黃土隧道的礦山法施工技術

■張華

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

黃土隧道的礦山法施工技術

■張華

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

在特殊條件下黃土形成了獨特的地形地貌，為了適應當前的交通需求，越來越多公路、鐵路特別是北方地區需要穿越黃土區，因此黃土隧道施工越來越多，本文主要基于工程實例，著重對黃土隧道施工技術的應用展開分析與探討，為類似黃土隧道施工積累了經驗。

黃土隧道施工技術

0　引言

隨著近年來我國社會經濟的快速發展，黃土地區的基礎設施建設方興未艾，工程建設也積累了不少技術經驗。以前的黃土隧道工程多數為單線，雙線僅為少數，加上受到人們認識的限制，有關黃土隧道設計與施工方面的研究比較少，因此有必要針對黃土隧道施工技術進行分析和研究。本文依托于蘭州至海口國家高速公路（G75）渭源至武都建設項目實際，重點對三岔隧道進口段洞身穿越黃土、卵礫石層及全風化泥質砂巖地層的各工序施工技術進行分析。

1　工程概況

擬建蘭州至海口國家高速公路（G75）渭源至武都建設項目WW2合同段兩階段施工圖設計階段三岔隧道工程，位于漳縣三岔鎮，隧道采用分離式，起訖樁號為K181+281（Z）/265（Y）～K182+630（Z）595（Y），隧道左線長1349m，右線長1330m。根據隧道洞口地形地質條件，進出口均采用端墻式洞門。隧道進口段 ZK181+281～421/ YK181+260～421，自然坡度39°，為溝谷的高級階地，穿越地層地質為：呈密實狀、大小混雜、土質不均的卵礫石層；黃土；呈褐紅色、僅保留泥質砂巖的結構、基本土化、且風化裂隙發育的全風化泥質砂巖。進口段采用TVb復合式襯砌按照礦山法原理設計，其設計參數主要為：開挖后采用10cm厚C25噴射砼支護封閉，架設縱向間距為60cm的I22a型鋼拱架，掛φ8間距為20cm×20cm的鋼筋網片并焊在拱架上，拱架立好后采用C30P6模筑混凝土一次襯砌50cm，仰拱設間距為60cm的I22a型鋼拱架，采用厚度為75cm的C30模筑砼，仰拱填充采用C15混凝土，鋪設防水板后澆筑C30P6二襯砼。

2　施工總體方案

按照本工程實際情況，首先，需要提前制定出先進合理的施工技術方案，超前謀劃。按照隧道工程地質情況將圍巖超前預監測工作做好，優化工序循環作業時間，制定合理施工步距，加強工序的銜接，以保證高效優質的將施工任務完成。其次，應將準備工作中的關鍵抓好，盡快布置修建臨時工程，將洞頂截水溝和洞口的路塹土石方的開挖與平整場地有機地結合起來，為隧道的早日進洞創造條件，以減少施工干擾，同時還要將洞口排水分流工作做好，利用多級泵站加強洞內反坡排水，污水經過處理達標以后才能排放。第三，按照施工條件，由于出口連接煙坡溝2#橋，同時邊坡陡峭，進洞存在很大困難，因此考慮從進口進洞，明洞施工采用自上而下分層開挖，遇中硬巖時，輔以淺孔松動爆破。第四，Ⅴ級圍巖段采用環形開挖預留核心土法施工，Ⅳ級圍巖段上下臺階法施工，Ⅲ級級圍巖段采用全斷面法掘進。挖掘機安全找頂，施工通風采用壓入式通風。出碴采用無軌運輸。實施新奧法“光面爆破技術、噴錨支護技術、圍巖變形量測技術”三大技術，注重圍巖少攏動，避免超欠挖，按照現場監控量測結果及時修正設計參數，調整施工方案和指導施工。第五，仰拱及二次襯砌砼：洞身防水板在隧道外拼焊成大塊板，采用充氣法檢查焊縫強度等指標后，移動式工作臺車安裝。二次襯砌采用12m長全液壓整體式模板襯砌臺車澆筑。砼采用輸送泵泵送入模。車行、人行橫洞與正洞同時進行開挖與襯砌。路面混凝土和其它附屬工程采用集中時間，機械化流水作業，一次施工，一次成優。

