淺談黃土層中等斷面隧道施工技術

摘 要：項目施工管理需要重點控制的要素有質量、安全、進度和成本，而施工技術又是實現控制這些要素的前提條件和重要保障。為了尋求黃土層隧道最優的施工方案，文章結合山西肖家洼煤礦長距離輸煤隧道工程的施工經驗，淺談在黃土層這種特殊地質條件下中等斷面隧道施工過程中應用到的幾種施工技術。

關鍵詞：黃土層中等斷面隧道；掘進；集水坑；棧橋；坍塌

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0163-02

本隧道圍巖為黃土狀粉質粘土，斷面為半圓拱形斷面，支護采用鋼支架+超前排管+掛網噴砼支護，鋪設毛石砂漿+鋼筋砼硬化底板。施工中應用到的典型技術有掘進方法、滲水處理、利用棧橋平行作業、隧道穿越公路與河道、坍塌處理等。

1 施工技巧

由于黃土層的特殊地質條件，隧道掘進無需爆破作業，而采用YC750型挖掘機挖掘（帶振動炮錘），風鎬修整輪廓，視土層性質及穩定情況，采用全斷面一次挖掘或短臺階法預留核心土法施工，嚴格執行 “先探測、管超前、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則。排矸利用ZL-50型裝載機、無軌膠輪車運至附近矸石山。混凝土支護滯后工作面采用導軌式整體移動金屬模板襯砌臺車進行襯砌平行作業。

1.1 先探測

遇到巖層變化惡劣或滲水較大等特殊地段，掘進前必須先進行探測，探明是否存在不利的地質因素，及時采取預防措施，為隧道掘進提供安全保證。探測可結合超前排管施工進行，以節約成本，施工時可以根據探測需要在掘進面布設三到五個探測孔，利用排管進行超前探孔，做好探測記錄，進行合理的數據分析，判斷是否存在不良地質情況。

1.2 管超前

超前管棚、超前小導管對于隧道施工安全尤為重要，在黃土隧道施工中更加突顯其重要意義。巷道采用Φ42×3 000 mm排管作超前支護，掘進前在巷道拱輪廓線外均勻布置間距300 mm的鉆孔，用風鉆將排管注入眼內。排管搭接長度≥1 m，排管與巷道的傾角為3 ？觷～5 ？觷，遇到滲水較大易坍塌特殊地段可雙層排管超前支護。

1.3 短進尺

隧道掘進綜合考慮施工安全、質量、可操作性，根據實際施工情況和地質條件，制定了全斷面一次挖掘或短臺階法預留核心土掘進開挖法施工。嚴格控制掘進尺寸，每循環進尺為1.2～2 m。

1.4 強支護

拱架制作嚴禁使用扭、彎等變形失去應有剛度的工字鋼，支護材料必須符合質量要求，嚴格控制拱架間距，保證支護參數。架設支架前先檢查巷道是否符合架棚的尺寸，有小的地方要先處理到符合尺寸，再將所需要的腿、梁、鋼筋、螺栓、工具及其它材料準備齊全，然后架設鋼支架。

保證連接筋的連續性、搭接長度、焊接質量，連接筋與鋼拱架、鋼筋網經緯交錯，縱橫交織，使初期支護形成整體，發揮其最佳的支護效果，有效地的克服偏壓、沉降給隧道安全帶來的隱患，保證工程質量，確保施工安全。

人工拌料時采用潮拌料，水泥、沙和石子應清底并翻拌三遍以上使其混合均勻。噴射時，噴漿機的供風壓力在0.4 MPa，水壓應比風壓高0.1 MPa左右，加水量憑射手的經驗加以控制，最合適的水灰比在0.4～0.5之間。噴射過程中應根據出料量的變化，及時調整給水量，保證水灰比準確，要使噴射的濕混凝土無干斑，無流淌，粘著力強，回彈料少，一次噴射混凝土厚度50～70 mm，并要及時復噴，復噴間隔時間不得超過2 h，否則應用高壓水重新沖洗受噴面。

