大跨度黃土隧道施工技術(shù)探討

摘 要：本文以賀家莊隧道為工程背景，分析了工程概況、水文地質(zhì)特征和施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：隧道 施工 技術(shù) 地質(zhì)

中圖分類號(hào)：TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（b）-0053-02

《中長(zhǎng)期鐵路發(fā)展規(guī)劃》的實(shí)施和國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的9條客運(yùn)專線的立項(xiàng)，標(biāo)志著我國(guó)高速鐵路建設(shè)高潮的到來(lái)。鄭西鐵路客運(yùn)專線是路網(wǎng)規(guī)劃“四縱四橫”中徐州至蘭州快速通道中的一段。鄭西客專黃土隧道是目前我國(guó)在黃土隧道地區(qū)修建的斷面最大的隧道，開(kāi)挖斷面在170 m2以上，同時(shí)隧道內(nèi)采用無(wú)碴軌道，對(duì)基礎(chǔ)要求高，對(duì)結(jié)構(gòu)的控制要求嚴(yán)，因此給施工帶來(lái)一系列問(wèn)題需要我們?cè)诠ぷ髦屑右匝芯刻接憽?/p>

結(jié)合賀家莊隧道目前施工情況，闡述了預(yù)留核心土法開(kāi)挖黃土隧道施工工藝以及施工中應(yīng)該注意的問(wèn)題，以供有關(guān)人員探討、參考。

1 工程概況

賀家莊隧道全長(zhǎng)1815m，起止里程DK241+620～DK243+435，線路縱坡5.50/00，隧道按行車(chē)速度200 km/h以上客運(yùn)專線雙線隧道設(shè)計(jì)，洞內(nèi)采用旭普林無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)，進(jìn)出口均采用1∶2.5橢圓臺(tái)面帽檐斜切式洞門(mén)。隧道設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)圍巖96 m，Ⅳ級(jí)圍巖1671 m，進(jìn)出口明洞48 m。

1.1 地形、地貌

隧道所處區(qū)域?yàn)辄S土臺(tái)塬地貌，地面高程400～600 m，相對(duì)高差約60 m。進(jìn)出口黃土“V”字型沖溝切割強(qiáng)烈，相對(duì)高差較大，岸坡陡峻。洞頂?shù)匦纹教梗瑝楹档鼗蚬?，植被差?/p>

1.2 水文地質(zhì)特征

地表水不發(fā)育，為溝內(nèi)季節(jié)性流水。地下水為黃土內(nèi)空隙潛水，由于黃土塬地勢(shì)較高，黃土垂直節(jié)理發(fā)育，沖溝切割較深，地下水排泄暢通，隧道所遇空隙潛水水量有限。

1.3 工程地質(zhì)

（1）地層巖性：本段分布地層有第四系全新統(tǒng)坍滑堆積（Q4SL）黏質(zhì)黃土、上更新統(tǒng)（Q3）黏質(zhì)黃土、中更新（Q2）統(tǒng)黏質(zhì)黃土、砂質(zhì)黃土。

（2）地質(zhì)構(gòu)造：未見(jiàn)構(gòu)造形跡。

（3）不良地質(zhì)：不良地質(zhì)為坍滑、黃土陷穴。

①坍滑：位于出口DK243+320～+377段，主要由于連霍高速公路三門(mén)峽生活服務(wù)區(qū)的下水管道斷裂，廢水下滲形成表層黃土坍落，范圍57×30 m，厚2～10 m，分布于隧道出口洞身上。②黃土陷穴：DK243+400～+425線路左側(cè)分部一黃土陷穴，主要為地表水沿節(jié)理下滲，帶走黃土中細(xì)小顆粒，引起土體泄落形成。

2 施工方法

施工中嚴(yán)格按照“先探測(cè)、管超前、非爆破、嚴(yán)控水、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早襯砌”的原則組織施工。Ⅳ級(jí)圍巖段采用弧型導(dǎo)坑預(yù)留核心土七步流水法施工，設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為：Ⅰ20a型鋼鋼架，間距0.8～0.9 m。

施工工序見(jiàn)下圖1。

3 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題

2006年7月2日當(dāng)隧道掘進(jìn)至DK243+333.7里程時(shí)（設(shè)計(jì)Ⅳ級(jí)圍巖地段，距離洞口71 m），發(fā)現(xiàn)土層含水量增加，地質(zhì)條件變差，與設(shè)計(jì)Ⅳ級(jí)不符，土層結(jié)構(gòu)較為松散，隨即發(fā)現(xiàn)地表出現(xiàn)裂紋，同時(shí)監(jiān)測(cè)到已施工段拱頂下沉加劇，之后至7月13日的開(kāi)挖施工中，發(fā)現(xiàn)地表裂縫隨掌子面向前發(fā)展，因此于7月14日停止掘進(jìn)。

