黃土隧道快速施工技術

白 洪 星

(中鐵十七局集團有限公司，山西 太原 030006)

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黃土隧道快速施工技術

白 洪 星

(中鐵十七局集團有限公司，山西 太原 030006)

以石樓隧道為工程背景，介紹了黃土隧道快速施工的工藝特點，從施工人員及機械配置、超前地質預報、黃土地質處理、通風及排水等方面，闡述了黃土隧道的快速施工技術，為類似工程施工積累了經驗。

隧道，黃土地質，超前地質預報，通風，排水

1 工程背景

1.1 隧道總體設計

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與臨汾市隰縣境內，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252 m，最小埋深約為10 m。

本隧道為單洞雙線隧道，直線段線間距為4.0 m。隧道進口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長12 810 m。

隧道Ⅲ級圍巖段長3 400 m，Ⅳ級圍巖段長8 750 m，Ⅴ級圍巖段長660 m，分別占隧道全長的27%，68%，5%。

1.2 隧道工程地質條件

地貌：本隧道位于呂梁山西坡，黃河左岸黃土梁峁區，地形起伏較大，沖溝發育。海拔高程1 055 m～1 297 m，相對高差10 m～252 m。隧道山頂有深切沖溝，溝底距洞頂3.27 m～97 m。隧道進口端與出口端均處于黃土與第三系粘土分界處。

水文特征：隧道區地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，賦存于第四系老黃土、第三系粉質粘土及三疊系中統二馬營組砂巖、泥巖裂隙及風化層中。

1.3 隧道襯砌結構設計

1)洞身二次襯砌結構設計參數見表1。

表1 洞身二次襯砌結構設計參數 cm

2)初期支護設計參數見表2。

2 施工方法及工藝

通常黃土隧道施工多采用雙側壁導坑法，此方法最大的特點就是安全，但工序繁瑣，進度緩慢，不適合長大隧道施工，為保證施工安全，又不影響施工工期，所以我們采用三臺階七步法施工。三臺階七步法分上中下三個臺階七個作業面,三臺階七步法的特點：一是施工空間大，可以多個作業面平行作業；二是中下臺階左右錯開開挖，有利于作業面的穩定；三是當圍巖有變形時，可以很快調整閉合時間。

3 機械設備選用及電力配置

3.1 機械設備選用

表2 初期支護設計參數

根據施工能力和工作量，單個工作面主要機械配備表如表3所示。

表3 單個作業面施工機械配備表

3.2 洞內照明

長大隧道超過1 000 m，由于供電距離過長，電壓損失過大。所以我們在石樓隧道出口設一臺630 kW變壓器，在淺埋段(也就是進洞1.2 km處)設一臺315 kW變壓器供洞內施工用電；4號斜井洞外設一臺1 000 kW變壓器，洞內設一臺315 kW移動式變壓器，保證施工正常用電。

4 施工人員配置與管理

由于黃土隧道開挖進尺短，人員安排多了又浪費，安排少了不能正常施工，人員配置很重要，通過一年多的實踐，總結出比較理想的人員配置表(見表4)。

表4 單工作面人員配備表

5 超前地質預報及監控量測

5.1 超前地質預報

采用TRT6000地質超前預報系統，利用地震波的反射原理進行地質預報。

5.2 監控量測

在石樓隧道監控量測中結合實際施工情況，水平收斂采用了收斂儀器測圍巖的水平變化，拱頂下沉采用了全站儀免棱鏡激光量測。石樓隧道屬于Ⅳ級和Ⅴ級圍巖交替。Ⅴ級圍巖按里程10 m布置一個量測斷面，Ⅳ級按5 m布置一個量測斷面，地下水量大圍巖增設量測斷面。

6 特殊黃土地質施工方法

6.1 淺埋地段施工方法

石樓隧道其中DK232+990～DK232+920段位于一個溝谷內，由于當地水土流失嚴重，當地政府在溝谷下游修筑攔沙壩積淤造田，因此溝谷內常年積水，形成較厚淤積層，地質鉆探揭示表層50 cm為積淤層，中間1 m～2 m為卵石層，下層為粉質粘土，含水量豐富，地質情況如圖1所示。