當掘進完成后，開始清理底板，從迎頭由里往外鋪設300 mm厚毛石砂漿墊層，墊層上再鋪一層厚度為200 mm的C20鋼筋砼，鋼筋為Φ20 mm，布設間排距為250 mm，每根鋼筋搭接長度35 d，鋼筋搭接處在中心用18#鐵絲雙股捆扎牢固，鋼筋接頭交錯布置。底板鋼筋砼澆筑及時跟進掘進，確保隧道支護強度。

1.5 快封閉

隧道掘進到規定尺寸后，立即進行立拱架、掛網、噴砼，鋪設毛石砂漿墊層，澆筑底板鋼筋砼，及時形成封閉成環，確保隧道安全。

1.6 勤量測

對巖層變化惡劣或滲水較大坍塌等特殊地段，要加密監控量測點；增加測量頻率，每天3次，及時準確掌握拱架的沉降情況；縮短斷面檢查的距離，掌握好拱架的變形情況；加強地表觀測，發現變化及時處理；根據測量結果，調整支護參數，并制定預案，確保安全。

本隧道成巷施工工藝簡單，無爆破作業，加快了施工進度，排除了爆破作業中的安全隱患。投入機械設備簡單，挖掘機、風鎬、裝載機、無軌膠輪車、導軌式整體移動金屬模板襯砌臺車、混凝土運輸罐車、輸送泵車等，使成本耗費降到最低。

2 積水問題的解決

由于隧道在施工過程中出現不同程度的滲水，局部地區滲水量大，巷道內積水為患，積水滲入土層形成大量稀泥，對施工造成不利影響。而巷道內底板水溝排水系統尚未形成，巷道積水不能及時排出，車輛無法行走，達不到文明施工要求。為解決以上問題，結合現場實際情況，決定施作臨時排水系統。引導洞內各部位滲水引流集中向某一地點，于該地點設置集水坑（1.5 m×0.8 m×1.2 m）臨時儲存積水，用抽水泵進行抽排至巷道外，保持巷道內潔凈，消除滲水造成的安全隱患，集水坑位置和數量根據巷道內滲水情況合理設置。

使用臨時集水坑方法，巷道內積水能及時抽排，既消除了積水對施工造成的不利影響和存在的安全隱患，又能滿足文明施工的要求。

3 棧橋的使用

由于隧道為中等斷面凈寬5.6 m，施工鋼筋砼地坪時，如使用公路隧道路面施工技術單向澆筑鋼筋砼，則另一面寬為2.8 m，運矸車輛無法通過，迎頭不能出矸，工字鋼、鋼筋網片等支護材料不能運至迎頭，耽誤工期。

為解決這一難題提高施工效率，決定使用搭設棧橋，在澆筑鋼筋砼路面的部位，車輛從棧橋上駛過該路段。棧橋加工為梯形狀，上邊長9 m，下邊長12 m，斜邊長1.513 m，邊長夾角為8 ？觷，斜邊焊接鋼板厚度為10 mm，縱橫梁選用20#工字鋼，縱橫向間距按350 mm×450 mm作支撐架，上面選用L=1.0 mΦ20 mm螺紋鋼按50 mm間距焊接鋪設。橋面凈寬為1 m，作為施工人員及運輸車輛的主要通道。棧橋鋪設使用兩臺鏟車配合吊運人工安裝，由外向里逐段架設棧橋，棧橋兩端頭施工：在橋兩端頭下面各墊一根規格尺寸為（1.05 m×0.4 m×0.35 m）方木支撐，棧橋中間使用2 T液壓千斤頂支撐，棧橋橋頭使用片石、石粉及石子充填密實并采用5%的縱坡與便道順接。確保施工車輛正常運行及交通運輸安全。

棧橋的使用，使施工可以采取流水方式作業，既不影響迎頭正常作業及車輛的運行，又不影響巷道底板鋼筋混凝土澆筑，最大限度的節省了工期，降低了生產成本。

4 處理技術

隧道穿越公路、河道長度為74.7 m，隧道頂距上方公路面約12.1 m，距河道約5 m，大部分為回填土，巷道進口掘進6～8 m處遇到河床及夾砂層，滲水量較大。根據設計提供的勘探資料表明，本層土無膨脹性，不規則地夾有層狀鈣質結核，厚度在0.1～3.0 m之間，土石工程分級為III級硬土，隧道圍巖級別分類為IV級。若按原設計施工，隧道可能出現較大安全事故，存在嚴重安全隱患，為了保證隧道穿越公路、河道施工安全，確保工程質量，決定采用Φ108 mm管棚注漿超前支護，再按原設計進行支護，原設計砌碹砼增加防水措施，并對河床進行加固處理。

