中铁三局三公司 山西太原 030006
摘要：随着我国现代化的飞速发展，交通道路建设重心已经向欠发达的山区转移，其中在黄土高原地区建设的高速公路隧道工程占比达到30%以上。施工中存在许多问题，包括从地质带来的困难，施工过程中存在的难题。本文以霍州至永和关高速公路官庄隧道的施工进行探讨，希望能够对之后的高速公路黄土隧道建设有所帮助。
关键词：高速公路；隧道；黄土；施工
随着我国城乡建设的不断发展，许多小的县级城市及乡镇之间的经济文化交流开始频繁，基础交通设施的建设就变得重要起来。再加上近些年国家对中西部开发越来越重视。因此在偏远的中西部山区也开始加大城乡间交通设施的建设。城乡间的道路交通得以快速发展，其中高速公路在黄土高原山区的建设尤为重要，而隧道工程是高速公路建设的重难点，在湿陷性黄土地质下挖掘隧道风险高，进度慢，施工技术的选择成为致胜的法宝。
一、概述
官庄隧道是霍永高速公路的重难点工程，设计为左右线分离式。左线洞体全长 647 米，进口段里程桩号为 ZK129+016，出口段里程桩号为 ZK129+663，，洞体最大埋深 99.693 米，位于 ZK129+490；右线洞体全长 625 米，进口段里程桩号为 K129+017，出口段里程桩号 为 K129+642，洞体最大埋深 102.150 米，位于 K129+440；洞体进出口部位位于黄土冲沟，交通相对不便。隧道围岩主要由第四系中更新统离石组（Q2l）组成，洞顶覆盖上更新统马兰组黄土（Q3m）。
隧道已完成施工，结合施工就黄土隧道的超前支护、开挖、初期支护、防排水、二次衬砌等方面进行探讨。
1 设计概述
1.1 工程地质条件
1.1.1 气象
隧址区地处吕梁山脉南段，黄河中游晋陕大峡谷东岸，临汾市西北边缘的永和县。总体属暖温带大陆性季风气候，年平均气温9.5度，极端气温35.8度。极端低温—22.2度，无霜期平均183天，最长199天，最短161天，光照充足，年日照时数平均2541.7小时，年10度以上积温，平均3674度，年均降水量554.3毫米，主导风向：西北风，平均风速2.4米/秒，主要灾害有旱.风雹等.当地最大冻土深度为107cm.
1.1.2水文地质
隧址处水文地质类型为第四系松散岩类孔隙水，碎屑岩类裂隙孔隙水，主要分布于第四系中更新统离石组黄土及三叠系铜川组砂岩、泥岩裂隙中，含量十分有限补给源来自于大气降水，由于隧址区降雨量较小而蒸发量较大，因此水量很小，对隧道施工造不成大的影响。
1.1.3不良地质
官庄隧道隧址区岩性以黄土为主，具有良好的直立性，自稳性能很好，而且含水量有限，因此隧址区不良地质不发育。局部路段，尤其洞口段需注意小型黄土崩塌。
1.2设计参数
官庄隧道为黄土隧道，按照新奥法设计施工。
（1）隧道施工设计使用台阶分步开挖法，每循环进尺1.2m。
（2）超前支护设计使用φ42mm×4mm、长4.1m的热轧无缝小导管，小导管和钢架配合使用，从两榀工字钢架间穿过，与隧道轴线成外插角10°～15°。增强围岩稳定性，保证施工安全。
（3）初期支护设计使用Ⅰ20a型钢钢架，间距75cm；相邻钢架采用Φ22钢筋连接，环向间距1.0m，并在钢架支护内缘和外缘交错布置；锁脚锚杆采用Φ22药卷式锁脚锚杆，L=3.5m；喷射C25混凝土24cm。采用Φ8钢筋网片，网格尺寸20cm×20cm。
（4）二次衬砌、仰拱均采用C25砼，仰拱回填采用C15砼。衬砌厚度为50cm。
二、隧道施工
官庄隧道为黄土隧道，隧道施工按照“新奥法”原理，遵循“先探后挖、支护在先”的原则，坚持“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的原则，确保了隧道的工程质量，实现了无塌方安全贯通，不漏水全线通车的目标。
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1 初期支护施工
1.1 超前支护
