黃土隧道施工中的安全控制要點及處治措施

任 愛 林

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著經濟的發展，我國的高速公路建設也進入了高潮，特別是中西部地區的高速公路建設勢頭迅猛。西北地區是我國最主要的黃土分布區。在高速公路建設中，隧道穿越黃土層，具有極大的施工風險，坍塌事故時有發生，極易造成重大損失。

我省(山西)是我國黃土的主要分布區之一。在我省的高速公路建設中，大斷面、超大斷面的黃土隧道相繼涌現，施工風險極大。黃土隧道施工安全是一個復雜的系統工程，科學有效的進行隧道施工工序控制，重視隧道施工中的質量及安全管理，是進行黃土隧道施工的一個技術重點。

1 黃土隧道

黃土屬于特殊土的一種。黃土顆粒成分以粉粒為主，強度低，遇水易軟化或濕陷。黃土表層多具有濕陷性，對工程建設影響很大。在黃土隧道洞體施工中，采取有效的支護措施是確保施工安全的關鍵。

修建于黃土體內的隧道稱為黃土隧道。在黃土隧道施工中，進行的洞體斷面開挖，不可避免形成了黃土層的擾動，塌方在支護缺陷的影響下就會形成。在高速公路建設中，黃土隧道施工中易發生洞內坍塌和地表沉陷等問題。新黃土一般覆蓋在老黃土之上，呈松散結構狀，垂直節理面上易形成豎向軟弱層。老黃土顆粒間的孔隙經過地質嚴密積壓而不具有濕陷性，土體承載力與地應力相比較低，塑性變形特別容易發生，當土體蠕變過大時容易導致塌方的形成。

黃土土質松軟、承載力低，且黃土變形具有突變性、非連續性和不可逆性。黃土隧道施工風險非常大，特別是洞體支護不足時，出現施工安全問題就不可避免。做好黃土隧道施工中的安全控制，可有效確保隧道施工的安全快速。

2 安全控制要點

黃土隧道施工是一項復雜的施工工藝。常用的黃土隧道開挖有弧形導坑法、雙側壁導坑法、CRD導坑法等。做好施工中的開挖、支護、防排水、仰拱等安全控制要點，重視隧道施工現場管理，對保證隧道施工質量和安全具有積極意義。

2.1 施工前準備

主要是要進行圖紙核對及地質條件、地形地貌復核。

在開工前，測量人員須記錄對隧道地處部位地形地貌進行的詳細勘察結果。相關人員細致進行施工圖紙核對，保證存在的問題或疑問達到提前發現，提前解決的目的。

2.2 洞口施工

在進行洞口施工前，應先對洞口段是否處于偏壓、淺埋或者滑坡范圍內進行核對，還須注意進行洞口排水系統的完善有效。黃土隧道洞口大多處于黃土峁梁，橋隧相連，具有線位高、坡面陡的施工難題。對于在洞口開展明洞和橋臺施工困難的問題，須在設計中考慮采取多重有效的防護措施。

當在存在較大偏壓的洞口施工時，采取有效的減載和反壓或支擋措施須予以考慮，以使得開挖后的初期支護開裂或變形有效避免。

對于淺埋段的洞口施工，進洞位置須慎重考慮。一般使用“先縮后伸”的進洞方式較多，通過明暗交界部位的調整，根據施工現場的條件確保暗洞進洞后再及時施作明洞延長。

對于需要在滑坡體內進行洞口開挖作業的，應先鑒定滑坡體的成因和穩定性，根據鑒定結果采取合適有效的處治措施。

進行洞口的邊仰坡施工時，應嚴格按支護設計要求一次性支護到位，開挖作業自上而下一次到位。對于高邊坡的開挖，可通過預留一定寬度的臺階來確保土體穩定。為應對突發性大雨，還應設置足夠的防排水設施。

2.3 洞口段施工

洞口段施工會造成一次山體整體性的擾動。

為確保順利進洞，須按照“穩扎穩打”原則進行施工。在進洞施工中，為有效提高管棚超前支護效果，分短臺階分部開挖進行支護，仰拱作業及時在掌子面施工一定距離后進行。

對于洞口段設計有明洞的，明洞仰拱施工應首先施作完成后，須按設計要求在靠近洞口一定范圍內的暗洞仰拱施工應迅速施作完畢。同時，當隧道掌子面按設計要求完成開挖支護一定距離后，須使用二次襯砌臺車開始并完工洞口處第一組襯砌的施工。

2.4 洞體開挖

1)開挖方法。臺階法、三臺階七步開挖法和三臺階臨時仰拱等是最常用的黃土隧道洞體開挖方法，應根據施工現場實際情況合理選擇開挖方法。

為確保洞體穩定，施工中須采用短臺階，對于同一臺階同一斷面上出現同時開挖應嚴格禁止，要求同一臺階兩側開挖須錯開一定距離。

對于因圍巖情況變化需要進行轉換開挖方法的，須嚴格做好工藝轉變中的安全質量控制，對掌子面及時進行封閉施工尤其重要。

2)循環進尺和開挖步距。對各臺階的單次開挖循環進尺應進行嚴格的控制，上臺階按1榀～2榀拱架進行控制，中臺階及下臺階按2榀拱架以內進行控制。

對于采用三臺階或二臺階法進行洞體開挖時，臺階長度分別按5 m和10 m進行控制。

3)開挖方式。在隧道洞體開挖施工中，須采用人工配合機械的方式進行開挖。按設計要求進行機械開挖后，人工將預留的20 cm～30 cm開挖斷面修面至標準斷面。使用大型機械一次開挖到位應絕對予以禁止。

