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摘要：公路施工中黄土隧道施工由于所面对的地质环境表现特殊，导致传统公路桥梁施工工艺难度极大、工程质量不稳固，造成严峻的施工障碍。本文将以固原至西吉中间段G309公路为研究对象，通过分析G309公路黄土隧道的进洞施工困境和解决方案，归纳汇总公路施工当中黄土隧道施工相关经验，为公路施工单位提供技术支持。
关键词：黄土隧道；公路施工技术；围岩；进洞施工
前言：传统施工技术当中，针对公路路基施工所采取的主要施工策略为锚喷支护方式，这种支护施工技术能够应对较为复杂的地质环境，但是在黄土隧道施工当中，传统锚喷支护策略的弊端也显现出来。常见的问题有钢拱架扭曲、初支变形严重引发的破坏现象。因此对于黄土隧道施工来说，需要采取更为先进、可靠的施工技术手段，增强进洞施工的可靠性和稳定性，避免造成公路事故问题。
一、G309公路黄土隧道施工背景
G309公路项目所在公路段，地处宁夏回族自治区西吉县境内，地理位置海拔达2000米以上。项目内部包含隧道、桥梁、路基等施工内容，其中炸山嘴隧道一座，长度为2310米，为本项目工程当中的重点施工内容。工程项目总负责人任和祥选定防水板自动铺挂台车以及自动喷淋二衬养护台车两组设备进行施工处理。项目所在炸山嘴隧道所处地理环境区域为我国黄土区域，土壤环境为湿陷性黄土，施工难度高、事故发生概率高。炸山嘴隧道曾于2014年五月因地质原因出现滑坡事故，滑坡长度超过70米，对于本次项目施工带来严峻挑战。为了实现对于炸山嘴黄土隧道的有效施工和强度控制，任和祥在研讨会当中商洽方案，最终选定了水泥土反压回填、针对洞口滑坡段进行强夯处理等技术手段，实现隧道施工进洞。经统计，黄土隧道一期工程中，受到反复性强降雨的影响，导致隧道内部由于湿陷性过高出现了软岩大面积变形问题，此时拱顶出现大范围下沉，最大下沉位置超过140cm，水平收敛也达到了120cm，围护形变对于施工影响巨大。任和祥组织专家组展开研讨，最终制定了超前管棚注浆加固工艺技术，通过大直径钢筋格栅和钢拱架间隔等设备，成功遏制隧道内部易发险情，效果显著，帮助一期工程施工缩减了时间，提高了工程质量。
二、G309公路黄土隧道施工的支护技术经验
（一）黄土隧道施工围岩分析
黄土隧道由于土壤环境十分特殊，施工单位在确定初期支护方案时，往往无从下手，同时支护方案的选定在很大程度上无法达到理想的加强效果。笔者结合G309公路施工的相关经验，提出了在支护初期的方案制定阶段，施工单位需要在完成现场勘察之后，结合黄土隧道施工位置的围岩数据，对支护结构和围岩结构之间的关系进行把握。传统的施工策略新奥法认为，公路隧道施工当中的围岩结构和支护结构应当属于共同的承载体系，围岩可以产生载荷，同时也能够承受载荷。如图1所示。
图 1新奥法黄土隧道支护（左：支护刚度变化；右：支护时机作用）
通过图示可以看出，黄土隧道所开展的传统新奥法支护策略，其支护施工环境影响了支护刚度，导致支护刚度发生了变化。因此施工过程中，应当借助围岩载荷的承受，来缩减支护结构的受力，从而实现支护强度的提升[1]。但是黄土隧道施工中所面临的黄土环境具有极大的湿陷性，施工策略利用围岩实现主要支护受力基本不可行，因此需要重新进行支护结构的设计。在G309公路项目工程当中，任和祥团队没有固步自封继续采用传统新奥法施工手段，而是另辟蹊径，通过地层加固和超前支护两种手段，实现基于黄土土质的隧道支护方案的改良，其中防水板自动铺挂台车设备的选用，大幅度改良了原有新奥法锚喷支护的支护结构策略，实现了对于地表沉降的完美控制，避免了地层内部绕动过大对于支护结构产生的影响，保障了支护刚度。
