濕陷性黃土隧道淺埋偏壓段隧變路方案探究

賈建峰*

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津，300301）

濕陷性黃土隧道淺埋偏壓段隧變路方案探究

賈建峰*

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津，300301）

通過施工投入、效率、安全、質量、環水保五方面對濕陷性黃土隧道淺埋偏壓段隧道施工和隧道調整為明挖路基施工兩種施工方案進行對比分析，從而了解各施工方案的利弊，作為后期類似相關施工問題的參考。

黃土隧道；濕陷性；淺埋；偏壓；隧變路；方案優化

引言

中部地區，是指包括山西、安徽、江西、河南、湖北和湖南六省在內的區域，是我國重要糧食生產基地、能源原材料基地、裝備制造業基地和綜合交通運輸樞紐。在中國經濟發展的宏偉藍圖中被認為是"中原逐鹿"之地。近年來，隨著“十一五計劃”提出的中部崛起政策的不斷落地和推進，黃河金三角區域的發展開始發力，中部地區交通樞紐的重要性也日益凸顯。山西省運城市、臨汾市，河南省三門峽市和陜西省渭南市，共同構成了晉陜豫三省邊緣"黃河金三角[1]"。2014年4月18日中華人民共和國國家發展和改革委員會辦公廳印發了《國家發展改革委關于印發晉陜豫黃河金三角區域合作規劃的通知》，在附件中文件明確指出了晉陜豫黃金三角區域的重要性。

與此同時文件中還指出蒙華鐵路作為“兩橫兩縱”發展軸的重要意義。蒙華鐵路正線起于內蒙浩勒報吉市，終點于江西吉安，全線1800多公里，正好通過黃河金三角區域，它的開工建成將進一步推動其經濟發展，為中部崛起戰略發揮更加重要的作用。運城市平陸縣地處山西、河南交界處，毗鄰黃河，為典型的黃河高階地地帶，沖溝發育，溝壑縱橫，地形起伏大。鐵路隧道穿過該地帶時，會出現大量的淺埋偏壓，且因該地帶為黃土地質，有濕陷性，極易因雨水沖刷形成陷穴。又由于陷穴走向、深度、范圍等因素的不可預測性[2]，這便對隧道施工安全、質量、工期、投資成本及環水保等各方面造成較大影響。

本文以蒙華鐵路正線 DK637+421～DK638+022段張裕 1號隧道為例就濕陷性黃土隧道淺埋偏壓段隧變路施工方案的可行性進行分析探討，旨在為以后類似施工問題的處理提供參考意見。

1 工程概況

張裕 1號隧道，位于蒙華正線 DK637+421-DK638+017處，設計全長596m，洞口進洞條件差，交通不便，進口小里程為10m短路基和陳家坡大橋，出口大里程與玉清觀大橋橋臺相接，位于垂直峭壁山腰，修筑便道困難。DK637+937～DK637+953段為嚴重淺埋偏壓，最小埋深約1.74m，需二次進洞。隧道進出口采用φ108mm大管棚超前支護，長度40m。二次進洞進出口采用φ108mm超前支護大管棚，長度分別為40m和19m。如圖1所示。

圖1 隧道線路概況示意圖

2 問題分析及方案確定

根據現場地形條件和交通狀況來分析，張裕1號隧道進口為黃土直立面山體，修筑便道困難，且需穿過陳家坡橋址位置。出口位置為也為直立面山體，地質為黃土細砂地質，峭壁下方為一廢棄磚廠，由鄉村道路可到達磚廠。該場地擬用于建造隧道所需的鋼架制作場地，減少運距。為節約施工成本，項目部決定將隧道出口作為隧道的進洞方向。

根據現場測量與施工圖比對，現場情況符合設計說明。根據設計要求，二次進洞段嚴重偏壓，線路右側淺埋段埋深僅有1.74m，右側邊坡防護形式為“2級錨桿格梁+2級漿砌片石拱形骨架”。明洞位置洞門兩側采用干砌片石回填，上層覆蓋土石，并夯實，最后采用50cm后黏土隔水層進行防水處理。