4)控制超挖，杜絕支護缺陷。在黃土隧道洞體開挖過程中，應密切關注開挖對圍巖的擾動，將機械對土體的擾動降至最低。還須進行開挖質量控制，嚴格控制超挖出現次數，及時進行欠挖的修整。

為確保施工安全，對發現的一定程度的超挖應及時進行修整。一般使用噴射混凝土填平，對用棄碴或片石回填的應嚴格禁止。

5)核心土。黃土隧道施工中，核心土具有隧道初期支護的效果，對約束掌子面和臺階底部的變形具有重要意義。

應進行核心土留置長度和寬度控制。在隧道設計的考慮因素中，核心土大小不能僅通過作業臺架的大小來考慮。

6)初期支護。支護設計參數應依據“寧強勿弱”的原則進行，施工中應嚴格按設計要求進行相應的支護施工。在隧道開挖后，須及時進行初期支護施作，及時封閉成環。

對鋼拱架成品做好出廠前的質量檢測，嚴格杜絕質量缺陷。在鋼拱架安裝時，應設專人對鋼架、錨桿等連接或錨固質量進行復核，重視邊墻錨桿安裝后的質量控制，對于腰部連接處質量應予以重點檢控。

7)淺埋地段處理。當隧道洞體穿過淺埋段時，在地形條件允許的前提下，采用地表處理法能有效確保施工作業安全。明挖、半明挖或蓋挖法是最常用的地表處理辦法。

8)圍巖變更。在洞體施工中，當存在圍巖分級交替現象變化頻繁時，應從圍巖較差地段向較好段延伸5 m～10 m。

大量的工程實踐表明，施工斷面突變是誘發塌方的一個重要因素，應給予重點關注斷面突變的情況，提前調整支護參數。常見的斷面突變有斜井向正洞開挖、下錨段開挖以及避車洞開挖等。

9)超前地質預報和監控量測。進行超前地質預報及監控量測是降低施工安全風險的一種新技術手段。嚴格按設計要求開展超前地質預報和監控量測，及時進行數據分析和預測，用于指導和優化現場施工工序。

2.5 隧道二襯

及時進行二襯施工是降低塌方風險的一種有效手段。

隧道洞體處于淺埋、偏壓及溝谷地段時，為減少暴露時間，應將開挖面與二襯間距離盡量縮短。在二襯施工中，應將圍巖較差段襯砌向較好段延伸5 m～10 m。

2.6 附屬洞室施工

隧道附屬的洞室進行的初期支護應與其他部位相同。除避車洞可與二襯施工同時進行外，其他洞室須在洞體二襯施工完畢后方可施作。

為避免完工后的洞室頂部出現裂紋，附屬洞室設置的鎖口格柵鋼架和超前小導管等支護施工須在二襯前完工。

2.7 人員培訓教育

培訓工作要從安全意識入手，加強管理制度教育，從工藝、工序、工法控制上下功夫，提高管理人員和施工作業人員的思想認識，從思想上杜絕和減少施工安全問題和質量隱患。

2.8 緊急救援

施工中要時刻做好應對各種險情和突發事件的準備。應根據施工現場實際情況進行合理的應急救援方案設計，開展進行多層次的應急救援演練，堅持做到“及時反應、有效救援”的目標，以切實提高風險管控能力。

3 施工注意事項

1)當黃土隧道因故須長時間停工時，隧道襯砌應施工至掌子面部位，同時濕噴混凝土封閉掌子面。停工期間不得間斷對洞體的監控量測。復工時，進行洞體沉降變形分析，對異常情況采取有效處治措施。

2)水對黃土的影響很大。應重視施工前的排水系統設計，避免水軟化黃土。

3)大量的工程實例表明，一些部位的黃土含水量顯著增加，圍巖強度降低明顯。主要是在地表有沖溝、新老黃土分界及土石分界處較為常見。在該部位施工時，應結合地質鉆探，提前采取預防措施。

4)施工作業須嚴格按照“重核對、先排水、短進尺、少擾動、早成環、勤量測、快襯砌、工序緊”原則進行。

4 結語

在黃土隧道施工中，為有效降低施工安全風險，應嚴格控制開挖空間，盡量縮短二襯施作時間，要求各工序間須緊湊銜接。

要解決黃土隧道施工安全問題，先要解決思想問題，從思想中重視是確保施工安全的關鍵。再做好施工中的安全點控制，可有效確保施工安全和質量。

[1] 晉豫魯鐵路通道股份有限公司.黃土隧道安全施工注意事項和應對措施[Z].

[2] 王秉勇.黃土隧道施工及監理要點[Z].

[3] 張引江.黃土隧道施工安全問題與控制措施[J].工業，2016,8(3)：16-18.