（二）设置支护进洞管棚
管棚的设置能够帮助支护进洞施工的受力实际处于均匀状态，并位处洞口的应力环境不会出现偏差。在G309项目工程施工当中，针对洞口管棚施工，主要采用“预注浆、段循环”的基本方法，同构水泥砂浆加固的方式，实现钢管和注浆并用。在施工开始过程中，项目所采用的无缝钢管需要通过丝扣进行连接，并利用平行双排管棚的方式，实现对于轮廓线的控制。其中第一排管棚采用交错布置，设定外插角度为1°，钻孔直径为11.4cm，轮廓线为20cm。施工人员通过履带式机械进行钻孔，当达到孔深标准20cm后推出，经过检查合格后，完成钢管顶进，最后封口。
（三）黄土隧道施工进洞支护方案
黄土隧道的地质环境十分特殊，因此在确定进洞施工方案和施工策略实施时，需要明确基本的进洞原则，即“早进晚出”。为了能够实现基于原则的进洞施工，项目工程需要采用浅埋支护方案，实现贴壁进洞[2]。G309项目黄土隧道工程当中，施工单位在洞口的支护设计方面，选取了V级支护，同时结合以往炸山嘴黄土隧道项目位置初夏的滑坡问题，形成了洞口防护和排水等相关施工策略，避免隧道出现更加严重的失稳坍塌现象。在V级支护开展过程中，项目工程主要通过混凝土喷射的策略，将炸山嘴黄土隧道的施工强度和支护刚度进行提升。其中混凝土选择为细集料材料，并保证混凝土强度达到C40标准以上，其内部包含细度模数超过2.5mm的中粗砂，联合配比控制在1：20，通过进行连续级配的方式，保证速凝剂的初凝时间缩减在300秒以内，终凝时间控制在600秒以内，避免支护失稳现象的出现。图2为项目施工中混凝土的作用机理。
图 2混凝土作用机理
其中排水系统的设置主要以洞顶位置为主。施工单位深入分析了炸山嘴位置的水系特征，并根据水流的主要方向、日均流量情况等，制定了洞顶截排水沟的设计方案。通过洞顶排水策略，有效地控制的地表水的大量积聚和渗漏，截排水沟的设置将以炸山嘴地表的山体情况为依据，形成3：7土灰比的回填方式，构建排水系统。
为了保证隧道进洞施工的稳定性，项目施工还以“早封闭”为基本原则，进行了洞口封闭施工处理。在施工环节之中，洞口封闭方式主要以锚喷形式对炸山嘴隧道位置的边仰坡进行处理，施工单位需要预先设定锚喷支护当中锚喷机内部的混凝土材料的强度和厚度，并结合边仰坡环境情况设置锚杆间距，利用钢筋网进行地面铺设，再开展混凝土的锚喷。在本文项目当中，混凝土锚喷主要分为三个阶段，利用多个阶段的循环喷射，使边仰坡与洞口偏压段能够保持平衡，避免压重过高。
结论：综上所述，G309公路段施工项目面临的地质环境问题相对严重，炸山嘴黄土隧道施工当中的成功经验和成功案例值得相关施工单位学习和借鉴。炸山嘴项目施工当中施工方案对传统新奥法进行了继承和发展，并将处理黄土湿陷性作为主要的施工处理策略，同时引入全新的施工机组和夯实方案，实现了黄土稳定性的大幅度提高，保障了施工质量。
参考文献：
[1]张晓宇,毕焕军,夏万云等.银西高速铁路驿马一号富水黄土隧道施工地表降水试验研究[J].铁道建筑,2018,58(11):91-94.
[2]王志杰,李瑞尧,徐海岩等.蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究[J].隧道建设(中英文),2018,38(09):1435-1445.
论文作者:任和祥
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/1
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