中铁十四局集团第三工程有限公司
摘要：通过对富含水段黄土质隧道洞室开挖控制的影响因素的分析，总结了施工技术要点，确定科学合理的施工方法。
关键词：黄土；富水；隧道；施工
1 工程概况
东山隧道设计为左、右线分离式，左线总长4925m，右线总长4914m。该隧道址区属堆积侵蚀黄土梁峁深切沟壑区，地形起伏很大，冲沟发育，梁沟相间，地形破碎，隧道线路设计在Ⅳ、Ⅴ级围岩中，穿过地层为第四系上更新统新黄土，中更新统老黄土、第三系三趾马红土。隧址多数穿过老黄土，围岩节理较发育并伴有裂隙，开挖后自稳性差，多出现坍塌、掉块现象，施工难度大。
2特殊及不良地质现象分析
（1）地下水及黄土节理。水发育与否是关系到黄土质隧道能否安全施工的关键因素。与岩石相比，土体强度低，变形大，自撑能力小，含水量或水的侵蚀对其力学性质的影响非常显著。干的老黄土十分坚硬，整体承载能力较高，但被水浸泡，达到饱和状态后，呈软塑、流塑状，强度大大降低。该段穿过地层为老黄土，土质均匀，结构紧密，垂直节理较发育。天然空隙比为0.557～0.868，裂隙发育，并富含裂隙水。开挖面常带“汗露”现象，土体内节理发达，呈X型，不规则分布，成对出现，并有一定的延续性。在水的作用下，土体开挖后会迅速崩解，强度骤然降低，围岩自稳能力极大消减。由于黄土的崩解性、湿陷性和弱膨胀性，隧道开挖后土体容易顺着节理胀松或剪断，出现片帮和顶部小坍塌，施工处理不当甚至引起较大的塌方。技术预防措施不及时，就有可能酿成大的安全事故。
（2）地层内土体具强崩解性和弱膨胀性。土体结构紧密，干时坚硬，开挖一经暴露表层土体即变松软，卸荷后有回弹松胀现象，加之水的不良作用，松动圈逐渐变大，极易造成大的塌方事故。
（3）黄土具自重湿陷性，遇水后会发生严重下陷，致使突然下沉，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如支护措施不能满足其变化情况，极易造成塌方。
（4）黄土溶洞与陷穴、直切冲沟等地质病害在黄土地区较为常见，极大程度影响隧道安全掘进，可能造成基础下沉、塌方冒顶、承受偏压等危险。隧道在较长范围内沿冲沟或源边平行走向，或与其他地下空腔结构临近，容易造成覆盖层较薄或偏压，从而发生较大塌方和滑坡事故。
（5）洞内排水不良，运输道路泥泞，人为水浸或透涌水不能得到妥善处理，将给施工效率和隧底施工带来很大困难，底脚泡软，极易发生较大收敛，甚至形成事故。
3 方案选择
对于纯土质隧道通常采用无爆破冷作业法施工，针对不同地质条件和结构规模采用不同的开挖掘进方法，黄土隧道宜采用短台阶法或分部开挖法（留核心法），如单侧壁或双侧壁导坑先墙后拱法、正台阶先拱后墙法等，前者适用于大跨度、地质非常软弱或浅埋段，后者适用于跨度较小或地质条件较好段。
东山隧道围岩地质特征为饱和性的黄土质，地下水含量丰富，属典型的特殊地质和软弱围岩地质地段，但其为单线隧道，开挖跨度较小（14m），经科学论证和工程实践，该隧更适合于正三短台阶先拱后墙法开挖掘进和初期支护。出碴运输选用的是无轨方式，应用“仰拱施工防干扰平台”技术，防水板施工采用悬吊法无钉孔铺设技术，二次衬砌采取的是全断面整体钢模台车方案，自动计量拌合站拌合，砼运输车运输，泵送灌注方法进行施工。整个洞子形成超前支护及开挖支护、出渣运输、仰拱铺底、防水板铺设、二次衬砌和水沟电缆槽施工的六道作业线平行作业的局面。施工个各工序如下图所示：
图1 施工工序图
4施工技术要点
（1）为确保隧道开挖轮廓符合设计，应做好预留量的考虑，对于此类围岩地质，根据开挖后监控量测收敛变形情况，考虑预留，本隧道设计Ⅳ级围岩设计沉降量8 cm，根据实际监控量测施工预留沉降量为15 cm，Ⅴ级围岩设计沉降量12 cm，施工预留沉降量为20 cm，整体模板台车较设计加大轮廓5cm，以防止跑模侵限。
（2）突出“短”的特点，小进尺的原则要牢固坚持，不能图一时之快，以防酿成大的事故，要稳扎稳打，工序衔接紧凑，有条不紊，一步一步的施工。台阶长度控制在3m左右，减少每次的开挖和土体暴露面积，防止土体塌落，每次开挖进尺要按钢架的分布距离进行控制，一般不要超过90cn，该隧开挖进尺80cm，即及时进行支护作业。同时，下台阶要紧接上台阶施工，尽量缩短其间隔时间。
