黄土大断面浅埋隧道穿过大变形段快速施工措施

摘要：本文以西宝客专小村隧道为例，着重介绍客专大断面黄土浅埋隧道在V级围岩段，采用三台阶预留核心土开挖法快速穿过大变形段施工措施。

关键词：黄土；隧道；三台阶； 预留核心土； 沉降；裂缝；安全距离； 措施

Abstract: this article with the XiBao guest designed small village tunnel as an example, this paper introduces the guest was only shallow buried in loess tunnel grade V for surrounding rock, the three steps excavation method to reserve core soil fast through the large deformation section construction measures.

Keywords: loess; Tunnel; Three steps; Reserve core soil; Settlement; Crack; Safety distance; measures

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

1 工程概述

1.1工程概况

小村隧道是西安至宝鸡铁路客运专线上唯一一座双线大断面黄土浅埋隧道，位于宝鸡市陈仓区，起讫里程为DK627+747～DK628+650,全长903m。DK628+618～DK628+330段隧道设计为V级围岩，该段隧道埋深为16m～19m，围岩开挖宽度为15.5m，开挖高度为13.28m。在该段施工时，采用三台阶预留核心土开挖法施工。

1.2工程地质特征

黄土是我国北方地区常见的一种特殊土，是在第四纪干旱、半干旱气候条件下形成的，其基本色调是黄色、颗粒成分以粉粒为主，一般无明显层理，具柱状节理，垂直节理发育，直立性强，新黄土多具湿陷性。小村隧道通过地层为第四系上更新统风积黏质黄土及黏质黄土(古土壤)，下部为第四系中更新统风积黏质黄土夹黏质黄土(古土壤)，底部为中更新统冲积砂及圆砾等，工点区无断裂构造。地表范围内发育第四系上更新统风积黏质黄土，厚9～16m,自重湿陷系数0.001～0.075，按Ⅱ级自重湿陷性场地考虑。工点范围内第四系上更新统及中更新统风积黏质黄土均夹有古土壤层，厚1～3m，为弱膨胀土。

1.3 水文地质条件

区内地表水及地下水均不发育。

1.4 施工情况介绍

黄土隧道施工中应严格按“管超前、短进尺；强支护、早封闭、快成环；勤量测，紧衬砌”的原则组织施工，并通过围岩量测不断进行动态调整。由于围岩开挖断面较大，开挖后地面极易产生沉降，洞室收缩变形速率较快，加之黄土遇水易崩解，为确保施工安全，施工中严格控制每循环进尺，并尽快使仰拱初支闭合成环，认真预报量测，严格控制工艺质量，注意防排水，推行机械化施工。

2围岩变形破坏情况

在浅埋段，隧道开挖后由于初始应力的释放引起围岩变形，即拱顶将沉降和周边收敛，隧道拱顶下沉量过大将导致地表出现沉降量大、开裂以及洞内初支开裂的现象；而围岩变形过大可能导致围岩失稳，最终拱顶坍塌冒顶等事故。

2.1拱顶沉降

通过长时间监控量测数据显示，在隧道工法进行转换后的一段时间内，由于没有采取有效的施工措施，隧道拱顶沉降很大，也很快，下面以DK628+500断面为例介绍该段的拱顶下沉情况。该断面衬砌类型为Ⅱ (近)类，围岩属弱风化砂岩，隧道埋深12m。

拱顶测点下沉变化曲线成“抛物线”型，整体符合正常规律，但其变化数据都很大：拱顶沉降测点有3个，左侧拱顶测点、右侧拱顶测点、中部拱顶测点，在测点埋设后第一天的下沉量最大即达22.00mm，随后随着时间成曲线上升趋势波动（图2-1），其中0-12天下沉曲线呈直线增长且增长幅度很大， 12-18天曲线变化幅度变小，18天之后收敛趋于稳定,最大累计沉降值为左侧-213mm、中侧-223.69mm、右侧-208.97mm；平均累计沉降值都超过15mm/d，（图2-2）。

图2-1

图2-2

2.2地表裂缝及沉降

在DK628+542～DK628+417段施工过程中，由于隧道埋深只有16米，且该段洞内黄土含水量达到23.5%。在施工该段时严格按照规范施工，隧道地表最终仍出现开裂及下沉量较大现象。在隧道轴线两侧距轴线15米附近出现了3条纵向裂缝，部分断面拱顶沉降量达到40.79mm，地表开裂。

在DK628+417～DK628+210段，隧道中轴线每边10～15米的范围内一般有3条平行中轴线的裂缝，其宽度为部分为4cm，最宽的达到10cm。DK628+480中线处地表，沉降量及裂缝宽度均为该段最大值，沉降量为333.7mm，裂缝宽度为10mm。

2.3洞内初支开裂

在DK628+542～DK628+417段施工过程中，隧道内初支在仰拱前端前后2～3m处出现环向裂缝。

3大变形段的施工措施

根据现场施工的实际情况，主要从工艺和工序上对三台阶七步开挖法拱顶下沉量进行控制。

3.1控制安全距离

安全距离指仰拱或者拱墙二衬与掌子面的距离。先施做第八板拱墙二衬（跳过第六、第七板），使拱墙二衬距掌子面的距离为43.8m，之前是69.4m。接着把仰拱初支及仰拱二衬施工至DK628+516.6，距掌子面的距离为12.6m，停工前仰拱里程为DK628+539.4，距掌子面的距离为35.4m。

本隧道将仰拱初支距掌子面的距离控制在30m以内，拱墙二衬距掌子面的距离控制在60m以内。

3.2浅埋段地表处理

由于地表的裂缝较大（最大处有43mm），为避免雨天雨水渗入地下，在隧道中线附近用土做成人字坡、铺设彩条布，以利于雨水排出。

3.3增加监控量测频次

在隧道产生较大裂缝后，监控量测组从发现该问题开始，监控量测人员由5人增加至10人，每天洞内量测由一天两次增加至一天4次（或6次），地表每天量测由一天两次增加至一天4次。及时准确地监控隧道的变形情况,为后续工作的施工提供依据。

3.4安装临时仰拱

在隧道第一次出现地表裂缝后，洞内沉降有较大突变时，小村隧道在DK628+508～DK628+513.4上台阶搭设9榀临时仰拱（即9根I25工字钢，水平支撑在上台阶底部，并且浇筑30cm厚C30混凝土），计5.4延米。在隧道变形趋于稳定后，拆除临时仰拱。

3.5施工大拱脚

为有效控制初期支护下沉及与开挖岩层咬合，在上台阶下部设置大拱脚。大拱脚位于上台阶底部，距拱顶3.9m，围岩拱部120°处，侵入围岩80cm，高1.6m。

3.6打设超前小导管

小村隧道采用φ42mm长4m的超前小导管，打设在围岩拱部140°范围内，环向间距30cm，外插角5～10°，搭接长度≥1.0m。管壁四周钻Ф8mm注浆孔，间距为15cm，梅花型布置，尾部1.2m范围不钻注浆孔，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状。

3.7控制开挖进尺

小村隧道在大变形段严格按照《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》（铁建设 [2010] 120号）的规定施工，上台开挖每次进尺1榀钢架，中下台阶每次进尺2榀钢架。