隧道開挖必須在管棚支護完成后進行，施工嚴格按照“短進尺、短臺階、強支護、早成環、緊二襯”的原則進行。由于洞口淺埋黃土地層圍巖條件差，需嚴格按要求施工過程中的各項監控量測，控制各交錯工序的開挖長度和循環進尺，嚴格按要求施工鎖腳錨管、拱腳，仰拱及二襯需及時跟進，嚴格控制超挖，尤其掘進方向的超挖，確保鋼拱架緊貼掌子面和圍巖。

3　黃土隧道施工技術的實際應用

3.1洞口工程施工

首先，應認真將邊坡放樣工作做好，利用人工方式進行截水溝施工將洞外截水溝做好，然后進行洞口邊仰坡土方開挖，詳細觀察好仰坡頂的危石情況，利用漿砌片石進行危石加固，避免出現雨水滲透等問題的出現；其次，利用明挖法對洞口及明洞土石方進行施工，以挖掘機開挖為主，個別地方利用弱爆破開挖，充分保證山體的穩定性，避免對周邊環境帶來不利影響；第三，洞口開挖以后，按照設計要求邊仰坡利用噴錨掛網支護方式，充分保證邊坡的穩定性。第四，邊仰坡開挖支護基本穩定同時主洞開挖達到30m以后。

采用超前管棚支護的輔助施工措施，完成管棚注漿施工后，在管棚支護體系保護下安全進洞。管棚設計37根，每根2m，套拱為C30砼，長度為2m。采用C30砼套拱作超前管棚導向墻，洞口開挖至拱腰標高時，先停止開挖，整平地面后，在其上搭設管棚施工平臺，要求鉆機平臺搭設牢固，以利安固鉆機，防止施工鉆時產生不均勻下沉、搖擺，位移或傾斜而影響鉆孔質量。在洞口襯砌拱圈背部外做管棚套拱。在套拱內設置φ127×4.0mm的孔口管作為管棚的導向管，其間距按管棚設計間距布設，導向管定位用經緯儀測定，確保其角度、方向與設計一致。管棚鋼管采用φ108熱軋無縫鋼管制作，節長分為3.0m和6.0m兩種，用絲扣聯接，交錯聯接絲扣長度不小于150mm。管棚施工采用XY-28-300電動鉆機鉆孔頂管；BW-250/50型注漿泵注漿。

3.2洞身開挖及噴射砼封閉開挖面

隧道開挖采用挖掘機輔以開挖臺車，嚴禁爆破開挖，開挖采用短臺階法，拱頂弧形導坑一次開挖2～3榀鋼拱架間距，不得大于3榀；下臺階左、右導坑交錯開挖，每次開挖長度以3～4榀鋼拱架控制，不得大于4榀；左右導坑交錯2～3m。

