談大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)

孔 祥 宇

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130031)

談大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)

孔 祥 宇

(中鐵十二局集團(tuán)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130031)

以鄭西客運(yùn)專線施工工程為背景，分析了大斷面黃土隧道的變形特征及穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)，主要對(duì)留核心土臺(tái)階法、新意法、預(yù)切槽法三種大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)進(jìn)行了闡述，以確保隧道工程的施工質(zhì)量。

大斷面，黃土隧道，快速施工技術(shù)，穩(wěn)定性

0 引言

大斷面黃土隧道施工技術(shù)在當(dāng)前的建筑工程中，特別是隧道工程施工中屬于一個(gè)重難點(diǎn)，它的施工技術(shù)和施工方法具有一定的復(fù)雜性和專業(yè)性，需要專業(yè)的施工技術(shù)人員做現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，以確保施工活動(dòng)的順利進(jìn)行。下文以鄭西客運(yùn)專線的施工工程為例，闡述了快速施工方法在工程應(yīng)用中的施工工藝和施工要點(diǎn)。

1 工程案例

鄭西客運(yùn)專線總的長(zhǎng)度為460 km左右，其中隧道所占長(zhǎng)度為55 km左右。隧道的土質(zhì)大多屬于黃土，這就造成隧道施工過(guò)程中施工難度的增加，導(dǎo)致施工進(jìn)程緩慢，并伴有很大的安全隱患。從現(xiàn)階段我國(guó)在此方面的施工狀況來(lái)看，還沒(méi)有形成一個(gè)較為系統(tǒng)、合理、成熟的施工理論體系，仍存在著很多的不足之處。工程中隧道開挖的斷面面積最高達(dá)到了170 m2，開挖的寬度最大為16 m，黃土的含水量在10%～30%之間，隧道的埋深在0 m～220 m。那么施工人員依據(jù)大斷面黃土隧道施工的特殊性，并考慮施工的安全性、施工進(jìn)程以及工程成本的要素，確定最終的施工方法采用雙側(cè)壁、CRD等側(cè)壁導(dǎo)坑法，對(duì)于深埋段采取相應(yīng)的弧形導(dǎo)坑法。

2 大斷面黃土隧道的變形特性以及穩(wěn)定性技術(shù)的分析

鄭西客運(yùn)專線在施工期間，對(duì)于大斷面黃土隧道的施工，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采用了五種方法對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證計(jì)算，對(duì)其變形特性和穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵所在進(jìn)行了探討分析[1](五種方法分別是：CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、留核心土臺(tái)階法、雙層支護(hù)和留核心土臺(tái)階法相融合法)。

2.1 大斷面黃土隧道的主要變形特性

1)凈空位移中垂直位移較為顯著。大多數(shù)的圍巖鐵路雙線隧道的凈空位移是平行式的，而大斷面黃土隧道凈空位移是具有垂直位移特性的，并且各個(gè)施工方法的拱部下沉和水平收斂之間的比例都大于1。然而，該比例與埋深之間成反比關(guān)系，埋深越大，比例就越小。采用臺(tái)階法進(jìn)行深埋時(shí)，比值會(huì)接近于1，埋深小于1倍時(shí)進(jìn)行隧道開挖，這個(gè)比值會(huì)大于4以上；而其他的雙側(cè)壁、CRD以及CD法可以在同一埋深條件下，保證拱部下沉和水平收斂比平均在1左右。

2)凈空位移受到初期支護(hù)和封閉距離的影響。初期支護(hù)是否處于封閉成環(huán)以及封閉時(shí)距離掌子面對(duì)隧道凈空位移的影響十分明顯。經(jīng)過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)可以看出，凈空位移一般是在支護(hù)封閉之前發(fā)生的，一旦其處于封閉狀態(tài)它的位移變化就越穩(wěn)定。臺(tái)階法拱部下沉在初期支護(hù)封閉前可以達(dá)到總下沉的90%，并且下沉大小和仰拱封閉距離之間是正相關(guān)的關(guān)系；而對(duì)于側(cè)壁導(dǎo)坑法來(lái)說(shuō)，雙側(cè)壁先行導(dǎo)坑底撐及時(shí)封閉后方可開挖后行導(dǎo)坑，這樣可以使拱頂下沉減少30%；CD法在應(yīng)用時(shí)，在先行導(dǎo)坑沒(méi)有處于封閉的情況下開挖后行導(dǎo)坑時(shí)造成中壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

