黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護(hù)技術(shù)分析

宋 崇 躍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著當(dāng)代隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展，隧道工程的理論和技術(shù)日益成熟，隨之而來的是隧道項(xiàng)目的增多，隧道的施工環(huán)境更為艱苦、地質(zhì)情況更為復(fù)雜。在西部地區(qū)主要需面對的是黃土地質(zhì)為隧道洞口開挖支護(hù)帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)。由于黃土地質(zhì)受到隧道開挖的影響會產(chǎn)生較大的變形，引發(fā)一系列沉降問題。在淺埋段還會因?yàn)槌两翟斐傻乇沓霈F(xiàn)危害極大的貫穿類裂縫，嚴(yán)重時會造成黃土失穩(wěn)，極易產(chǎn)生工程事故，給施工人員的生命安全造成威脅。如何對黃土隧道進(jìn)行有效的支護(hù)一直以來都是施工建設(shè)中的一大難題。現(xiàn)針對這一難題分析黃土地質(zhì)的特質(zhì)，對隧道洞口的支護(hù)技術(shù)作重點(diǎn)研究，總結(jié)出相應(yīng)的施工方法，為類似的支護(hù)工程施工提供參考。

1 黃土質(zhì)的分類和特點(diǎn)簡述

黃土質(zhì)由于形成的年代不同，沉積狀況不同因此具有不同的性質(zhì)。按照沉積的時代可將黃土分為三類，即：新黃土、老黃土和紅色黃土。根據(jù)黃土的性質(zhì)可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土兩類。其中濕陷性黃土是一種極為特殊的土，容易受到水的影響，即使是前期在壓力作用下沉降量已經(jīng)達(dá)到較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但一遇到水，土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會迅速遭到破壞，還會產(chǎn)生較為明顯的沉降。造成這一現(xiàn)象的主要原因是黃土是在干旱或半干旱地區(qū)形成的沉積物。土中的骨架結(jié)構(gòu)為粗粉粒和砂粒，存在大量的無定型鹽類物質(zhì)。在天然的狀態(tài)下土骨架的強(qiáng)度較高，能提供較強(qiáng)的承載能力。當(dāng)遇到水時鹽類等其他的膠結(jié)物會軟化，進(jìn)而降低黃土的強(qiáng)度，發(fā)生地基的附加沉降，嚴(yán)重時會引起隧道的坍塌。因此在進(jìn)行隧道開挖施工時應(yīng)務(wù)必注意對開挖洞口進(jìn)行支護(hù)，避免引起較為嚴(yán)重的工程事故。

2 黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護(hù)的要點(diǎn)

2.1 隧道開挖要點(diǎn)

隧道工程對質(zhì)量的要求較高，尤其是鐵路上的客運(yùn)專線設(shè)計(jì)速度較大，對隧道的耐久性和使用壽命都要求較高。而隧道施工技術(shù)是近幾年才得到應(yīng)用和發(fā)展的，因此在實(shí)際的施工中仍然存在不少缺點(diǎn)。在黃土地質(zhì)進(jìn)行隧道開挖施工時，常常由于黃土地質(zhì)的圍巖較為軟弱、遇水時發(fā)生濕陷的特點(diǎn)為隧道的施工帶來技術(shù)性挑戰(zhàn)。目前常用的隧道開挖工藝主要有干法開挖和鉆孔。在隧道開挖前應(yīng)做好施工前的準(zhǔn)備，應(yīng)注意在洞口邊設(shè)置截水溝，用防水砂漿等材料對截水溝進(jìn)行鋪裝，必要時可設(shè)置防水層防止水分的滲透作用為隧道洞口帶來安全隱患。除此之外還需對周邊的排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保施工過程中隧道洞口邊的水能及時流走，使洞口不會受到地面水的侵害。黃土隧道的開挖與其他石質(zhì)隧道開挖施工的不同之處主要在于地基的沉降，在施工過程中隧道的側(cè)壁和底部都會發(fā)生不同程度的位移，因此在施工時應(yīng)進(jìn)行頻繁的檢測，對沉降縫、洞內(nèi)凈空等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。開挖過程中還應(yīng)隨時觀察土質(zhì)情況，根據(jù)不同土類的承載能力進(jìn)行支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，采用適宜的支護(hù)措施，保證開挖工作的順利進(jìn)行。同時在對隧道洞口進(jìn)行開挖時，需及時對基坑的雜物進(jìn)行清理，若是發(fā)現(xiàn)洞口的坡腳存在損壞需及時的進(jìn)行修補(bǔ)。黃土隧道由于黃土地質(zhì)的獨(dú)特性，嚴(yán)禁采用放炮開挖的方法對隧道進(jìn)行施工。在隧道內(nèi)施工時也應(yīng)注意地下水對隧道穩(wěn)定性的影響。避免地基處被積水浸泡，影響地基結(jié)構(gòu)的承載力。

2.2 洞內(nèi)支護(hù)施工的要點(diǎn)

