黃土連拱隧道開挖工藝淺談

王 軍

1 概述

我國北方地區(qū)屬第四季黃土質(zhì)砂粘土地層，這種土是在干燥氣候下形成的灰黃、褐黃，垂直發(fā)育的特殊土。這種地質(zhì)強(qiáng)度低、山體松弛破碎，特別怕遇水。在此地層中開挖隧道，容易出現(xiàn)坍塌，尤其是一旦滲漏水，圍巖強(qiáng)度將大幅度降低，嚴(yán)重時(shí)完全失去自穩(wěn)能力。近年來，連拱隧道以其在線路、平面、洞口位置等選擇上的優(yōu)越性，綜合造價(jià)較低的特點(diǎn)在我國高速公路建設(shè)中獲得了長足發(fā)展。突出表現(xiàn)為連拱隧道快速增長、跨度和長度不斷突破、設(shè)計(jì)和施工水平不斷提高。與傳統(tǒng)的單幅修建單體隧道相比，連拱隧道在線路、平面、洞口位置等選擇上比分幅修建隧道優(yōu)越，而且自由度大。同時(shí)綜合造價(jià)比單跨結(jié)構(gòu)低。考慮到隧道分修的雙洞進(jìn)出口各有較長的連接線引起的土地征用增多、前后段橋路工程增加等一系列問題，連拱結(jié)構(gòu)則有明顯的優(yōu)勢。因此采取何種合理可行的施工方案來施工在質(zhì)量、安全、施工技術(shù)方面顯得尤為重要。

隨著全國高速公路已進(jìn)入山區(qū)，隧道數(shù)量不斷增多，由于受山區(qū)地形展線限制，一些較短隧道選用雙連拱結(jié)構(gòu)形式。

我國高速公路已規(guī)劃設(shè)計(jì)了幾十座連拱隧道。無論從設(shè)計(jì)角度，還是從施工角度而言，其結(jié)構(gòu)受力形式是十分復(fù)雜的。山西太佳高速公路(呂梁段)青涼寺(黃土)雙連拱隧道就是其中一例。

山西太佳高速公路(呂梁段)青涼寺雙連拱隧道工程概況:青涼寺雙連拱隧道是太原—陜西佳縣呂梁段的重點(diǎn)控制工程，設(shè)計(jì)為四車道雙連拱，全長220 m，其中暗洞200 m、明洞20 m。左右洞軸距13.46 m，隧道內(nèi)輪廓線設(shè)計(jì)方案采用三心圓及中隔墻組成，中隔墻寬2.6 m，單洞總寬度10.86 m，開挖斷面總寬24.5 m。隧址區(qū)黃土大面積覆蓋，地形起伏較大，溝壑縱橫，地貌表現(xiàn)為黃土梁、黃土沖溝、黃土陡坡、黃土緩坡等。隧道圍巖地層第四季中更新統(tǒng)風(fēng)積物和沖洪積物—保德組(N2b)巖性為紅褐色粉質(zhì)粘土，呈堅(jiān)硬狀態(tài)，土質(zhì)較均，夾有多層薄層的鈣質(zhì)結(jié)核層，稍濕、中密，具有弱膨脹性。

2 設(shè)計(jì)要求施工工序

隧道施工順序示意圖(一)見圖1。

圖1 青涼寺隧道施工順序示意圖（一）

1)在側(cè)導(dǎo)開挖一段距離后才能進(jìn)行主洞的開挖。2)先期進(jìn)行開挖的主洞應(yīng)與中隔墻回填抵抗方向一致，本隧道設(shè)計(jì)推薦從左洞開始。3)中導(dǎo)洞主要施工工序:中導(dǎo)洞開挖→中導(dǎo)洞初期支護(hù)→澆筑中隔墻→中隔墻頂部注漿密實(shí)。4)左洞主要施工工序:a.開挖左側(cè)導(dǎo)洞;b.左側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù);c.中隔墻右側(cè)回填;d.開挖左洞上半斷面、上半斷面初期支護(hù);e.開挖核心土，澆筑仰拱及二襯。5)左洞在施工20 m以上時(shí)，再按左洞施工方法施工右洞。6)同一洞口左右側(cè)主洞掌子面應(yīng)相差20 m以上。如果按照設(shè)計(jì)施工工藝施工，就保證不了合同工期。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘結(jié)合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，為滿足業(yè)主和合同工期青涼寺隧道施工采用新工藝確保了合同工期要求。