3)掌子面前方預(yù)收斂變形。在實(shí)際的地表沉降測(cè)試中，可以獲得精確的數(shù)據(jù)信息。通過(guò)對(duì)這些信息的分析，掌子面到達(dá)前，地表沉降可以達(dá)到沉降的15%左右；經(jīng)過(guò)對(duì)斜孔的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)掌子面到達(dá)前邊墻范圍地中水平位移可以達(dá)到總位移的25%左右；另外，可以通過(guò)全站儀器觀測(cè)而得到臺(tái)階法上臺(tái)階掌子面縱向擠出位移約15 mm，一般是在開挖后2 h之內(nèi)產(chǎn)生。

2.2 大斷面黃土隧道穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)分析

1)開挖面穩(wěn)定性。這主要是因?yàn)辄S土的垂直節(jié)理和裸露開挖面的長(zhǎng)期缺水和風(fēng)化導(dǎo)致的，工程在開挖大斷面時(shí)掌子面和拱部開挖面很容易失穩(wěn)，缺少穩(wěn)固性。

2)拱部整體下沉。它主要是因?yàn)辄S土隧道拱腳的承載力較弱造成，并且會(huì)受到開挖工序的影響，這是最主要的誘發(fā)因素。在一些較新的黃土土層中，這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間很快，并且與埋深有密切的關(guān)系，埋深越淺控制難度就越大[3]。

3 大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)

3.1 礦山法方案——留核心土臺(tái)階法

從目前我國(guó)這方面的施工來(lái)看，這種方法是隧道建設(shè)中采用最廣泛的一種，其涉及到全斷面法、臺(tái)階法以及側(cè)壁導(dǎo)坑法三者。

鄭西客運(yùn)專線在施工期間，采用快速施工技術(shù)取得了顯著的成效，施工的安全可靠性得到了控制。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，要控制拱部整體下沉，臺(tái)階法采取了一系列的防護(hù)措施，但是根據(jù)實(shí)際的測(cè)試來(lái)看，它的開挖對(duì)黃土擾動(dòng)性較大，對(duì)于地層沉降變形的控制還有很大的不足。

3.2 新意法

這種方法的工作原理主要是借助于對(duì)隧道掌子面超前核心圍巖的勘察和測(cè)量，對(duì)圍巖的應(yīng)力應(yīng)變形態(tài)進(jìn)行及時(shí)的預(yù)報(bào)，并實(shí)時(shí)的把握隧道開挖后穩(wěn)定、暫時(shí)穩(wěn)定以及不穩(wěn)定的狀態(tài)把圍巖劃分為三種有針對(duì)性的類型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信息化的設(shè)計(jì)和施工，以保證隧道可以安全順利的穿越不同的地層，并實(shí)現(xiàn)全斷面開挖的一種隧道設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)。

新意法的適用范圍十分廣泛，可以在地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜的條件下實(shí)現(xiàn)全斷面的機(jī)械化施工，可以對(duì)隧道的變形進(jìn)行有效的控制，具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。依據(jù)于我國(guó)的地域特征，它一般是在地層較為復(fù)雜和軟弱的地區(qū)，大斷面黃土隧道在含水量不高的地段，它的穩(wěn)定狀態(tài)是暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)，只需要對(duì)掌子面進(jìn)行適當(dāng)?shù)某凹庸叹涂梢粤耍绻呛枯^高的黃土層或者是對(duì)變形有嚴(yán)格控制的地段，就要選擇這一方法進(jìn)行施工[4]。