超前支护小导管采用φ42×4mm热扎无缝钢管，钢管长为4.1m，环向间距40cm，小导管纵向搭接长度不小于1.0m。管身每隔10cm钻一直径为8mm的小孔，并沿管身呈梅花型均匀布置。导管尾端1m不钻注浆孔留作止浆段。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋。小导管安设采用钻孔（φ50mm）打入法，即先用风钻按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将钢管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90％，并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。
1.2 洞身开挖
隧道洞身开挖采用台阶分步开挖法，分为上下两个断面开挖施工，上断面开挖采用环形留核心土法，采取人工配合挖掘机开挖，拱部由人工环形开挖，挖掘机挖除核心土，核心土长度不易大于5m。核心土过短，超前小导管没有立足之地，过长则影响喷射砼施工。下断面利用挖掘机进行左右侧错步开挖，待上断面初期支护达到70%设计强度且系统锚杆施工完成后，方可进行下断面开挖施工。此外，洞身开挖每循环进尺不大于1.5m。
1.3 初期喷锚支护
（1）清除岩面松动土块，以便于喷射砼与围岩紧密贴合，初喷砼封闭岩面，喷射厚度为4～6cm。
（2）在拱脚部位垫设钢板，架设钢支撑拱架，钢拱架拼接使用高强螺栓连接，根据设计轮廓调整钢拱架，使其符合设计要求。钢拱架与岩面间采用φ8钢筋网片填充。钢筋网片与前后钢拱架进行焊接加固。此外，钢拱架之间设置φ22纵向连接筋，环相间距1m。拱脚施作8根φ22药卷式锁脚锚杆，自拱脚向上环向间距2m，每侧设置4根药卷式锁脚锚杆，锚杆均为φ22螺纹钢，长3.5m。所有锚杆都必须安装垫板，当锚杆不垂直岩面时可用垫片调整。
（3）二次喷射砼至设计厚度，进行喷射混凝土时，要靠近受喷面近些，且与垂直方向稍偏离一个小角度，以便获得更好的效果。
1.4 防排水施工
隧道防排水包括结构防排水和施工防排水。其中明洞防排水遵循“以防为主、刚柔并济、因地制宜、综合治理”的原则；暗洞防排水采取“以防为主，限量排为辅，堵、防、排、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则。
1.4.1明洞防排水
明洞结构以自防水为主，结构拱部、边墙及仰拱采用防水钢筋砼，抗渗等级≥0.8MPa。
明洞外沿铺设4mm厚双面自粘橡胶沥青防水板+350g/m2无纺布，并用砂浆抹面。每20米以及与暗洞连接处设置变形缝，采用橡胶止水带防水；环向及纵向施工缝采用膨胀橡胶止水条止水。
1.4.2暗洞防排水
暗洞结构以自防水为主，结构拱部、边墙及仰拱采用防水钢筋砼，抗渗等级≥S8。
防水层由1.2mm厚的EVA防水板和350g/m2无纺布组成，全隧道铺设，搭接宽度0.1米，搭接处采用热风双焊缝焊接，焊接完成后对焊缝进行气密性检查。保证防水层的完整性。
2 二次衬砌、仰拱施工
二次衬砌施工前对围岩进行监控量测，当围岩基本稳定后方可进行二次衬砌的施工。二次衬砌施工需使用衬砌台车，衬砌台车在现场拼装完成后安装轨道进洞。二次衬砌采用C25防水砼，一版二次衬砌可浇筑12m。砼施工必须连续作业，若停止灌注砼则按施缝处理。各种管线、箱体、按设计预留位置预留孔洞，待混凝土强度达到5.0MPa时方可进行拆模，要注意加强混凝土的养生。
仰拱及隧底填充施工在隧道底部开挖支护完成后，及时全幅分段施工，严格控制超欠挖，仰拱衬砌与上部二次衬砌相同，仰拱填充采用C15砼，由中间向两侧对称进行，预留中央排水沟。此外，要用弧形模板堵头，根据堵头模板控制仰拱的厚度和弧度。砼施工前为确保洞内交通不中断，采用简易仰拱栈桥方式。
三、结语
结合官庄隧道施工结果表明：采用正确可行的开挖方法，控制初期变形速度是控制黄土隧道周围荷载发展的主要途径。采用新奥法施工，实现了无塌方安全贯通，不漏水全线通车的新突破。
参考文献
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论文作者:冀智慧
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/24
标签：隧道论文; 黄土论文; 导管论文; 围岩论文; 钢架论文; 交通论文; 超前论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;