黄土隧道中喷射混凝土支护的应用分析

摘要：本文结合相应的工程实例，介绍了黄土隧道中喷射混凝土支护的施工应用，并对对喷射混凝土的支护作用进行了相应的分析，归纳出洞体的应力状态和变形规律，并提出相应的合理参数，以提高设计水平，为施工建设创造必要的条件。

关键词：黄土隧道；喷射混凝土支护；应用；

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：

引言

在我国的西北地区已经建成了大量的或单线或双线的穿越黄土地带的隧道工程，同时在黄土隧道的施工上也积累了相当丰富的经验。黄土自身具有一定的子稳定性，这和一般的土壤是不同的。在设计和施工中只要黄土隧道的断面形式和设计参数合理、得当，就能充分发挥黄土的自身的承载能力，达到黄土隧道的子稳定作用。目前的黄土隧道的衬砌支护中仍然使用的是松散块体理论的分析方法对衬砌进行设计的。这种计算方法把黄土的衬砌厚度以0.5-0.6米的厚度进行计算，这种块体形态不能适应外荷载的分配状态，导致施工的衬砌条件差，很容易开裂。

在实际的黄土隧道的施工过程中，经常使用到的是小断面开挖的方法，用木架作为支撑体系，工作量大复杂，隧道的开挖之后不能有效的进行支护和维护。造成黄土隧道土壤松弛，施工过程中存在危险。因此木支撑不能满足洞内的施工空间，施工起来相当困难，对于这些施工方案要就行有效的改革才能满足工程要求。

工程概况

该工程为通过黄土小山的黄土隧道，隧道的长度为310米，出了洞口为新黄土之外大部分为通过Q2的黄土地层，隧道的最大埋深为39米，在该隧道的中间部位实施了55米的黄土地区作为喷射混凝土衬砌的试验段，一些地方用钢筋和砂浆锚杆支护，该隧道使用三心圆拱曲边侧壁有仰拱的断面形式。仍然使用混凝土衬砌浇筑设计在隧道表面水平下降30厘米以下地段。喷射混凝土厚度为15厘米，采用C20设计标号的混凝土。

黄土隧道中喷射混凝土支护施工应用

使用直径2.5米的圆形黄土掘进机挖下隧道导坑，施工中并扩大成梯形隧道的截面。同时，隧道的上弧形导洞挖成一个大断面如下图1所示的断面隧道洞口。开挖过程的同时，在拱部喷涂第一层混凝土，这层混凝土的厚度控制在5厘米左右，作为临时支护取代老的扇形的木排架支撑衬砌，并作为隧道的一部分衬砌。根据试验数据，确定基本黄土土体变形稳定后，然后喷射第二层混凝土，这层混凝土的厚度控制在5厘米左右。在已经完成的支撑环拱的支持下，逐步施工完成隧道后面的断面开挖。侧壁分成2层进行混凝土的喷射，第一层厚度控制在7 - 8厘米，然后拱壁共同喷至设计厚度15厘米，形成一个整体支撑结构，并最终浇注混凝土仰拱。

在隧道衬砌支护的过程中由于喷射的混凝土的冲击力使混凝土嵌入到土层表面，从而能够使黄土的回弹率下降，使黄土的回弹率平均只有13.9%。施工中采用连续级配骨料，喷射的混凝土的抗压强度平均为236kg/cm2，超过设计强度200 kg/cm2的要求。同时这种衬砌的支撑效果好，隧道中的拱的第一层喷射混凝土的支护，经过一个多月的时间之后工作正常，并保持了稳定的弧形导坑。

三、对喷射混凝土的支护作用分析

支护的及时性

黄土隧道如上文所述的变形特点，他的急剧变形的过程所经历的时间短，变形大，黄土土体的松弛来的快，给予土壤一定阻力如不及时，黄土的松弛范围将进一步扩大到不利于黄土隧道的稳定。同时，黄土土壤变形过大，也会影响到黄土隧道间隙，所以黄土隧道的支护要及时并且要求：

