黄土隧道施工中的主控工艺及措施

摘要：黄土隧道在北方地区的交通工程建设中较为普遍，采用新奥法施工黄土隧道的施工安全一直的工程建设中力求突破的课题，本文以包满铁路某隧道为例，通过工程实例探讨了黄土隧道的施工技术，包含隧道初期支护作业、二次衬砌施工及质量安全控制要点等，阐述并总结了在黄土隧道施工中应着重控制的方面。

关键词：黄土隧道施工；主控工艺

Abstract: the loess tunnel in the northern area of traffic engineering construction is relatively common, using natm loess tunnel construction safety has been engineering construction in the subject, this paper tries to break through in bag ManTie address tunnel as an example, and through the engineering examples, discusses the loess tunnel construction technology, including tunnel primary support operation, secondary lining construction and quality safety control points, etc., and summarizes the paper in loess tunnel construction should focus on the control aspect.

Keywords: loess tunnel construction; Master process

中图分类号：U455文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、工程概况

包头至满都拉口岸(达茂旗境内)铁路是国家“五横五纵”铁路网的重要组成部分，是内蒙古自治区“十一五”铁路建设规划的重点项目，是自治区重要的口岸通道。该一期工程施工地点位于自治区达茂旗境内，线路全长84.88公里，建设标准为国铁二级，单线电气化，设计时速120公里。该隧道全隧最大埋深163米，全隧为薄积黄土覆盖，隧道地质公布主要为第四系（Q）风化岩，坡积新进堆积黄土(Q4dl)，一般新黄土(Q3dl)，角砾土和上第三系（N）泥岩、下第三系（E）砾岩、砂砾岩为主，洞口段大部分为浅黄土覆盖层，围岩呈浅黄、黄褐色，稍湿硬塑，土质疏松不均匀，强度较底成岩性差，遇水易软化，缩水易开裂，属极软黄土岩。由于工期紧，施工难度大，安全穿越黄土段是本项目的控制重点。

二、施工原则

隧道黄土段施工遵循“先勘探、管超前、分台阶、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、常量测”的原则进行。

为了预防在黄土中开挖隧道的大变形和坍塌问题，采用台阶分布开挖法（又称环形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超前管棚支护、钢拱支撑、挂网、打锚杆等来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环早封闭来减少对土体的扰动。

三、施工工艺及方法

施工方法及工艺：隧道进洞采用超前大管棚，超前地质预报指导反馈围岩信息，洞口黄土段Ⅴ级加强围岩开挖支护采用两台阶法预留核心土，人工配合机械作业，超前注浆小导管辅助，下台阶两侧及时跟进同时封闭成环，快速施作仰拱，局部出现夹层硬岩时采用弱爆破，监控量测辅助施工，围岩稳定后及时进行二衬施工，具体施工工艺如下(详细工序见图1)：

主要施工工艺流程：

⑴测量放线后上导坑施工开挖采用人工配合挖机作业，挖机开挖大面积土方后人工修理局部轮廓面，上导坑作业时严格预留足够的核心土，核心土高度以2m为宜。

⑵上部导坑开挖一次进尺以1-2榀为宜，当监控量测收敛值变化较大时一次开挖进尺一榀，塑变压缩及遇水湿陷性黄土施工时拱架间距安装不大于70㎝。

⑶超前施作导管注浆确保安全，拱架安装后进行初喷、钢筋网、锚管纵向连接系统的流水作业，最后进行复喷砼。

⑷上、下台阶距离控制在30米内为宜，禁止拉中槽开挖，下台阶左右侧单侧落底后再进行另一侧作业，前后错开长度大于3m。仰拱与上台阶开挖面距离保持在35米内。

⑸开挖断面预留5-8㎝沉降量，进行每天最少一次的监测频率，沉降收敛较大时每天监控量测频率不小于2次。

⑹在量测收敛收据变化不大且满足施工条件的前提下快速施工衬砌，初支断面检测合格后铺设无纺土工布加防水板，安装衬砌钢筋，组合式模板台车模筑钢筋砼。

图1：施工工艺与流程图

四、施工过程控制要点

1、施工控制要点：

⑴上半断面人工用风镐及电铲掏槽。掏槽宽度约1m，纵向掏槽深度每次约0.8m。尽量单侧落底或双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空；控制落底长度，视围岩情况采用1-3m，不大于6m。台阶法示意图见图2：