考慮到二次進洞至隧道出口段為淺埋，且明洞段嚴重偏壓，出口距離二次進口段距離短，工序轉換多，施工工藝復雜，可能造成施工成本投入加大，施工效率低，安全、質量管控難度大。經過與專家、業主、設計單位多方溝通交流，最終確定將DK637+937～DK638+017段暗洞隧道變更為路基段落。原始狀況及方案優化后效果見圖2、圖3所示。

圖2 張裕1號隧道線原設計洞口

圖3 張裕1號隧道方案優化后效果

為分析優化后方案的可行性，我們通過對比法對兩種方案進行分析探討，以下原設計方案是指采用隧道暗洞施工方法+二次進洞的施工方案，優化方案是指將隧道變更為路基的施工方案。

3 研討內容

3.1 施工成本

施工成本包括直接成本和間接成本。主要包括人工費、材料費、施工機械使用費、施工措施費以及施工管理過程中必須發生的費用。詳見表1《隧變路方案施工成本對比表》。具體施工成本費用計算參見附件1《原設計方案與優化方案投資對比表》。

表1 隧變路方案施工成本對比表 單位：萬元

從上表可清晰看到，優化后的方案明顯比原設計方案節省資源[3]。

3.2 施工效率

根據施工組織安排，因隧道設計偏壓淺埋，需提前對二次進洞口的邊仰坡進行安全防護處理，為盡量提高施工效率，現場需布置兩個工作面進行施工。最終通過施工工藝及現場實際情況得出兩方案工期對比情況，詳見表2《隧變路方案施工工期對比表》，具體工期按照各施工方案的施工工序采用microsoft office project 2007辦公軟件輔助完成，具體參照附表2《原設計方案與優化方案工期對比》。

表2 隧變路方案施工工期對比表

通過上表可得出，對于方案優化后的施工效率是原設計方案的2.2倍。

3.3 施工安全

本隧道廣泛分布砂質新黃土、黏質新黃土，且具濕陷性。施工中受圍巖變化局限，不可冒進，從而施工效率也遭受局限，同時施工中需要加強監控量測工作，以保障隧道施工安全。按照優化后的方案進行實施后，可以避免諸多安全風險點，通過對比分析可以看出隧改路方案優化后，較原設計方案相比，施工安全控制要點明顯減少，且造成的傷害程度明顯降低。詳見表3《隧變路方案施工安全風險分析對比表》。

表3 隧變路方案施工安全風險分析對比表

3.4 施工質量

本隧道設計到超欠挖、初支安裝、防排水施工、二襯混凝土等質量風險點，相對而言，優化后的方案較原設計方案在施工質量控制要點數量上顯著減少，且現場更加容易掌控，詳見表4《隧變路方案施工質量管控風險分析對比表》。

表4 隧變路方案施工質量管控風險分析對比表

3.5 環水保

本隧道為黃土隧道，具濕陷性，因黃土的濕陷性，隧道內無法進行灑水降塵處理，在開挖過程中，可能發生粉塵污染，，采用濕噴機械手施工時較以往干噴工藝相比較空氣及噪音污染相對較低且盡管有通風設備進行通風處理，但是與露天路塹開挖施工相比，依然存在較大環水保風險，對施工人員的健康影響較大。優化方案后施工人員完全裸露在自然環境中，開挖造成的粉塵污染可采取灑水降塵的方式進行處理，且空氣流通好，視線清晰，對施工人員的健康具有一定保障。詳見表5《隧變路方案施工環水保管控風險分析對比表》。

表5 隧變路方案施工環水保管控風險分析對比表

4 結束語

通過就原設計方案與優化后方案在施工成本、效率、安全、質量及環水保方面的對比分析，可以得出：若淺埋黃土隧道，特別是超短偏壓嚴重的黃土隧道，可以考慮優化施工方案，將該段隧道變更為路基施工。

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會辦公廳·國家發展改革委關于印發晉陜豫黃河金三角區域合作規劃的通知:發改地區[2014]742號.http://bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/201404/t 20140423_608589.html.

[2]任玟運.《試談濕陷性黃土公路路基陷穴的處理及質量控制方法》 (《城市建筑》2013年20期).

