大斷面黃土隧道開(kāi)挖施工技術(shù)要點(diǎn)分析

□ 山西路橋第一工程有限責(zé)任公司 寇文亮

摘要：對(duì)大斷面黃土隧道而言，施工環(huán)境往往較差,，并且?guī)r體穩(wěn)定性差,，對(duì)施工造成較大的安全隱患。結(jié)合工程實(shí)例,，本文對(duì)大斷面黃土隧道開(kāi)挖施工技術(shù)及要點(diǎn)做出了分析,，旨在為相關(guān)工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：大斷面,；黃土隧道,；施工技術(shù)要點(diǎn)

一、工程背景

本文以國(guó)道209深溝子隧道工程為例,，對(duì)地處黃土高原大斷面黃土隧道開(kāi)挖施工技術(shù)進(jìn)行了分析,。該隧道正常段建筑界限為凈寬13m,行車(chē)道3.5×2,，限高5m。進(jìn)口里程為K252+990,出口里程K253+360,長(zhǎng)370m,，其中Ⅴ級(jí)圍巖占65.7%,，Ⅳ級(jí)圍巖占34.3%；隧道位于直線段,，隧道縱坡左右線均為-2%的單向坡,。隧道穿越地表層主要是粉質(zhì)粘性土、白云質(zhì)泥巖組成,。巖性為第四系中更新統(tǒng)硬塑粉質(zhì)粘土,，土質(zhì)呈堅(jiān)硬～硬塑狀，圍巖穩(wěn)定性差,。

由于該隧道工程水文地質(zhì)情況較差,，存在多種黃土隧道特有的不良地質(zhì)現(xiàn)象開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)體系也易出現(xiàn)變形，施工難度大易發(fā)生安全事故,，為了確保施工及人員安全,，隧道開(kāi)挖采用了三臺(tái)階七步開(kāi)挖技術(shù)，支護(hù)過(guò)程中要步步,、部部緊跟,，空間要小，時(shí)間要短,，決不延遲,。噴射混凝土要及時(shí)密實(shí)充填，金屬網(wǎng)和鋼拱架支撐與圍巖緊密貼合且背后不留空隙,，拱架拱腳必須置于牢固的基礎(chǔ)上,，并用鎖腳錨桿鎖牢。施工過(guò)程中還要綜合應(yīng)用各種探測(cè)技術(shù),，對(duì)地表沉降情況,、圍巖變化情況等進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，加深地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,，根據(jù)地質(zhì)情況多種輔助措施聯(lián)合應(yīng)用,。

二、施工技術(shù)及要點(diǎn)

（一）開(kāi)挖前施工要點(diǎn)

1,、套拱施工

洞口段套拱縱向長(zhǎng)度為2米，厚度為60cm,套拱內(nèi)預(yù)埋?127導(dǎo)向管和套拱內(nèi)預(yù)埋的鋼拱架焊成整體,，導(dǎo)向管安設(shè)的平面位置,，傾角都準(zhǔn)備嚴(yán)格控制。

2,、超前大管棚

對(duì)于本隧道豎直節(jié)理發(fā)育易出現(xiàn)洞口坍塌特點(diǎn),，洞口采用了30米超前大管棚注漿支護(hù),，以確保進(jìn)洞安全。管棚采用?108熱扎無(wú)縫鋼管,，壁厚4mm,，關(guān)節(jié)為5--8米，采用焊接連接,，管內(nèi)注入1:1稠度的水泥漿,。

3、小導(dǎo)管注

為了有效地加強(qiáng)隧道拱部圍巖的穩(wěn)固性,，施工段采用了小導(dǎo)管注漿技術(shù),，防止坍塌事故的發(fā)生。采用注漿施工能夠?qū)安繃鷰r完成加固,，進(jìn)而減少在施工過(guò)程中對(duì)圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng),，保障隧道施工各項(xiàng)作業(yè)的安全。本施工段小導(dǎo)管注漿無(wú)縫鋼管壁厚4毫米,，直徑為42毫米,，以?xún)A尾15°，交替布置,，水灰比例為1:1,，注漿壓力設(shè)置為0.5---1.0MP。

（二）三臺(tái)階七步開(kāi)挖技術(shù)特點(diǎn)和施工要點(diǎn)