（1）喷射混凝土的施工工序要随开挖过程及时进行施工。喷射混凝土的程序简单，具有一定的灵活性，机械化程度高，便于及时支护。在该隧道开挖后，一般在10小时后，可以进行第一层混凝土衬砌层的喷护，厚度控制在5厘米为宜。

（2）喷射的混凝土要具有早期强度性能，这样就能在很短的时间里可以发挥有效的支撑作用。同时还可以借助喷射的混凝土速凝剂，可以在十分钟内是混凝土达到终凝，三天后的混凝土的强度可达到50%以上。

与土体的密贴作用

为能有效防止黄土松弛的发展，约束黄土体的变形，必须使周围土体与衬砌支撑结构紧密的贴合，以形成全接触。保证隧道中喷射的混凝土与黄土土壤能够结合成一个有机的整体，达到衬砌和黄同变形和共同起作用，加强隧道中黄土土壤的整体性，从而改善隧道中土壤应力支撑结构的性能，提高隧道的承载能力。也有利于隧道中模注混凝土衬砌维持黄土土壤的全面接触和结合，往往由于拱顶背面空隙不能回填密实，在侧压力的作用下使隧道拱圈产生裂缝。由于黄土的塑性，混凝土喷射效果甚至超过了岩石的弹性，回弹量大大降低，试验表明，该喷射混凝土与土壤粘结紧密。

喷混凝土支护的柔性

在黄土隧道的施工开挖开工后，隧道的周边的孔变形非常的大，喷射的混凝土的喷层不仅要保护好土体的变形情况，还要防止土壤的过渡的松弛。同时允许有一定的变形。因为山体上巨大的变形能给衬砌过度负荷导致能够破坏衬砌的结构。因此，喷射混凝土要控制好达到的设计厚度。喷射的第一层混凝土，即为主要的隧道支护阶段，它是土壤有限变形和压力释放的过程，喷射混凝土如果太厚，就容易产生裂纹。但也不能过薄，否则不能有效地支持土壤土体，也会导致崩溃。

4、封闭作用

喷射混凝土在隧道的开挖后能使土壤与大气隔离免受风化的侵蚀，能够保持必要的天然黄土的含水率，以维持黄土隧道的现有性能。另一方面，这样可以尽快形成环形的封闭的混凝土支护体系，加强了隧道结构的完整性，加强了隧道结构的刚度性能，从而提高了土壤土体的抗力。

5、结构作用

在该黄土隧道中喷射的混凝土粘附在隧道上，结构效应只有在对局部危岩起到支撑作用。从整体看，隧道中混凝土的结构效应不明显。对于软岩，喷射混凝土支撑结构整体效果更为显著。在黄土隧道的施工中，开挖的空洞轮廓整齐，喷射的混凝土支护可以起到薄壳拱环的作用，能够与周围的土壤作用承担隧道的结构稳定作用。在黄土隧道中的垂直方向上的土压力的作用下，附近的拱脚喷层和土壤均能够出现较高的压应力作用。由于隧道中衬砌的拱环与周围土体紧密的贴合，形成一个连续的环形的支护结构，这样更有利于保持稳定的隧道拱环壳。

结论

在黄土隧道中进行混凝土支护技术的实施，不仅要确保隧道中支护结构的合理的设计参数，同时还要提出合理的隧道断面形式，以适应黄土地层负荷分布的特点。同时，还要提出一套完整的相对隧道施工方法和施工工艺要求的方案，确保黄土隧道中锚喷支护效率的发挥。

该隧道的现场测试工作是隧道施工的重要的组成部分。通过隧道现场的试验监测洞体的穿孔情况，可以有效的预测可能发生的危险，并安排相应的黄土隧道的施工过程。在积累了大量现场试验数据的基础上，对各类围岩可以归纳出洞体的应力状态和变形规律，并提出相应的合理的参数，以提高设计水平，为施工建设创造必要的条件。

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