6.2 富水地段施工方法

石樓隧道出口4號斜井雖為土質隧道，隨著隧道掘進，含量逐漸加大。根據設計勘查，土體中含水主要為孔隙潛水和裂隙水，在最初開挖時無肉眼可見的滴、滲水，但土體相對濕潤，隨著時間推移，在初噴以前，滲水由滴水狀變為線狀水，最后出現大面積滲水，如圖2，圖3所示。

開挖過程中出現不同程度的掉塊，掌子面有時出現大面積掉塊，最初設計均為Ⅳ級圍巖，初支采用格柵拱架，間距1.2 m/榀，變形量較大，在DK233+380～DK233+352段，DK223+270～DK223+290段，DK231+430～DK231+395段，在初期支護完成后，均出現不同程度的拱部開裂，變形達到60 cm左右，甚至坍塌。造成事故的主要原因為土體內的含水引起了土體結構的改變，使土體間應力發生改變和重新分布，土體顆粒間的粘聚性大大降低，尤其在隧道開挖后引起斷面周邊土體出現松動圈，松動圈內的土體受水影響而產生的應力分布均勻或者重新改變，同時在土體應力隨時間逐步釋放的作用下，由于格柵拱架剛度不足，受不均勻力的作用，易發生變形，導致初支大變形。經專家討論研究采用Ⅴ級圍巖施工，格柵拱架更換為Ⅰ18工字鋼，間距調整為1 m/榀，目前施工正常，收斂在5 cm以內，未發現異常。

7 通風及排水方案

7.1 通風

隧道施工通風主要按長管路獨頭壓入式，利用風管對單獨掘進的工作面供風，通風系統簡單、穩定。在進、出口區以及斜井洞口各選配2臺2×55 kW軸流風機通風，風管直徑為160 cm。

高壓風采用洞外電動空壓機組成的壓風站集中供風方式，高壓風管直徑采用150 mm無縫鋼管，進洞后采用托架法安裝在邊墻上，沿隧道通長布置，高度以不影響仰拱施工為宜。

空壓機配備按洞內風動機械同時工作耗風量及管道漏風系數等計算。

Q=∑Q×(1+δ)×k×km。

其中，δ為安全系數，電動取0.3～0.5；k為空壓機本身磨損的修正系數，取1.05～1.10；km為不同海拔高度的修正系數，取1.14;∑Q為風動機具同時工作耗風量總和，∑Q=∑q×qn，qn為管道漏風系數，取1.15，同時工作的各種風動工具耗風量∑q=N×q×k1×k2，N為使用臺數，q為每臺耗風量，k1為同時工作系數，取0.85，k2為風動機磨損系數，取1.10。

根據計算所得總耗風量，在隧道進出口區及斜井區分別設一組4×40 m3/min高壓風站，供應洞內高壓用風。

7.2 排水

由于石樓隧道出口和4號斜井均為反坡掘進，所以采用機械接力式排水，洞內水流入集水井，用水泵將水抽出排至洞外污水處理池，洞內另一側水，利用過軌管線預留槽引入集水池內。正洞內500 m設一個集水池，集水池尺寸為2.5 m×2.5 m×1.5 m，見圖4。

出口淺埋段處排水采用地表排水及洞內排水相結合的方法排水。

8 結語

長大隧道的施工組織及施工方案的選擇，除考慮成本外，更重要的是如何保證隧道的安全快速施工。通過石樓隧道實踐證明，在組織施工的方案選擇上，考慮了不利因素，方案合理，可實施性強，為同類工程施工提供了經驗。

Fast construction technology of loose tunnel

Bai Hongxing

(China Railway 17th Bureau Group Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Taking Shilou tunnel as the engineering background, the paper introduces fast construction technology features of loose tunnel. Starting from aspects of construction staff and machine distribution, advance geology prediction, loose geology treatment, ventilation and drainage, it describes fast loose tunnel construction technologies, which has accumulated experience for similar engineering construction.

tunnel, loose geology, advance geology prediction, ventilation, drainage

1009-6825(2016)12-0142-03

2016-02-17

白洪星(1980- )，男，工程師

U455

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