3.3 預(yù)切槽法

這種方法就是在進(jìn)行隧道開挖工序之前，要利用一種特殊的鏈?zhǔn)綑C(jī)械切刀在隧道周邊切出一個(gè)窄槽，與此同時(shí)，采用和切刀一體化的混凝土灌注設(shè)備把混凝土順利的注入，這樣就可以形成一個(gè)具有連續(xù)性的混凝土殼體。如果混凝土的拱殼強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，要在殼體的保護(hù)作用下開始開挖、運(yùn)輸渣土、防排水以及二次襯砌等的施工流程。我們通過(guò)在實(shí)際的應(yīng)用中可以總結(jié)出它的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

1)施工中的預(yù)切槽設(shè)備，它的作用就是可以大大降低對(duì)周圍巖石的干擾，減少地層應(yīng)力的有效釋放，對(duì)拱頂起到控制作用。

2)隧道的橫向和縱向結(jié)構(gòu)可以形成一個(gè)連續(xù)的空間拱形結(jié)構(gòu)，其他的一些后續(xù)施工環(huán)節(jié)要在連續(xù)拱殼保護(hù)下進(jìn)行，這樣做的目的是可以確保施工人員的安全。

3)在進(jìn)行這種施工技術(shù)時(shí)，預(yù)切槽和灌注混凝土要采用機(jī)械施工的方式，并保證施工進(jìn)程的一致性，這樣可以有效的減少施工中開挖環(huán)節(jié)出現(xiàn)超挖和短挖的現(xiàn)象，更加有利于施工單位加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。

4)這種方法還具有超前支護(hù)、施工支護(hù)以及永久支護(hù)等的功能，可以在很大程度上代替超前小導(dǎo)管、錨桿等的支護(hù)設(shè)備，并且成本也不是很高。

這種施工技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)用較為廣泛，屬于一種新型的施工方法，對(duì)于施工建設(shè)單位來(lái)說(shuō)，可以將其作為大斷面黃土隧道快速施工的一種方法，但是，它在實(shí)際的工程應(yīng)用中還存在著一些技術(shù)上的問(wèn)題，需要研究工作者對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化改善，例如對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑工程類型的不斷增多，大斷面黃土隧道工程的施工逐漸得到了廣泛的重視。由于大斷面黃土隧道施工的特殊性并結(jié)合實(shí)際的工程案例，它會(huì)對(duì)工程施工的進(jìn)度和質(zhì)量帶來(lái)一定的不利影響，傳統(tǒng)的隧道施工方法存在著施工強(qiáng)度較大、施工環(huán)境較差等的不足之處，這在大斷面黃土隧道工程中表現(xiàn)更為明顯，當(dāng)前很多新型快速的施工技術(shù)雖然在實(shí)際應(yīng)用中有很大的成效，但是也存在著一些不足之處，需要在時(shí)代的發(fā)展要求下進(jìn)行創(chuàng)新和完善，以促進(jìn)隧道工程施工的高質(zhì)高量。

[1] 王新東.淺埋大斷面黃土隧道安全快速施工方案探討[J].鐵道建筑技術(shù),2012(5):86-90.

[2] 王星宇,孫佰平.淺埋富水地段黃土隧道快速施工技術(shù)[J].吉林交通科技,2010(3):41-44.

[3] 陳雙秦.大斷面黃土隧道施工技術(shù)[J].中華建設(shè),2014(4):152-153.

[4] 石 磊,侯小軍,武進(jìn)廣.大斷面黃土隧道施工工法研究[J].隧道建設(shè),2013(3):173-178.

Rapid construction technology of large section loess tunnel

Kong Xiangyu

(ChinaRailwayTwelveBureauGroupCo.,Ltd,Changchun130031,China)

Taking Zheng-Xi passenger-special railway line construction engineering as the background, the paper analyzes key points of deformation properties and stability technology of large-section loose tunnel, and mainly illustrates three kinds of large-section loose tunnel fast-construction technologies of core-step-leaving method, ADECO-RS approach and pre-cutting method, with a view to guarantee tunnel engineering construction quality.

large-section, loose tunnel, fast construction technology, stability

1009-6825(2015)30-0165-02

2015-08-16

孔祥宇(1986- )，男，助理工程師

U455

A