深溝子隧道三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖法是以弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖留核心土為基本模式,，分上,、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開(kāi)挖面,，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi),、平行推進(jìn)的隧道施工方法。

1,、技術(shù)特點(diǎn)：

⑴ 施工空間大,，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè),。部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機(jī)直接開(kāi)挖,，工效較高；

⑵ 在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí),，便于靈活,、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法,；

⑶ 適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式,，初期支護(hù)工序操作便捷；

⑷ 在臺(tái)階法開(kāi)挖的基礎(chǔ)上,，預(yù)留核心土,，左右錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖,，利于開(kāi)挖工作面穩(wěn)定；

⑸ 當(dāng)圍巖變形較大或突變時(shí),，在保證安全和滿(mǎn)足凈空要求的前提下,，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。

圖1 三臺(tái)階七步開(kāi)挖技術(shù)施工工序圖

圖2 三臺(tái)階七步開(kāi)挖技術(shù)施工透視圖

2,、三臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖方法

第1步,，上部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖：在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑,，預(yù)留核心土,，核心土長(zhǎng)度宜為3～5米，寬度宜為隧道開(kāi)挖寬度的1/3～1/2,。開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定,，最大不得超過(guò)1米，開(kāi)挖后立即初噴3～5cm砼,。開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴,、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù),，架設(shè)鋼架,，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設(shè)鎖腳錨桿,，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接,，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

第2,、3步,，左右側(cè)中臺(tái)階開(kāi)挖：開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過(guò)1m,，開(kāi)挖高度一般為3～3.5m,，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)2～3m，開(kāi)挖后立即初噴3～5cm砼,，及時(shí)進(jìn)行噴,、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù),，接長(zhǎng)鋼架,，在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設(shè)鎖腳錨桿,，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接,，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

第4、5步,，左右側(cè)下臺(tái)階開(kāi)挖：開(kāi)挖進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)初期支護(hù)鋼架間距確定，最大不得超過(guò)1m,，開(kāi)挖高度一般為3～3.5m,，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)2～3m，開(kāi)挖后立即初噴3～5cm砼,，及時(shí)進(jìn)行噴,、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù),，接長(zhǎng)鋼架,，如有必要可在鋼架拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角45°打設(shè)鎖腳錨桿,，拱腳錨桿和鋼架牢固焊接,，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

第6步,，上中下臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖,。

第7步，隧底開(kāi)挖：每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺長(zhǎng)度宜為2～3m開(kāi)挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù),，完成兩個(gè)隧底開(kāi)挖,、支護(hù)循環(huán)后，及時(shí)施作仰拱,，仰拱分段長(zhǎng)度宜為4～6m,。

3、施工控制要點(diǎn)

⑴ 三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖法施工應(yīng)做好工序銜接,。工序安排應(yīng)緊湊,，盡量減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，避免因長(zhǎng)時(shí)間暴露引起圍巖失穩(wěn),。

① 初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán),；

② 仰拱應(yīng)超前施做，仰拱距上臺(tái)階開(kāi)挖工作面宜控制在30～40m,，鋪設(shè)防水板,、二次襯砌等后續(xù)工作應(yīng)及時(shí)進(jìn)行；

③ 二次襯砌距仰拱宜保持2倍以上襯砌循環(huán)作業(yè)長(zhǎng)度,，但不得大于50m,。

⑵ 在滿(mǎn)足作業(yè)空間和臺(tái)階穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡量縮短臺(tái)階長(zhǎng)度,，核心土長(zhǎng)度應(yīng)控制在3～5 m,，寬度宜為隧道開(kāi)挖寬度的l／3～l／2。

⑶ 三臺(tái)階預(yù)留核心土開(kāi)挖法施工應(yīng)嚴(yán)格控制開(kāi)挖長(zhǎng)度，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況環(huán)進(jìn)尺,，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度不得超過(guò)1.0m,；開(kāi)挖后立即初噴3～5cm混凝土，以減少?lài)鷰r暴露時(shí)間,。

⑷ 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施做超前支護(hù),，控制好超前支護(hù)外插角，嚴(yán)格按注漿工藝加固地層,，保證隧道開(kāi)挖在超前支護(hù)的保護(hù)下施工,。

