淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術探討

李 靖

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

近年來，為大力發展經濟，我國投入了大量資本進行路橋工程建設。而在隧道工程建設實施過程中，常常會遇到各種不良地質，濕陷性黃土就是其中之一。作為我國中西部地區較為常見的地質類型，濕陷性黃土土質松軟、孔隙率大且干密度較低，承載力十分低下，一旦受到水的侵蝕就會出現變形或者坍塌等問題，給隧道開挖造成巨大障礙[1]。對此，在濕陷性黃土地區進行隧道施工時，必須要重點關注淺埋偏壓隧道的開挖支護施工技術，從而為工程的順利進行奠定基礎。

1 濕陷性黃土的特點

2 淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術要點

濕陷性黃土地基的承載力較低，且隧道拱腳穩定性以及墻角穩定性都較差，施工變形大，極易發生洞口塌陷以及支護下沉等現象，并嚴重影響到施工安全。而淺埋偏壓濕陷性黃土隧道施工地表沉降大，容易產生地表裂縫，對地表環境以及建筑物的影響都很大[4]。所以，為了確保隧道工程施工建設的順利實施，相關企業需要重點關注淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術。

2.1 工程概況

某隧道工程正線全長642 m，形式設計為單洞雙線，該工程的設計速度為160 km/h，某些路段在提速后可達到200 km/h，是一座大斷面濕陷性黃土淺埋偏壓隧道。該隧道的出口段恰好位于自重濕陷性黃土地區，切斷面約為200 m2，埋深較淺，暗洞進口埋深在15 m～20 m之間。該隧道段不僅存在偏壓現象，同時圍巖也相對軟弱，一旦遭遇陰雨天氣，在水的作用下極易發生濕陷。因此，對黃土地基處理、結構耐久度以及隧道防水、沉降控制等均有較為嚴苛的要求。

2.2 開挖支護方案

根據本次隧道工程施工現場的地質特點，采取明挖法來對隧道出口段前的30 m處進行施工，然后在出口段之后采取CRD法進行開挖施工。其中，施工技術人員主要采取干法開挖以及鉆孔等施工工藝進行施工，自此期間加強對施工用水的管理，做好水的排放工作，以避免隧道工程基地受到水的浸泡而出現各種不良后果。在洞口段施工中，搭配使用超前大管棚、系統錨桿(比如邊墻砂漿錨桿以及拱部藥包錨桿等)、鋼筋網、型鋼鋼架以及噴射混凝土等措施進行施工，每循環進尺控制在0.6 m左右，為保證施工質量以及施工進度，一天可進行兩次循環。在施工進行到出口段時，可以使用水泥土擠密樁技術對隧道基底進行加固處理，需要注意仰拱鋼筋混凝土的施工質量，并時刻關注隧道基底的沉降值，以確保工程施工的順利進行。值得注意的是，想要盡可能的削弱隧道偏壓帶來的負面影響，有效處理隧道偏壓問題，相關施工人員需要始終堅持“管超前、嚴注漿、短開挖、禁爆破、快支護、早成環、勤量測以及緊襯砌”的施工原則，并進行長管棚超前支護，加強隧道側面的邊墻支護[5]。

2.3 大管棚超前支護

在隧道工程施工過程中，為了確保進洞順利以及施工安全，相關施工技術人員應根據施工方案，利用熱軋大管棚來進行超前支護。在此次工程中采用的大管棚一環直徑為108 mm，并截取長度為20 m的熱軋無縫鋼管，在與鋼架組裝后可形成預支護系統。合理應用這一系統，不僅可以有效避免隧道洞口以及淺埋段軟弱圍巖的變形、塌陷現象，起到加固以及鞏固圍巖的作用，同時還能為施工技術人員創造提供一個相對安全的作業空間[6]。另外，將管棚鋼管的環向間距控制在40 cm左右，且外插角也應保持在1°～3°范圍內。其中，由于管棚有鋼管以及鋼花管屬于兩種不同形式，因此可以采取交錯布置的方式，在鋼花管搭設并注漿完畢后再進行鋼管的搭設。值得注意的是，想要進一步提高鋼管自身的抗彎強度，可以在鋼花管以及鋼管中布設鋼筋籠，之后進行水泥砂漿的灌注。另外，在管棚安裝之前，施工人員需要再一次確認鋼管的孔徑、孔深等是否符合施工要求。然后檢查鋼管內是否存在鉆渣，如有則應利用高壓氣進行清理[7]。

2.4 初期支護

在該隧道工程施工中，隧道拱部的初期支護可以通過徑向藥包錨桿、鋼筋網以及厚度在35 cm的強噴射混凝土來實現。而邊墻的初期支護則可以利用徑向砂漿錨桿來進行。其次，為強化拱墻自身強度，可以在拱墻噴漿作業過程中，將適量的聚丙烯微纖維摻入到混凝土中。在此次施工中，混凝土中纖維的摻入量為1.2 kg/m3。在全斷面應選用間距為0.6 m的Ⅰ25a型鋼鋼架來進行支護，并且借助Ⅰ25a型鋼在隧道開挖部分進行橫撐支撐處理，以確保施工安全。值得注意的是，在初期支護階段，一定要確保鋼筋網與錨桿之間的連接牢固，防止在噴射混凝土時網片因不牢固而出現晃動。同時，噴射混凝土需要遵循分片自上而下的順序進行。空壓機要適時供風，利用兩臺混凝土噴射機進行噴射混凝土作業。直到管棚施工完畢后，才可以進行下一步的開挖與支護施工。