[3]張寧,曹劍鋒.《鐵路工程預算定額 第一、三冊》(2010年)中國標準出版社.

[4]武長貴.濕陷性黃土隧道淺埋段圍巖變形治理[J].青海交通科技,2008,(04):61-63.

[5]鄭伯松,左奇.濕陷性黃土隧道洞口淺埋段施工防塌方安全控制[J].四川建筑,2012,32(03):239-241.

附件

方案 原設計方案優化方案序號 造價項目 單位 單價 工程數量 合價（元） 造價項目 單位 單價 工程數量 合價（元）1 開挖及運輸人工 元/10m3 185.38 832 154236 人工 元/100m3 8.75 952 8330機械 元/10m3 224.7 832 186950 機械 元/100m3 307.23 952 292483開挖開挖及運輸材料 元/10m3 5.59 832 46512 噴射混凝土（臨時） 材料 元/10m3 2755.25 20 55105材料 元/100m3 0 95170 0人工 元/10m3 829.6 20 16592 人工 元/10m3 188.64 188 35464機械 元/10m3 604.76 20 12095 機械 元/10m3 23.14 188 4350漿砌石3 鋼支撐（臨時） 材料 元/t 3803.25 19 72262材料 元/10m3 485.03 188 91186人工 元/t 483.61 19 9189 人工 元/10m3 686 17.3 11868機械 元/t 136.9 19 2601 機械 元/10m3 19.24 17.3 333混凝土4 錨桿材料 元/10m3 555.35 17.3 9608人工 元/100m 388.85 52.9 20579 人工 元/100㎡ 129.83 9.61 1248機械 元/100m 502.36 52.9 23179 機械 元/100㎡ 9.61 0材料 元/100m 1412.71 52.9 790395 超前小導管 材料 元/100m 1398.09 369.5 523829初支草籽及栽植灌木 材料 元/100㎡ 235.11 9.61 2259人工 元/100m 644.98 369.5 238335 人工 元/100株 20.35 92.45 1881機械 元/100m 322.23 369.5 208691 機械 元/100株 92.45 0栽植灌木材料 元/100株 21.36 92.45 1975人工 元/10m3 829.6 85 70516 人工 元/100㎡ 351.67 15.4 5416機械 元/10m3 604.76 85 51405 機械 元/100㎡ 2455.1 15.4 37809附屬6 噴射混凝土 材料 元/10m3 2755.25 85 234196重型碾壓7 鋼筋網材料 元/100㎡ 15.4 0人工 元/t 489.55 10.875 5324 人工 元/10m3 262.1 28.9 7575機械 元/t 79.94 10.875 869 機械 元/10m3 6.44 28.9 186側溝8格柵鋼架材料 元/t 3458.21 10.875 37608材料 元/10m3 491.5 28.9 14204人工 元/t 735.61 153.267 112745 人工 元/10m3 686 17 11662機械 元/t 146.17 153.267 22403 機械 元/10m3 19.24 17 327電纜槽材料 元/t 3472.37153.267 5322009 模板材料 元/10m3 555.35 17 9441人工 元/m 86 69 5934 人工 元/100㎡ 57.18 13.07 747機械 元/m 43 69 2967 機械 元/100㎡ 13.07 0材料 元/m 467 69 3222310 防水板兩布一膜不透水土工布 材料 元/100㎡ 924.14 13.07 12079人工 元/10㎡ 13.94 206.724 2882 人工 元/10m 122.13 86 10503機械 元/10㎡ 26.27 206.724 5431 機械 元/10m 393.59 86 33849 Ф108注漿管 材料 元/10m 867.8 86 74631人工 元/10m3 64.55 209 13491 人工 元/10m3 474.57 9.24 4385機械 元/10m3 664.49 209 138878 機械 元/10m3 168.44 9.24 1556隧道工程材料 元/10㎡ 276.67 206.724 5719411 模筑混凝土 材料 元/10m3 1852.63 209 387200二襯管棚注漿12襯砌鋼筋材料 元/10m3 2441.1 9.24 22556人工 元/t 277.31 64.73 17950 人工 元/10m3 421.9 1.549 654機械 元/t 89.11 64.73 5768 機械 元/10m3 148.6 1.549 230導向墻材料 元/t 3366.76 64.73 21793013 Ф108注漿管 材料 元/10m 867.8 425.7 369422管棚材料 元/10m3 1061.4 1.549 1644人工 元/10m 122.13 425.7 51991 人工 元/10m3 373.1 10 3731機械 元/10m 393.59 425.7 167551 機械 元/10m3 151.59 10 1516拱頂壓漿14管棚注漿材料 元/10m3 1910.3 10 19103人工 元/10m3 474.57 4.574 2171 人工 元/10m3 185.381442.88 267481洞門開挖機械 元/10m3 168.44 4.574 770機械 元/10m3 224.7 1442.88 324215

