闭时要及时的喷注水泥浆，用锁脚锚杆将型钢架与开挖墙体的接头锁住等。

参考文献：

[1]刘伟.大断面黄土隧道三台阶七步开挖法施工技术[J].中国铁路，2010（05）：66-69.

[2]张平智.关于大断面黄土隧道开挖支护技术的若干思考[J].城市建设理论研究（电子版），2013，3（21）：27-28.

[3]鲍海荣.大断面富水黄土隧道开挖支护技术[J].建筑施工，2012，34（04）：359-360.

作者简介：王峰（1988-），男，湖北监利人，本科，助理工程师，研究方向：铁路。