（3）中部拉槽，采用机械开挖严禁两侧超挖，上台阶初期支护下落前保护襟边不小于100cm，当土体稳定性恶化，应适当放大。同时为确保边墙支护稳定，中槽应放坡开挖。
（4）马口开挖要保证上面初期支护向前不小于5m，其布置和长度应结合地质情况、收敛变形值分析等因素进行设计，并严格掌握。马口开挖采取跳槽法进行，左右错开，至少保证3榀刚架错开距离，严禁对开马口，以避免掉拱事故。开挖利用风镐人工进行，严禁超挖。若片帮严重，可由上及下小步距分部开挖，随挖随护，及时打锚杆和喷壁面砼，封闭保护。每次马口开挖宽度控制在每次2榀钢架。回头马口必须待相邻边墙初期支护稳定后进行。
（5）施工时要特别注意拱脚与托梁密贴，严谨拱脚悬空，托梁下土地密实，如超挖过大或受水浸泡降低强度，应采取清除虚土加垫托梁，如发现该处承载力不够，应立即加设锚杆或清除虚土浇注混凝土措施进行加固。
（6）如作业面涌水，采取埋设导水管进行疏导，滴水或渗透水小水流采取塞麻筋或竹片引流。大的涌水应采取预加固技术，进行有效的封堵和疏导。排水应一次性排至临时排水系统内，避免水浸泡土体。
（7）锚杆一打设长度根据量测的围岩松动圈范围确定。若超前小导管打设角度偏大，小导管下部土体肯定坍塌，采取干打超前锚杆的辅助措施，能有效防止土体坍塌。打设系统锚杆前应首先喷设5cm厚砼进行壁面封闭保护。土体无水围岩可采用干法施工，利用风锤干打Φ22螺纹钢筋，根据围岩内部应变量测情况，该隧道的松动面位于围岩开挖面深3m左右，因此锚杆长度采用3.5m，系统锚杆打入土体后具“串葫芦”效应，增强土体整体性，提高围岩自撑能力。实践证明该法较为实用，抗拔力在土体围岩地质较好的情况下满足安全要求，施工快速，无污染。若围岩含水量较大段土体软化严重，应采用砂浆锚杆，锁脚锚杆施工时应注意与刚架焊接要牢固，保证数量，倾角控制要准确。经工程实践，土体锚杆施工宜选用干法作业工艺，对于饱和土应采用砂浆锚杆。
（8）洞内排水系统应进行铺砌，防渗防漏，从掌子面及时引出，保持洞内干燥、无水或少水，管理好施工用水，不使废水漫流，保持良好的施工环境，以保施工顺利进行。
（9）仰拱开挖认真贯彻新奥法施工“紧封闭”的原则，应紧跟下导进行，仰拱紧跟既可保证受力闭合成环，同时减少水平收敛及沉降幅度，避免底部挤压隆起。当拱部及两侧边墙初期支护下落至底脚并达到设计强度即实施开挖，要快速施工，一气呵成，保证及早封闭。
（10）根据富含水黄土质围岩特性和监控量测结论，把握合理的施工时机。对于此类地质条件，二次衬砌应紧跟，距离掌子面距离应控制在60-70m以内，最大不超过80m，尽量缩短初期支护暴露时间，必要时可隔段进行二衬。一般富含水纯黄土质地质条件下的初期支护7～15天即趋于稳定（仰拱浇注以后），二衬应在初期支护完成后15～20天内完成，最晚不要超过25天。值得注意的是此类围岩收敛稳定一段时间后还有可能发生一定的收敛变形，由于开挖后，土体内地下水丰富，松动区渗透系数增大，地下水重新渗集，应力二次重分布，当初期支护支撑能力已不能承受，甚至就会发生大的突变破坏，因此在初期支护第一次趋于稳定后要尽快进行二衬。
5监控量测
施工监测是新奥法施工的三大支柱之一，对于复杂地质隧道的施工，监测是不可缺少的一项重要工作。其目的在于随时掌握和了解围岩的变形和初期支护的受力状况，将信息反馈给设计单位，来进行优化设计参数和施工方法，确定二次衬砌的时间，组织信息化施工，采取有效措施，从而降低成本，保证施工的安全、快速。
6结束语
富含水纯土质隧道围岩，土体的稳定性极差，开挖后自稳能力极弱，对开挖控制极为不利，属于公路隧道中最软弱、稳定性最差的不良地层，尚未有较为成熟的工程经验和完善的理论体系，通过总结东山隧道施工的实践经验，选择合适的开挖方法，预留合理的沉降量，加强初期支护，安排好各工序间的衔接，仰拱、二次衬砌紧跟，注重防排水与监控量测，为该类地质地下工程施工提供了技术参考。
论文作者:李志友
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/18
标签：围岩论文; 隧道论文; 地质论文; 黄土论文; 土质论文; 初期论文; 节理论文; 《基层建设》2017年第12期论文;