4.1 河床處理技術

在巷道掘進之前，提前做好河床的處理，具體處理方法為：先實際測量河道的標高與巷道頂部的最淺距離約5 m，根據現場實際情況確定封堵河道的寬度為24.5 m（河道內側水流寬度約3.5 m，外側為干河床），兩側砌筑3 m高擋墻，擋墻采用C20片石砼澆筑，其長度與河道寬度相等。在擋墻中間用2臺（1臺備用）抽水泵進行24 h抽排水，確保擋墻封閉范圍內無積水。根據河道水流量在河道內側用3根Φ800 mm雙壁波紋管引排水，且在擋墻頂部以下800 mm處再增設3根Φ800雙壁波紋管，作為應急排洪管道。清除擋墻內淤泥，用C20砼硬化，保證雨水不侵入巷道。河道下方巷道內砌碹砼澆筑完成后，拆除擋墻，恢復河道正常流水。

4.2 穿越公路、河道施工技術

先采用Φ108 mm的熱軋無縫地質鋼管進行超前支護，管壁厚度為8.0 mm，沿拱頂環向布設間距為300 mm，最長15 m，最短9 m，搭接長度為3 m。安裝好大管棚后開始對孔內注雙液漿。然后按原設計架設I18工字鋼，間距由600 mm調整為500 mm，連接筋用Φ16 mm圓鋼，共計8根，雙層鋼筋網片全斷面布設，噴射C25砼，厚度為230 mm。襯砌采用C30鋼筋防水混凝土，襯砌鋼筋為Φ20 mm螺紋鋼筋，環縱向間距為250 mm，襯砌厚度為300 mm。底板鋪設毛石砂漿墊層+鋼筋混凝土，由于底板滲水，增加500 mm厚毛石砂漿墊層。

4.3 砌碹砼防水處理技術

在隧道初期支護和二次襯砌之間鋪設1.2 mm厚EVA防水板+300 g/m2無紡土工布，采用無釘工藝鋪設；二次襯砌采用分區防水，即一模二次襯砌分為一個防水分區，施工縫和沉降縫處用背貼式止水帶。遇到明顯滲水處加設SH-50半圓彈簧透水軟管環向布設，次管設置在防水層內側10 m一根，滲水明顯時，增加2根，右側（無水溝）滲水由底部出水孔排出，砼底板設置橫向3‰的橫坡，經橫向水溝排向主水溝，左側滲水直接排入主水溝。

采用此施工技術使穿越公路、河道段得以安全通過，且保證了施工質量，成為公路隧道施工工藝在黃土層煤礦隧道運用上的一個成功案例，也使得本項目在后來的變更結算中得到了較好的經濟效益。

5 施工技術

由于隧道穿越砂礫石層，且受到連日瀑雨影響，迎頭突水前后發生四次大面積坍塌，后經確定坍塌處上部為沖溝過水層，該段沖溝與隧道頂標高相差40 m，坍塌最大面積為高×寬×長=12 m×6.9 m×5 m。為防止進一步坍塌及確保施工安全和質量，采取對整個坍塌段進行灌注C30砼后進行強支護方式施工，且對坍塌后方3 m已支護段由于受坍塌應力的影響作加強支護處理，同時加強監控測量。

5.1 加強段施工技術

對由于受坍塌應力作用影響段進行加強支護，首先進行打孔回填固結注漿，注漿固結后再次架立工字鋼架網噴強支護。

對3 m變形段施作Φ42 mm小導管作為注漿孔，布孔間距為1.2×1.2 m，呈梅花型布設，孔深0.6 m，外露0.2 m作注漿使用，注雙液漿時隔孔進行。注漿參數：水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0.5；水泥漿水灰比1∶1；水泥為425#普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度35波美度，水玻璃模數2.4～2.8；用篩子控制粒徑，砂的粒徑為1.0 mm。