方案 原設計方案優化方案序號 造價項目 單位 單價 工程數量 合價（元） 造價項目 單位 單價 工程數量 合價（元）15 導向墻16 拱頂壓漿材料 元/10m3 2441.08 4.574 11165 材料 元/10m3 5.59 1442.88 8066人工 元/10m3 421.9 3.098 1307 人工 元/10m3 482.83 20 9657機械 元/10m3 148.6 3.098 460 機械 元/10m3 110.82 20 2216邊仰坡防護 材料 元/10m3 672.31 20 13446人工 元/10m3 373.1 3.45 1287 人工 元/10m3 499.97 97.2 48597機械 元/10m3 151.59 3.45 523 機械 元/10m3 544.66 97.2 52941材料 元/10m3 1061.42 3.098 3288混凝土材料 元/10m3 1910.25 3.45 659017 洞門混凝土 材料 元/10m3 2052.21 58.293 119629材料 元/10m3 2052.2 97.2 199475人工 元/10m3 499.97 58.293 29145 人工 元/100m 10.2 0機械 元/10m3 544.66 58.293 31750 機械 元/100m 660 10.2 673218洞口工程 邊仰坡防護 材料 元/10m3 672.31 95.04 63896人工 元/100m 84.114 0機械 元/100m 660 84.114 55515水泥土擠密樁 材料 元/100m 1513.8 10.2 15441人工 元/10m3 482.83 95.04 45888機械 元/10m3 110.82 95.04 1053219 地基加固水泥土擠密樁 材料 元/100m 1513.81 84.114 127333人工 元/100m 744.39 0.86 640機械 元/100m 0.86 020 管線路架設 材料 元/100m 0.86 0人工 元/個 795 69 54855機械 元/個 13.18 69 909其他21監控量測材料 元/個 93.28 69 6436合計 萬元 472.5 萬元 168.3

附件2 原設計方案與優化方案工期對比

This Program of The Collapsibility Loess Tunnel Shallow Buried and Bias Voltage’s Paragraph Tunnel Change Roadbed to Explore

JIA Jianfeng*
(CHINA RAILWAY CONSTRUCTION BRIDGE ENGINEERING BUREAU GROUP CO.,LTD,Tianjin,300301,China)

Through the construction of the input,the efficiency,the safety,the quality and the water conservation,the tunnel construction and the tunnel adjustment of the collapsible loess tunnel are divided into two kinds of construction schemes,so as to understand the construction scheme Pros and cons,as a reference for later similar construction problems.

The loess tunnel；Collapsibility ；Shallow buried；Bias；Tunnel change roadbed；Program optimization

U455

A

1672-9129(2017)04-0188-05

賈建峰.濕陷性黃土隧道淺埋偏壓段隧變路方案探究[J].數碼設計,2017,6(4):188-192.

Cite：JIA Jianfeng.This Program of The Collapsibility Loess Tunnel Shallow Buried and Bias Voltage’s Paragraph Tunnel Change Roadbed to Explore [J].Peak Data Science,2017,6(4):188-192.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.048

2016-12-05；

2017-01-13。

馬玉清（1990- ），女，2012年6月畢業于青海大學，化學工程與工藝，工學學士學位，助理工程師，現任青海鹽湖鎂業有限公司純堿廠工藝技術員。E-mail:1127997373@qq.com