在開挖完成后還應(yīng)盡快選擇合適的支護(hù)工具進(jìn)行超前支護(hù)。目前常用的支護(hù)工具主要有超前大管棚、錨桿、鋼架、噴射混凝土等，主要是對圍巖進(jìn)行支護(hù)。對于黃土地基的處理，往往會采用水泥土擠密樁的方式來進(jìn)行地基加固。支護(hù)具體可分為初期支護(hù)和二次襯砌。

對隧道洞口進(jìn)行初期支護(hù)主要是為了對隧道圍巖的強(qiáng)度進(jìn)行加強(qiáng)，使圍巖自身的承載力處于一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)。通常在黃土質(zhì)的隧道中采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，大管棚及鋼架支護(hù)的施工過程簡單、方便，可以在很短的時間內(nèi)組成洞口的支護(hù)系統(tǒng)，可有效阻止軟弱圍巖的坍塌。創(chuàng)造出隧道內(nèi)部施工的條件。在現(xiàn)場進(jìn)行鋼架連接施工時要注意對鋼架的內(nèi)輪廓進(jìn)行嚴(yán)格控制，對于黃土地質(zhì)必須對鋼架兩拱腳處的基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，確保基礎(chǔ)的牢固性，若基礎(chǔ)承載能力不夠可采用澆筑混凝土、打入擠密樁等方式對基礎(chǔ)進(jìn)行處理，防止基礎(chǔ)的不均勻沉降影響隧道的后期施工。同時為保證隧道內(nèi)凈空滿足設(shè)計(jì)要求，可預(yù)留出鋼架的沉降量。鋼架和圍巖之間的空隙可采用噴射混凝土的方法進(jìn)行密實(shí)地填充，以制約圍巖的變形。由于對圍巖進(jìn)行混凝土噴射是為了保證巖層自身的穩(wěn)定性而采取的防護(hù)措施。最終使圍巖處于一個密閉的環(huán)境中阻止因?yàn)轱L(fēng)化作用而造成圍巖的不穩(wěn)定。因此對噴射的混凝土具有一定的性能要求，一般來說混凝土的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25，還應(yīng)具有良好的粘結(jié)性，保證與圍巖之間具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，和圍巖更好的組成一個完整的防護(hù)系統(tǒng)以阻止圍巖碎塊的脫落。對于黃土類地質(zhì)，通常在初支護(hù)完成后拱頂?shù)奈恢脮霈F(xiàn)較大的沉降，會在坡面出現(xiàn)裂縫，一般這些裂縫延環(huán)向分布，嚴(yán)重時會使拱腰位置出現(xiàn)貫穿裂縫，危及施工人員的生命安全。因此為進(jìn)一步確保施工環(huán)境的安全性，會對圍巖進(jìn)行二次襯砌。一來可以對初期支護(hù)的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)、減緩裂縫的開裂速度，二來可以使隧道的外觀得到修正，看起來更為美觀，在二次襯砌時可挑選模板的表面平整、接縫密實(shí)的模板臺車，以滿足對表面平整度的要求。如圖1所示為二次襯砌的施工。二次襯砌的施工質(zhì)量應(yīng)達(dá)到內(nèi)部填實(shí)、外部光滑的效果。在進(jìn)行二次襯砌的過程中如果發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)中圍巖發(fā)生了嚴(yán)重的變形或者裂縫的寬度過大，應(yīng)立即采用臨時支護(hù)裝置支承隧道內(nèi)的圍巖并對支護(hù)進(jìn)行及時的修正調(diào)整，務(wù)必控制住圍巖的變形量和裂縫的寬度。避免施工過程中發(fā)生塌方等嚴(yán)重的工程事故。

3 黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護(hù)技術(shù)的其他注意事項(xiàng)

黃土質(zhì)隧道洞口施工有一項(xiàng)重要原則，即“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”，在對洞口進(jìn)行開挖時應(yīng)注意嚴(yán)格按照隧道的斷面尺寸，并根據(jù)土質(zhì)情況確定一次挖掘的深度，挖掘過程中注意維護(hù)圍巖自身的承載力，應(yīng)避免對圍巖的持力層造成干擾破壞，使圍巖自身的強(qiáng)度能得到充足的利用。還需對開挖的深度進(jìn)行嚴(yán)格地控制，嚴(yán)禁挖深不足，造成欠挖。同時為防止截面突變造成應(yīng)力集中，對隧道的受力產(chǎn)生不利影響，需控制開挖截面的一致性，避免截面突變，造成隧道局部應(yīng)力過大。影響隧道的安全性。還應(yīng)注意在仰拱進(jìn)行施工前必須對基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，在仰拱施工完成后應(yīng)注意盡早對隧道進(jìn)行支護(hù)，防止變形量的增加。在對排水進(jìn)行施工時，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范的要求，確保排水系統(tǒng)的完整性，必須保證隧道內(nèi)部的排水溝處于通暢的狀態(tài)，對碎石、碎土等雜質(zhì)應(yīng)進(jìn)行及時的處理，以免阻塞排水設(shè)備，在隧道內(nèi)形成積水危及隧道的穩(wěn)定性。