具體操作：Φ42 mm排管打好后即對孔內進行注漿，采用BW-250/50液壓注漿機將雙液漿注入Φ42 mm排管內，初壓0.2～0.5 MPa，終壓1 MPa，持壓10 min后停止注漿。若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，直至符合注漿質量標準，確保周圍土體孔隙漿液充填密實，方可終止注漿。由于該段受坍塌應力作用變形較大，原架設的工字鋼不能滿足安全要求，因此沿支護斷面再次架立I18工字鋼架，間距為500 mm，且采用I18工字鋼橫向連接，環向間距1.5 m，同時鋪設雙層∮6.0@100×100 cm的鋼筋網片，噴射C20砼，厚200 mm。工字鋼架底腳縱向設底梁，同時每榀工字鋼架橫向設支撐梁，均采用I18工字鋼，采用焊接方式，使支護閉合成環，形成強支護。鋼支架兩側增加4組

（Φ42 mm×3.5 m）鎖腳排管，共計8根。將原設計的300 mm毛石砂漿墊層調整為500 mm，并緊跟工作面。

5.2 坍塌段施工技術

對坍塌段頂部第一榀工字鋼處開兩孔，查看坍塌段空腔部分，利于灌注砼及Φ76 mm鋼管施工。用架設的第一榀工字鋼架作為導向工字鋼架，沿180 ？觷布設Φ76 mm×15 m超前鋼管，環向間距為300 mm，同時對迎頭坍塌體打Φ42 mm×3.5 m注漿管，間距為1.2 m×1.2 m呈梅花型布設。將原設計Φ42 mm×3.0 m超前排管環向間距300 mm調整為200 mm。對Φ76 mm鋼管及原設計Φ42 mm超前排管注雙液漿，坍塌體Φ42 mm排管注水泥漿，注漿時隔孔進行，注漿方法同上。沿坍塌邊線處第一榀拱架頂部開孔，拱頂預留輸送管道，采用泵送砼入模，整體砼厚度為2 m，采用分層澆筑，第一次依據現場情況澆筑厚度約500～800 mm，待砼初凝后，再依次進行達到設計厚度。預留核心土機械輔助人工的方式進行開挖，開挖循環進尺≤0.6 m，由于迎頭固結灌漿長度為3.5 m，為確保施工安全，注漿循環進尺1.5 m，保證前方注漿巖柱≥2.0 m。工字鋼支護方式同加強段，設縱向底梁和橫向支撐梁。為保證施工過程中的安全及預防后期由于塌方應力作用引起變形，在拱腳兩側部位增設4組Φ42 mm鎖腳排管，與拱架焊接成整體，防止拱架下沉及收縮。將原設計的300 mm毛石砂漿墊層調整為500 mm，同時將原設計的200 mm單層鋼筋砼調整為300 mm雙層鋼筋砼，根據現場情況盡可能緊跟工作面。由于坍塌產生應力作用，待坍塌段施工完成后，應過渡5 m作為應力變化加強段，支護參數同塌方段，迎頭采用2臺17.5 kW/h泥漿泵將積水排至洞外。

采用此施工技術使坍塌段得以安全通過，并得到了甲方的肯定，進一步增強了甲方對我部施工技術的信任，批復的定額也使項目在后來的變更結算上得到了很大的經濟效益。

6 結 語

針對黃土狀粉質粘土這一特殊地質環境條件，利用本隧道實踐積累的施工經驗，使用大型機械少，投入設備簡單，只要采用方法得當，可以合理的借鑒相近的施工技術，不斷地進行創新和完善，這對自身既是一種探索，也是一種經驗的積累，不僅能取得施工技術上的進步還為項目贏得了最大的經濟利益，為中等斷面黃土隧道的施工提供了可資借鑒的經驗。

參考文獻：

[1] 毛金龍，淺談黃土隧道施工方法[J].科技信息，2008，（20）.

[2] 龔成術，淺談大斷面黃土隧道開挖法[J].鐵路建設技術，2009，（6）.

[3] 杜樂樂，山西黃土隧道施工技術的探索[J].山西建筑，2012，13）.