图2：两台阶法开挖流程图

⑵管棚尾端焊接于拱架腹部，以增强共同支护作用，锁脚锚管与锁脚锚杆与钢架统一采用“U”型固定。钢管内充填20号砼或者水泥砂浆。

⑶喷射砼填充钢拱间空隙，先喷拱架与轮廓之间空隙再喷拱架，直至喷到规定的厚度，喷砼强度不底于C20。

⑷合理控制施工进度，在砂粘土层无渗水时，采用每循环1.0m 进尺，月进度可达成洞36m以上。 在砂粘土层有渗水及砂层中无渗水时，采用每循环0.8m 进尺，月进度可达成洞30m。以上。 在砂层有中渗水时，严格控制每循环0.6m 进尺，月进度可达成洞20-26m以上。各工序严格按标定时间进行控制，从而缩短循环作业时间，减少开挖面土体的暴露时间。进入岩层后施工进度另行计划考虑。

⑸预备足够的应急抢险物资，当监控量测沉降异常或局部出现裂缝时立即启动加固措施，采用临时横撑及注浆锚管加强，同时停止掌子面开挖，待围岩稳定后再进行掘进。

2、质量控制要点：

⑴严格控制管棚角度。抓好喷射砼工艺，严格按配合比拌制砼料，控制外加剂掺量，尽量采用分层喷射以保证喷射砼的质量。安装拱架过程中注意螺栓松紧程度和连接筋的焊接质量。

⑵严格在施工过程中控制锚杆施工质量，钻孔角度与锚杆长度顺合格。钢筋网与围岩紧密相贴，钢筋网必须连接牢固，否则喷射砼时会振动钢筋网，从而降低喷射砼质量。

⑶清除拱脚积水与淤泥，通过打拱脚锚杆或扩大拱脚认真加固拱脚，加强纵向联结等，

⑷及时监控量测围岩，观察拱顶，拱脚的收剑情况，据此调整初期支护参数。监控量测住处反控图见图3：

图3：监控量测信息反馈图

3、安全保障措施 ：

⑴首先做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

⑵在含有地下水的黄土层施工时，洞内外排水沟应进行铺砌，必要时应配合井点降水等将地下水位降至隧道衬砌底部以下，以保施工顺利进行。如出现不良现像时立即射砼封闭断面。喷射4cm厚的20号砼，封闭开挖断面，以免孔隙水从断面处渗出，而使土体失稳。

⑶在干燥无水的黄土层中施工，应管理好施工用水，不使废水漫流。

⑷如发现工作面有失稳现象，应及时用喷砼封闭，加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。

⑸施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填，如发现该处土体承载力不够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。

⑹在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，宜加设横梁顶紧。

⑺喷射机所用的压力，一般以不超过0.2Mpa为宜。

⑻若拱部位于砂层时，为防止喷砼层塌落，可用Ф4mm的密钢丝网紧贴开挖面作为固定初喷砼用。密网用两根Ф8mm，长35cm的锚钉加以固定；也可用2根Ф22mm的环向钢筋将网压紧在开挖面上，以防喷砼时钢丝网脱落。

⑼钻锚杆孔时，宜采用干钻，锚杆采用药包式或早强砂浆式锚杆。

⑽施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便取适应性的工序安排。

五、结论及建议

目前黄土隧道施工技术在国内外隧道施工中是一个难点，在保证施工安全的前提下提高施工进度成为广大隧道施工管理者力求突破和研讨的主攻课题，通过在施工实体中总结的经验，黄土隧道施工重在强支护、早封闭、快衬砌，成环施工过程中必须稳打稳扎，确保隧道洞身稳定，成环方案和施工进度要切实可行，并加强洞内及洞口地表沉降观测，以便及时调整初期支护并加强临时横撑。

总结以上黄土隧道应严格按照“管超前、分台阶、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、常量测”的施工原则，科学化组织施工进度，及时应对处理不良过程，从而达到黄土隧道施工安全的目的。

作者简介：刘永涛（1974年1月-），男，1997年6月毕业于广西桂林电子工业学院机械专业，本科，工程师，现从事铁路工程安全质量监督管理工作。

参考文献：

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[2]沈卫平.黄土隧道施工方案比选及优化[J];铁道建筑;2000年06期

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[5]陈思阳.大断面黄土隧道稳定性分析[D];兰州理工大学;2011年