3 采用新工藝工序及施工方案

1)在施工管棚時(shí)根據(jù)圍巖和實(shí)際受力情況為加強(qiáng)管棚的剛度和強(qiáng)度采用管棚加強(qiáng)法，按設(shè)計(jì)將管棚鋼管全部打好后，應(yīng)先用鉆頭掏盡鋼管內(nèi)殘碴，進(jìn)行管棚補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)方法:在鋼管內(nèi)應(yīng)先放置Ф20鋼筋籠，再向管內(nèi)充注入水泥漿(水灰比為1∶1)，注漿初壓力為0.5 MPa～2.0 MPa，終壓力為 2.0 MPa，用以加強(qiáng)管棚的剛度。2)合理控制三個(gè)導(dǎo)洞開挖作業(yè)之間的距離。3)中導(dǎo)洞開挖→初期支護(hù)→澆筑。在澆筑中隔墻時(shí)在墻頂預(yù)埋注漿孔，待澆筑50 m后進(jìn)行注漿，保證中隔墻頂密實(shí)并與墻頂密貼，并在墻頂預(yù)埋牢鋼板。4)在中隔墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后主洞開始從左洞佳縣端往太原端施工:a.取消原設(shè)計(jì)在中隔墻另一端用漿砌片石回填方法抵抗反力，采用型鋼進(jìn)行中隔墻反支撐，形成桁架式整體;b.改原設(shè)計(jì)側(cè)壁導(dǎo)坑開挖為臺階開挖。左主洞上臺階開挖施工、初期支護(hù);c.左主洞下臺階開挖施工、初期支護(hù);d.左主洞仰拱開挖及支護(hù);e.左洞二襯施工。左洞施工20 m后右洞開始施工，同步進(jìn)行保證左右洞施工合理距離是確保安全的一項(xiàng)主要措施，以免對洞身形成人為偏壓。右洞:a.右洞上臺階開挖施工;b.右洞上臺階初期支護(hù);c.右洞下臺階開挖施工;d.右洞下臺階初期支護(hù);e.右洞仰拱施工;f.右洞二襯混凝土施工。5)下導(dǎo)開挖，下導(dǎo)中槽開挖兩邊留馬口寬度不得小于2 m，開挖下導(dǎo)左右側(cè)要錯(cuò)開。下導(dǎo)馬口開挖長度Ⅴ級淺埋段不得大于1 m，Ⅴ級圍巖不得大于2 m，Ⅳ級圍巖不得大于3 m，開挖完畢立即進(jìn)行初支。6)在隧道施工過程中嚴(yán)格控制施工用水，各排水管道接頭必須嚴(yán)密，并有防滲漏水軟化圍巖而引起支撐下沉或失穩(wěn)。施工機(jī)具盡量在洞外清洗，嚴(yán)禁施工用水隨意排放。在開挖時(shí)，如因不良地質(zhì)因素發(fā)生少量坍塌，必須用同標(biāo)號噴射混凝土填充或用漿砌片石填充。不能留有空洞，杜絕人為制造假頂，留下空洞，給隧道留下隱患。隧道施工順序示意圖(二)見圖2。

兩主洞施工工序合理間距是洞徑的3倍或30 m，根據(jù)圍巖狀況，穩(wěn)定性考慮掌子面、仰拱、二襯應(yīng)緊跟，保證施工安全。

圖2 青涼寺隧道施工順序示意圖（二）

該隧道于2009年3月21日中導(dǎo)洞開挖，6月15日完成，主洞2009年7月13日開工，12月21日貫通。通過新工藝的成功實(shí)踐，提前工期近一年。

4 施工中進(jìn)行的監(jiān)控測量工作

1)左線拱頂測點(diǎn)，水平測點(diǎn)，左、右點(diǎn)，水平收斂;2)中隔墻測點(diǎn)(偏壓，位移);3)右線拱頂測點(diǎn)，水平測點(diǎn)，左、右點(diǎn)，水平收斂。在整個(gè)施工過程中監(jiān)控量測起積極指導(dǎo)施工的作用，各個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)均符合規(guī)范要求，中隔墻經(jīng)過監(jiān)控量測未發(fā)生位移，在主洞初支施工完成后對中隔墻的外觀進(jìn)行了詳細(xì)的觀察，未發(fā)現(xiàn)任何裂縫和破損。總結(jié):在整個(gè)隧道施工過程中加強(qiáng)了以下幾點(diǎn)主要工序的把關(guān):1)取消中隔墻的漿砌片石回填，采用反向支撐法。2)主洞采用環(huán)形開挖留核心土和臺階施工法，并及時(shí)完成仰拱成環(huán)。3)左右洞開挖掌子面距離的控制(30 m內(nèi))。4)中隔墻頂預(yù)埋鋼板易移位，在連接主洞初支鋼拱架位置找不準(zhǔn)，故采用了縱向預(yù)埋長鋼板法，保證了拱架與鋼板的焊接質(zhì)量。5)整個(gè)施工過程貫徹“短進(jìn)尺、早支護(hù)、少擾動(dòng)、勤量測、早封閉、緊襯砌”的施工指導(dǎo)思想。6)監(jiān)控量測貫穿整個(gè)施工過程。

5 結(jié)語

黃土隧道由于它的地質(zhì)特殊性，施工時(shí)應(yīng)引起足夠重視，加之黃土連拱隧道相對比較少、施工經(jīng)驗(yàn)相對不足，施工時(shí)要精心組織、把好各道工序關(guān)。該施工方法在青涼寺雙連拱隧道的施工實(shí)踐中是成功的，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。該方案合理可行，可以借鑒。

[1]JTJ 042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]董文德，高 波，申玉生.高速公路雙連拱隧道施工監(jiān)控量測及分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006，43(6):38-39.

[3]關(guān)寶樹.隧道施工工程要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社，2008.

[4]李玉平.新意法在黃土隧道工程中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，36(11):318-319.