4 原因分析

引起該段變形較大的原因主要有以下幾個(gè)方面。

（1）該段分布不良地質(zhì)體，地層巖性差，而支護(hù)參數(shù)未考慮加強(qiáng)。（2）由于洞頂高速公路排污管道污水下滲，導(dǎo)致土層自穩(wěn)能力下降。（3）根據(jù)地表裂縫顯示洞身存在偏壓現(xiàn)象。（4）施工中仰拱未能及時(shí)閉合。

5 采取的主要措施

（1）根據(jù)監(jiān)控量測(cè)反饋，在發(fā)現(xiàn)拱頂下沉量較大后，隨即采取了抬高鋼架的措施，確保了二次襯砌厚度。

（2）增加鎖腳錨管，增加初期支護(hù)的強(qiáng)度。

（3）擴(kuò)大拱腳增加拱腳受力面積，提高鋼架支承能力。

（4）至7月13日發(fā)現(xiàn)地表裂縫隨掌子面向前發(fā)展，并根據(jù)裂縫走向判定隧道存在偏壓現(xiàn)象，并且山體有滑動(dòng)跡象，因此于7月14日停止了掘進(jìn)，等待設(shè)計(jì)處理方案。之后按照設(shè)計(jì)方案采取了如下措施。

①洞頂局部清方減載，線路左側(cè)進(jìn)行反壓回填，回填高度至隧道拱頂處。②地表高速公路生活區(qū)排污管道進(jìn)行了改移。③洞口邊仰坡盡快按設(shè)計(jì)邊坡刷方。④洞內(nèi)掌子面暫時(shí)停止掘進(jìn)，弧形開(kāi)挖暴露面采用錨網(wǎng)噴封閉，參數(shù)：噴砼厚15 cm，Φ8鋼筋網(wǎng)，間距20×20 cm，Φ22砂漿錨桿，每根長(zhǎng)5.0 m，間距2.0 m，梅花型布置。⑤DK243+328～+324采用編織袋裝土碼砌至拱腳位置。DK243+328～+310段設(shè)C20鋼筋砼臨時(shí)仰拱進(jìn)行封閉，臨時(shí)仰拱厚度30 cm，內(nèi)設(shè)Ⅰ18型鋼，間距0.8 m，及雙層Φ8鋼筋網(wǎng)，間距20×20 cm。根據(jù)量測(cè)值必要時(shí)加設(shè)鋼筋砼橫撐。⑥盡快施作洞口段二次襯砌及明洞。⑦DK243+310～+150段采用CRD法工法。

6 總結(jié)或體會(huì)

通過(guò)采取了以上處理措施，洞內(nèi)及地表變形已趨于穩(wěn)定，確保了隧道的安全，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，需要我們解決采用弧型導(dǎo)坑預(yù)留核心土七步流水法施工中如何能更好地解決隧道沉降變形的問(wèn)題。

（1）根據(jù)賀家莊隧道變形量測(cè)資料顯示，隧道下沉的主要形式為初期支護(hù)的整體下沉。變形發(fā)展一般分為3個(gè)階段。

第一階段：上導(dǎo)開(kāi)挖后1～3天，變形下沉小，拱部?jī)H輕微下沉拱腳輕微內(nèi)移，變形量一般為1～3 cm。第二階段：迅速發(fā)展階段，該階段從下半斷面落底挖邊墻馬口開(kāi)始，洞室變形發(fā)展迅速，變形量達(dá)到3～10 cm。第三階段：變形趨于穩(wěn)定階段，該階段從仰拱初期支護(hù)閉合成環(huán)，仰拱混凝土施工完成后開(kāi)始，至二次拱墻模筑襯砌施工完成止。

隧道開(kāi)挖后總的變形量值和迅速變形階段結(jié)束的時(shí)間，完全受控于仰拱封閉的時(shí)間，仰拱早封閉則總變形量小，仰拱晚封閉則總變形量大，仰拱封閉的時(shí)間是變形的一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)。

（2）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，切實(shí)做好監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)反饋信息、指導(dǎo)施工，以便及時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量及初期支護(hù)參數(shù)，確保初期支護(hù)不侵入二次襯砌界限。

（3）施工中應(yīng)經(jīng)常注意黃土含水量、地質(zhì)狀態(tài)等的變化，及時(shí)提出設(shè)計(jì)變更，確保施工安全。

（4）重視地表沖溝、陷穴對(duì)隧道的影響。

黃土隧道另一大特點(diǎn)是地表沖溝、陷穴發(fā)育，形成地形淺埋、偏壓以及地表水下滲，從而降低圍巖物理力學(xué)指標(biāo)，惡化隧道結(jié)構(gòu)的受力條件。施工前應(yīng)收集相關(guān)資料，必要時(shí)對(duì)沖溝、陷穴采取回填夯實(shí)、填土反壓、改變地表水徑流條件等工程措施，避免地表水下滲危及隧道工程。雨季施工時(shí)應(yīng)特別予以重視。

參考文獻(xiàn)

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