关于延延项目林坪1#隧道洞身开挖稳定的施工探讨

摘要：本文主要根据当地的黄土地质情况，从施工角度结合开挖过程中洞内土质情况系统介绍了该黄土隧道在初期支护过程中保证初支及围岩稳定措施。

主题词：黄土 隧道 开挖稳定措施

中图分类号： U45文献标识码： A

一工程概况

我单位承建的延延项目部林坪1#隧道，位于青化砭乡林坪村与宝塔区姚店乡罗沟村之间，为曲线长隧道，左右间距为28米，轴线总体走向94°。隧道洞室左线长1192.6米，右线长1205米，左线最大埋深140.6米，右线最大埋深140.1米。隧道按新奥法设计施工，采用复合式衬砌结构，设计时速80km/h，建筑限界净宽-10.25米，净空限界高度5.0米。内轮廓考虑结构受力有利及便于施工，衬砌断面内轮廓采用单心圆，洞口段围岩超前支护采用注浆管棚，初期支护采用径向系统锚杆、钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体，V级围岩超前支护采用注浆小导管，初期支护采用径向系统锚杆、钢支撑配合喷射混凝土形成整体。

二施工条件：

隧道进口位于一山体斜坡处，地形坡度较缓，坡度18~19°，围岩以老黄土、强风化岩为主，洞室埋深较浅，围岩稳定性差。发育一滑坡体（H72），该滑坡体为一牵引式黄土滑坡，在天然状况和饱和状态下均处于稳定状态。隧道出口位于一冲沟二级阶地，地形坡度较陡，坡度30~35°，围岩以黄土、粉质粘土为主，洞室埋深较浅，围岩稳定性差。随址区地下水主要为黄土孔隙、裂隙水、基岩裂隙水，大气降水是其唯一补给源。隧道预测涌水量右线373.1m³/d，左线为381.2m³/d。施工时有滴水或渗水现象。

在施工中粉砂状黄土极易发生垮塌、掉块，造成安全隐患和喷射混凝土浪费。经过总结分析发现，引起垮塌、掉块的原因主要是结构成分、掌子面土体含水量及开挖过程中机械的扰动。老黄土夹层在开挖后暴露较长时间不会发生垮塌、掉块现象；粉砂状黄土在开挖后暴露较长时间土体含水量减少，形成竖向发展干裂裂缝，加上施工中机械的扰动，从而形成垮塌、掉块。

三保证围岩稳定的原理方法

根据施工总结要保证开挖工作面稳定要从以下4点进行分析处理：

①围岩的构造类型和成分，围岩强度小、开挖面稳定性差，；

②初期支护，支护措施不合理，人为造成的偏差；

③机械扰动；

④水量流失造成开挖面不稳定。

第一点是地质构造原因，从设计方面着手，改变超前支护方法和改变施工方案进行处理。

第二、三、四点在施工中可以根据地质条件的不同，利用缩短进尺、加强超前支护、对掌子面进行初喷混凝土，减少机械扰动，加大核心土的预留体积、及时封闭成环、稳定拱脚增加锁脚锚杆、加设托梁等方法进行处理。

四林坪1#隧道保证开挖工作面稳定的施工方案

本隧道为解决黄土隧道开挖面、初期支护稳定性差、洞内渗水较强（实际施工）的问题，结合以上四点进行开挖、初期支护设计。

4.1利用台阶分部开挖

本隧道采用台阶分部开挖法：又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护以增强开挖工作面的稳定，核心土及下部开挖在拱部初期支护保护下进行，施工安全性好。一般环形开挖进尺0.6~1.0米左右，不宜过长，下台阶长度为洞径的1.5倍。下半断面落底时，采用中槽跳间挖马口，马口长度2.5~3.0米。

图一台阶分部开挖法立面图

4.2超前小导管加强支护

为防止在开挖过程中产生扰动对拱顶稳定造成危险，设计利用4.5米长Φ50X4mm钢管施做单排超前小导管，单排环向间距40cm，沿隧道外轮廓以10°打入，以防止掉块，从而起到加固掌子面前方围岩、约束围岩的作用。

超前小导管施工时按设计位置进行放样，用凿岩机或煤电钻钻孔，孔径较设计导管管径大于20 mm以上。成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，钢管内须充满水泥浆，钢管尾端须置于开挖面后方的钢架上，与钢架连接共同组成预支护体系。采用水泥净浆液，水泥浆水灰比1:1，注浆压力0.5~1.0MPa，终压2.0MPa注浆顺序自拱两边向拱顶。（图二超前小导管支护设计图）

图二 超前小导管支护设计图

五施工优化

为保证开挖面、初期支护稳定，解决坍塌、掉块、基础承载力问题，首先从地质情况及设计入手，结合施工经验，对造成掌子面不稳定的4个原因进行分析，有针对性的解决问题，及时对设计进行优化。设计首先从加强超前支护和分解开挖断面两方面进行处理。我们在施工中不断总结优化从以下几点对掌子面稳定作出控制：

①开挖时预留核心土（图一4部），并在掌子面位置及时初喷4cm厚喷射混凝土进行加强，提高掌子面位置的强度。

②根据施工经验确定进尺距离，由于洞内存在渗水情况，钢拱架架设过程中需要考虑基础承载力。在施作上台阶时，钢拱架底部放置托梁（如图），托梁加设两层10X10cm的钢筋网片，从而加强基础的承载力，待开挖下台阶时，将托梁移至下台阶钢拱架底部基础位置，在进行左右侧导坑开挖时每次开挖两榀（设计管棚范围内间距60cm，浅埋段60cm，深埋段75cm），左右侧导坑错开3米进行开挖。

图三托梁示意图

③设计单层注浆小导管进行支护，由于单层小导管环向间距为40cm。由于导管间距离较小，对拱顶围岩形成环形切割面，对拱顶结构松散的粉砂性黄土结构造成破坏，极易造成超挖和掉块，施工中对超挖情况进行统计，最大超挖达0.7米。给予以上原因在施工对原设计作出部分调整。（图四优化后超前小导管支护设计图）

为减少超挖，使导管从钢拱架中穿过从而形成预支护体系。

图四优化后超前小导管支护设计图

④为了保证钢拱架的稳定性，在施工过程中，钢拱架基础设置托梁，在设计中只设计砂浆锚杆，施工中为了保证初期支护的稳定，锁脚位置加设4根锁脚锚杆，长度4.0米，钢拱架连接板位置采用6根M20高强螺栓固定，连接板采用齐缝焊焊接，从而使得钢拱架连接牢固，在钢拱架加设过程中，避免将有焊接接头的钢拱架放置拱部，保证初期支护的稳定。

五总结

隧道施工中地质结构变化是比较复杂的，施工中保证掌子面、初期支护稳定是极其重要的，在不同地质条件下施工保证掌子面、初期支护稳定的方法也不尽相同。本文从林坪1#隧道地质条件入手，分析了造成掌子面、初期支护不稳定的原因，结合施工情况对设计进行优化，从而指导施工。实践证明按本文所提出的观点及优化措施进行施工，能保证开挖过程中施工安全，并能有效加快施工进度。