摘要：随着我国西北地区高速公路规模与里程扩大，在公路隧道建设中以黄土隧道较为常见。黄土隧道受到黄土本身性质影响，施工过程中经常性出现沉降问题，影响到隧道施工质量。本文选择以黄土隧道洞口浅埋段为切入点，结合实践分析开挖与支护技术，并给出针对性的优化措施，保证黄土隧道工程整体质量。
关键词：黄土隧道；洞口浅埋段；开挖与支护
引言
黄土是第四系堆积的陆相沉积物，是半干旱气候下形成的并有针状孔隙、垂直节理的特殊土。黄土隧道是指修建于黄土内的隧道，相对于岩石而言，黄土强度低，遇水软化或湿陷。其中浅埋黄土隧道地层变形过大，会造成隧道建筑净空限界被衬砌侵入，持续发展出现塌方并波及周边构筑物造成塌陷。如果不能及时处理会直接造成安全隐患，因此受到社会各界的广泛关注。
1、工程概况
陕西省黄延高速公路扩能工程刘家塬隧道，起点位于延安富县四合村北，穿越刘家塬，终点位于富县畔上村南，隧道左洞桩号为ZK63+442～ZK65+015，全长1593m，右洞桩号为YK62+774～YK64+070，全长1296m，洞口埋深浅，是一座大断面黄土浅埋隧道。
2、洞口浅埋段开挖与支护
2.1开挖与支护的基本方案
洞口浅埋段采用CRD法进行开挖施工，在施工的过程中采用了干法开挖、钻孔等施工工艺，同时加强对施工过程中用水管理，保证隧道基底不受水的浸泡。
对于洞口段的支护，主要采用超前大管棚、系统锚杆、钢筋网以及喷射混凝土、型钢钢架等措施。每循环进尺为0.6m，每天进行2次循环。
在施工的过程中要遵循“管超前、严注浆、短开挖、禁爆破、快支护、早成环、勤量测、紧衬砌”的基本施工原则，进行长管棚超前支护，以加强隧道侧面的边墙支护，解决隧道的偏压问题。
2.2大管棚超前支护
采用热轧大管棚进行超前支护的目的主要是为了保证能顺利的进洞以及施工的安全，大管棚采用一环直径为108mm、长为20m的热轧无缝钢管，与钢架组合成为预支护系统，以达到防止洞口和浅埋段软弱围岩坍塌的目的，为进洞创造基本条件。管棚钢管的环向间距为40cm，其中外插角在1°～3°之间。管棚分为钢管以及钢花管两种形式，采用交错布置的方式，在打设钢花管并注浆之后再打设钢管。为了有效地提高钢管的抗弯强度，还需要在钢管和钢花管中设置钢筋笼，然后在其中灌注水泥砂浆。
2.3 CRD法开挖
暗洞的进洞采用CRD法进行分部开挖，开挖的过程中以人工操作为主，配合使用风镐、风铲和粘土铲，上台阶采用人工翻碴或者采用手推车将碴运到下台阶，之后采用挖掘机装碴，侧卸式装载机配合装碴，最后使用载重汽车进行无轨运输。CRD开挖支护方案如下图所示，具体的开挖施工说明如下：
开挖支护方案示意图
2.3.1首先沿①部拱部开挖轮廓线以上进行φ108mm的超前长管棚支护的施工，开挖时要预留核心土，并打入径向锚杆，在进行初喷混凝之后进行钢架施工，之后再喷混凝土封闭①部，并安装横撑，开挖进尺为0.6m。
2.3.2其次要向下开挖②部，打入径向锚杆之后进行初喷混凝土施工，同样再进行钢架施工，用混凝土将②部封闭，安装横撑的同时打入锁脚锚管。
2.3.3然后向右开挖③部，其中左、右两侧拉开的距离为3～5m之间。沿③部拱部开挖轮廓线以上进行φ108mm的超前长管棚支护的施工，开挖时要预留核心土，并打入径向锚杆，在进行初喷混凝之后进行钢架施工，之后再喷混凝土封闭③部，并安装横撑，开挖进尺为0.6m。
2.3.4向下开挖④部，打入径向锚杆之后进行初喷混凝土施工，同样再进行钢架施工，用混凝土将②部封闭，安装横撑的同时打入锁脚锚管。
2.3.5向下开挖⑤部，进行初期支护施工。
2.3.6向右开挖⑥部剩余的土方，然后将初期支护进行封闭。
2.4初期支护
拱部采用早强砂浆锚杆以及钢筋网和31cm厚的强喷射混凝土进行初期的支护，在边墙主要采用径向砂浆锚杆进行初期的支护，在进行拱墙喷浆作业时需要在混凝土中掺入聚丙烯微纤维，纤维的掺量为1.2kg／m。在全断面需采用间距为0.6m的25a型钢钢架进行支护，在开挖部分要使用25a型钢进行横撑支撑。
2.5边坡加固措施
为防止边坡失稳引发隧道失稳，对边坡进行抗滑桩结构设计，其混凝土：轴心抗压强度设计值fc=11.9N/mm2，轴心抗拉强度设计值ft=1.27N/mm2。钢筋HRBB335，抗拉强度设计值fy=300N/mm2，抗压强度设计值f'y=300N/mm2。桩的强度设计安全系数：受弯时K=1.2；斜截面受剪时K'=1.3。在桩的两侧分别布置6根φ12的构造钢筋，在桩的受压侧布置10根φ12的架立钢筋。
3、施工要点
3.1隧道在进暗洞前应该施作明洞，对洞口地表的冲沟、陷穴等采取回填夯实，对于洞口偏压的段落，应该施作挡墙进行反压回填。
3.2加强监控量测：施工必须加强围岩监控量测，发现围岩变形过快或者其他异常现象时应该立即修正支护参数。
3.3做好防排水工作：黄土隧道施工中应做好洞内及地表的防排水工作，尽量避免与围岩接触。隧道在进暗洞前应该做好洞顶的截、排水系统，将隧道洞口范围内的地表水排至隧道范围以外；对于黄土隧道暗洞施工开挖后应该立即进行混凝土初喷封闭围岩，尽量减少由于隧道开挖产生的临空面导致原有地层的水发生变化，改变隧道围岩的含水量。当地层含水量较大时，在掌子面附近施作临时横向水沟和临时纵向排水沟，将水引致隧道中部的纵向排水沟排出洞外，防止浸泡拱脚，引起拱架失稳，应在钢拱架底部沿纵向设置槽钢托梁。在中心排水沟底部每隔10米打一个排水孔（竖向盲井），及时将仰拱底部的围岩中的水通过中心排水沟排出隧道外，防止仰拱底部的土体软化，使隧道结构发生破坏。在施工期间一定要保证中心排水沟通畅。
3.4施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护；施工时特别注意拱脚与墙角处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填，如发现该处土体承载力不够，应立即采取相应措施进行加固。施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。
4、结语
通过刘家塬黄土隧道洞口浅埋段的施工实践表明，采用上述开挖与支护技术能有限保证施工的安全、进度和质量方面的要求，同时针对黄土隧道拱部沉降、边坡失稳、拱脚收敛较大的特点，要采取相应的技术措施，主要包括：加强监测和监控量测，施工中确保“管超前、严注浆、短开挖、禁爆破、快支护、早成环、勤量测、紧衬砌”的施工原则，做好防排水施工与管理工作，增加锁脚锚管并扩大拱脚。
参考文献
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论文作者:卓超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
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