2.5 隧道基底加固

該隧道工程基底采用的是T76L邁式微型樁對濕陷性黃土地基進行處理。其中，微型樁的長度為7 m～9 m，所有微型樁按照1 m×1 m的間距布置成梅花形(總計23排，每排設置14根微型樁)。在完成隧道基底的加固處理后，相關技術人員還需要遵照相關標準，檢測該地區黃土濕陷性、承載力以及樁間土的壓縮性等指標，直到確認這些指標均達到合理標準后，才能繼續進行下一階段的施工計劃。

3 強化淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工技術效果的措施

3.1 有效控制地表裂縫的措施

在淺埋偏壓隧道施工中，如果不采取必要措施，在受到水的浸泡后，不僅容易出現變形、塌陷的問題，同時還可能出現地表裂縫，影響到工程整體安全。對此，相關施工企業需要從以下兩個方面入手，有效控制地表裂縫[8]：

1)從洞外的角度來看。在隧道施工之前，施工技術人員可以通過對地表沖溝、陷穴等進行回填處理，并不斷加強和健全地表排水系統，以達到地表不受雨水負面影響的目的。而針對淺埋偏壓黃土隧道施工，則可以利用減載平衡等手段，維持隧道的受力均衡，減少地表沉降以及拱頂下沉值。這種方法用在那些一側有沖溝的淺埋偏壓段的效果最佳。

2)從洞外的角度來看。a.企業需要派專人負責施工現場的用水管理，防止初期支護基礎在浸泡后引起拱頂下沉。b.施工技術人員需要在開挖施工作業中，實現對開挖進尺以及步長的嚴格把控。c.為了確保初期支護結構在整個施工過程中都能保持受力穩定，需要在保證鎖腳錨管施工質量的前提下，根據實際情況在鋼架分節處增設2根鎖腳錨管。d.在隧道開挖支護作業時，為了盡可能的減少拱頂的下沉量，可以通過擴大拱墻腳來增加承壓面積。這一方面可以有助于施工中豎向壓力的傳遞，另一方面還能增加該節點橫向受力的穩定性。e.有效控制鋼架質量與性能。鋼架的加工和安裝質量對整個隧道工程的施工質量以及施工安全起到關鍵性作用。嚴格把控鋼架的加工以及安裝質量，可以確保其線形圓順，避免應力集中，同時鋼架間必須要連接牢固，有需要時可以加焊鋼筋。f.為了使初期支護閉合前的整體下沉量控制在合理區間內，可以通過在拱腳下墊混凝土塊或者槽鋼等方法，來進一步提高地基的承載力。g.鋼架的整體受力能力對工程的施工安全意義重大。對此，施工技術人員可以根據需要將設計的環向間距從原來的1.0 m縮短為0.8 m，對初期支護鋼架的縱向連接剛接進行加密，以強化鋼架整體受力。h.仰拱與二襯需要及時跟進，在盡可能短的時間內閉合成環。

3.2 通風管理措施

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工中，加強通風管理，不僅僅是為了獲得滿意的通風效果，維護施工人員身心健康，更重要的是能夠有效縮短循環作業時間，保證工程可以在限定時間內保質保量的完成。對此，企業可以采取以下措施，來加強通風管理：企業需要派專人負責通風管理，并制定和完善相應的通風管理制度。與此同時，要結合施工實際情況，定期或不定期的對空氣衛生以及通風等進行檢測，改進以及優化通風系統，加強通風系統的運維管理，使其始終處于正常運行狀態中。

4 結語

在淺埋偏壓濕陷性黃土隧道開挖支護施工中，如果施工方案存在疏漏或者施工過程控制不嚴格，不僅會大大增加初支變形以及塌方等事故，嚴重時還會給隧道施工以及周邊既有線路的運營安全造成威脅。基于此，相關企業需要積極學習和綜合國內外成功案例，對施工方案、方式方法進行優化，加強對地表裂縫以及通風等的管理與控制，落實各項支護控制措施，關注開挖支護施工技術要點，在保證隧道施工安全以及質量的基礎上，不斷積累濕陷性黃土隧道的施工經驗。

參考文獻:

[1] 付庭茂.濕陷性黃土地區長大隧道施工技術[J].交通建設與管理(月刊),2015(Z2):126-128.

[2] 王 鑫.淺析濕陷性黃土隧道洞口淺埋段開挖及支護技術[J].城市建設理論研究(電子版),2012(10)：16-17.

[3] 郭迎春.談濕陷性黃土地基的處理[J].山西建筑,2017,43(29):67-68.

[4] 劉 蕊.淺埋偏壓黃土隧道施工變形控制研究[D].北京：北京交通大學,2015.

[5] 張 振.濕陷性黃土隧道洞口淺埋段開挖及支護技術[J].中華建設,2011(8):198-199.

[6] 郭秀麗.大斷面濕陷性黃土隧道施工技術[J].山西建筑,2017,43(17):158-159.

[7] 龍思明.淺埋偏壓濕陷性黃土隧道進洞方法淺析[J].城市建設理論研究(電子版),2013(35)：71-72.

[8] 曲 恕.淺埋地段大斷面黃土隧洞開挖技術研究[J].城市建設理論研究(電子版),2015,5(27)：81-83.