按設計及預留量開挖完成后即采用濕噴機進行C25噴射砼的支護封閉施工，噴射砼厚度為10cm，進行噴射砼施工時要特別注意施工安全。

3.3I22a型鋼架施工與網片的架設

將I型鋼拱架、格柵鋼架運輸到洞內進行安裝，和錨桿連接成整體，格柵拱架間設縱向連接筋和定位聯系筋，拱架間以噴射砼填平。拱架拱腳必須放在牢固的基礎上，架立時垂直于隧道中線。嚴格按照設計圖放大樣，放樣過程中需留有刨邊、切割等加工余量，主鋼筋或I型鋼需冷彎成型，按照設計圖配置鋼拱架的加強筋與主筋，焊接加強筋與主筋時注意兩邊應對稱，避免出現變形問題，完成焊接以后應將焊渣及時清理好，按照驗收規范要求對焊接質量進行檢查。為了可以牢固的將鋼拱架置于穩定地基上，鋼拱架基腳部位需要預留15～20cm原地基，并在基腳位置上設置高強砼墊塊，以增強基層承載力。鋼拱架采用I22a型工字鋼，縱向間距為60cm，段與段之間采用高強螺栓連接，縱向采用22螺紋鋼筋連接，長度0.8m，環向間距為1.0m，支撐均采用雙面焊接。在上導及下導設計位置施打R32自進式注漿鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與豎直方向呈30～45°斜向下打入圍巖。鎖腳錨桿設置于鋼拱架兩側，采用角焊縫形式堆焊連接，采用22螺紋鋼筋包裹拱架翼緣焊接固定為一體。

鋼拱架安裝完成后進行鋼筋網片的架設安裝。鋼筋網片的加工采用鋼筋焊網機，采用電阻網，避免了鋼筋的燒傷，確保了鋼筋網的間距和焊接質量。

3.4模筑一次襯砌砼施工

上下導完成鋼拱架及噴射砼的支護施工后，即進行模筑一次襯砌砼的施工。一次襯砌砼采用50cm厚的C30P6模筑砼，一襯砼臺車為兩塊1.5m的模板，每循環一襯砌砼長度為2.8m，每當完成累計掘進8榀鋼拱架長度時，完成2.8m的一襯砼模筑施工，預留2m左右的開挖搭接施工長度。

3.5二次襯砌施工

首先，在準備階段，完成圍巖開挖以后，經過監控量測，在圍巖收斂變形基本上穩定之后進行二襯施工，在襯砌之前鋪設土工布、防水板，設置好各種預埋件和管洞，布設好鋼筋，工作縫施工期間應將止水帶安設工作做好，此外，襯砌之前還需要將以下工作做好：（1）復測隧道中線、高程、斷面尺寸和凈空尺寸；（2）檢查防水板安裝質量，檢查和檢修襯砌臺車質量；（3）臺車就位后，對其安裝位置、模板及其相關空間尺寸進行詳細檢查；（4）檢查砼配合料數量、質量、配合比設計等；（5）檢修好混凝土配制、運輸等各種機械設備，進行試運轉；（6）安裝組合式鋼模板第一次澆筑仰拱、邊墻基礎，第二次澆筑邊墻、拱部砼。

3.6仰拱砼及填充施工

該隧道進口段設有仰拱，及時施作，使支護結構早閉合，改善圍巖受力狀況。控制圍巖變形，保障施工及結構安全。仰拱開挖采用全斷面一次開挖成型，采用長度9m鋼棧橋跨越封閉施工，每次施工長度3～5m。仰拱開挖完成后，按設計要求鋪設鋼拱架并及高強螺栓連接，以確保與邊墻拱架的連接質量。上臺階掌子面超前15～25m后，開挖仰拱，一次開挖長度為3-4榀鋼架，修整至設計輪廓后及時架立鋼拱架，進行仰拱襯砌和邊墻一次襯砌，仰拱封閉成環段距離掌子面20～30m，不得大于30m。為了保證仰拱的幾何尺寸，端頭采用定型鋼模板支架，兩側采用弧形移動模架。

4　小結

綜上所述，黃土隧道施工是一個全新的研究方向，本文結合工程實例針對部分內容進行了分析和研究，在很多方面都需要進一步完善。在施工實踐的基礎上，在黃土隧道施工技術上還有很多方面有待改善和發展，例如黃土隧道Ⅴ級圍巖段設計通常采用CD、CRD及雙側壁導坑法，這些方法均要求橫撐緊跟開挖面，智能利用小型挖掘機施工，根本不能發揮出機械化的施工優勢，橫撐拆除又費時費力，因此可以利用臺階法，采用雙層初期支護、襯砌緊跟的施工方法，以充分保證隧道施工的順利開展。

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［5］渭源至武都高速公路第2合同段《兩階段施工設計圖紙》.