⑸ 隧道周邊部位應(yīng)預(yù)留30cm人工開(kāi)挖，其余部位宜采用機(jī)械開(kāi)挖,，局部需要爆破時(shí),，必須采用弱爆破，不得超挖,。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量,，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

⑹ 中,、下臺(tái)階左,、右側(cè)開(kāi)挖應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，嚴(yán)禁對(duì)開(kāi),，左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)距離宜為2～3m,。

⑺ 鋼架應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求加工制作和架設(shè)。鋼架應(yīng)架設(shè)在堅(jiān)實(shí)基面上,，嚴(yán)禁拱(墻)腳懸空或采用虛渣回填,。鋼架應(yīng)與鎖腳錨桿(管)焊接牢固。

⑻ 隧道超挖部位必須回填密實(shí),，嚴(yán)禁初期支護(hù)背后存在空洞,。必要時(shí)初期支護(hù)背后應(yīng)進(jìn)行充填注漿，保證初期支護(hù)與圍巖密貼,。

⑼ 施工過(guò)程中可采用增加拱(墻)腳鎖腳錨桿(管),、增設(shè)鋼架拱(墻)腳部位縱向連接筋、擴(kuò)大拱(墻)腳初期支護(hù)基礎(chǔ)及增設(shè)拱(墻)腳槽鋼墊板等增強(qiáng)拱(墻)腳承載力等措施控制變形,。

（三）二次襯砌施工

隧道二襯在圍巖及初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行施工,。本隧道二襯采用全斷面模板臺(tái)車(chē)整體澆筑工藝施工。模板臺(tái)車(chē)每循環(huán)長(zhǎng)度10.5m,混凝土采用混凝土輸送泵入模,，插入式搗固器搗固,。

仰拱開(kāi)挖采用分半幅面開(kāi)挖、單線行車(chē),，施工長(zhǎng)度以 5 m～10 m 為宜,。開(kāi)挖采用挖機(jī)和人工配合實(shí)施開(kāi)挖,。仰供及回填混凝土均在拌合場(chǎng)拌和，然后經(jīng)混凝土罐車(chē)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),，混凝土輸送泵泵送入模,，然后實(shí)施插入式振搗器搗固。仰拱填充在仰拱施工完成后進(jìn)行,，禁止仰拱與填充混合施工,。

（四）變形監(jiān)測(cè)

在大斷面黃土隧道施工中，務(wù)必要做到勤監(jiān)測(cè),，進(jìn)而為隧道施工提供可靠的數(shù)據(jù)，確保工程的安全順利進(jìn)行,，同時(shí)保證工程質(zhì)量在隧道施工過(guò)程中,，從第一組襯砌開(kāi)始，一個(gè)斷面內(nèi)在拱頂和兩個(gè)拱腳處埋設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn),，用收斂計(jì)和水平儀分別觀測(cè)拱腳水平收斂值和拱頂下沉值,。隨著隧道施工前進(jìn)，每隔10米作一個(gè)觀測(cè)斷面,，最前端的一個(gè)斷面緊跟掌子面,。前7天每天觀測(cè)1次，以后一個(gè)月內(nèi)3天觀測(cè)一次,，通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)下沉和收斂基本穩(wěn)定,，有效地保證了二次襯砌的厚度，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常則及時(shí)匯報(bào)并做出解決,。洞外監(jiān)測(cè)要有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)施工段的地形,、地貌等進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做出詳細(xì)的記錄，同時(shí)對(duì)縱橫斷面進(jìn)行測(cè)量,，根據(jù)施工情況及需要設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)并按照要去觀測(cè)與收集數(shù)據(jù),，確保施工的安全。

三,、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)深溝子隧道的施工建設(shè),，證明黃土隧道采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工是可行的。施工中處理好粉質(zhì)粘土的支護(hù),、加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè),、控制好初期支護(hù)和防排水、充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承作用,，可確保黃土隧道施工的安全,，實(shí)現(xiàn)了大斷面黃土隧道快速掘進(jìn)，工期得到保證以及質(zhì)量可控,。

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作者簡(jiǎn)介：

DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2016.23.037

寇文亮、男,，漢 1986年1月,，山西太原人。山西路橋第一工程有限責(zé)任公司,，工程師（現(xiàn)有職稱(chēng)）本科學(xué)歷路橋施工（研究方向）,。