隴東地區黃土公路隧道修建關鍵技術探討

賈 瀟

（中國公路工程咨詢集團有限公司， 北京 100089）

伴隨著我國生產力的提高和中西部地區公路的建設，黃土隧道建設里程和長度均大幅度增加，黃土隧道設計和施工水平也有了很大提高。考慮到不同黃土工程地質分區的氣候、地形和地質條件的差異，如大氣降水量、黃土層厚度、天然含水量、黏粒含量、濕陷性等，不同地區黃土的工程特性差異較大，隧道建設方面的經驗不能直接套用。本文結合隴東地區在建項目的現場施工和設計變更情況，分析了黃土的各項工程特性，提出了常見隧道工程問題的處治措施，在實際工程中得到了應用，取得了很好的效果。

1 項目情況簡介

彭陽至大橋村段高速公路是國家高速公路網規劃中G85銀川至昆明國家高速公路的重要路段。項目沿線地形地質條件十分復雜，橋隧工程比例較高，特別是潘城控制性工程段內，路線穿越山體陡峻，沿大路河溝道較為狹窄，施工作業面較小，實施難度大。潘城先期開工試驗段長5.64公里，雙向四車道，設計速度80公里/小時。試驗段設隧道2093.5米/1座（以雙洞計），即潘城隧道，位于平涼市崆峒區潘城村。隧址區屬黃土塬溝壑區，洞口呈緩坡臺階狀低階地地貌，銀川端洞頂段落遍布沖溝，洞身穿越黃土塬，地形起伏大，地表植被少。

2 關鍵技術問題

2.1 洞口穩定性及位置選擇

隧道銀川端洞口處于緩坡狀的低階地，樁號 K0+755～K0+860/ ZK0+751～ZK0+851段地面起伏較小，最大埋深約20米，勘察期未見地下水。洞口地表遍布沖溝，呈雞爪狀地形，設計時考慮適當回填沖溝，加大拱肩覆土厚度，提高淺埋暗洞段落圍巖穩定性，以實現提前進洞。

施工期隧道開挖后，洞內土體含水量與勘察期成果差異較大，經實驗室測定土體含水量為23%～25%，而勘察期含水量為9%～12%。經分析得出，勘察期屬項目區域旱季，施工期屬項目區域雨季，洞口段因埋深淺、孔隙較大、土體豎向節理發育，雨季降水下滲明顯，導致土體含水量增大。洞口段存在較厚的濕陷性黃土，當土體含水量增大時，以粉粒含量為主的黃土，遇水崩解。施工過程中，隧道拱頂沉降偏大、地表出現裂縫、仰拱地基承載力偏低等不利現象同時出現，導致施工難度加大、效率降低、變更費用增加，可以推斷該洞口段方案有值得總結和優化的地方。

結合設計階段的理念運用和施工現場的變更設計，該洞口段方案有如下值得優化的地方。一是洞口樁號的確定：應靈活運用“早進晚出、零開挖”的原則，對于地形或地質條件不適宜或選擇提前進洞會帶來洞口段施工安全風險升高的情況，可選擇適當加長洞口段挖方路塹長度、增長明洞并配合明洞回填覆土植草，能夠明顯縮短工期、降低工程造價。二是洞口段穩定性的提高：原洞口段采用中隔壁法開挖，考慮到工序的復雜性、土體承載力不足、支護閉合時間較長、土體滲水較嚴重等因素，可采用三臺階（超短臺階）法+臨時仰拱開挖，依靠大體積核心土提高掌子面穩定性，依靠臨時仰拱控制拱頂沉降，并為洞內軟基處理提供施工作業平臺，經現場施工驗證，可有效提高作業效率、安全性和結構的穩定性。

2.2 洞內軟基處理

隧道銀川端洞口淺埋段，樁號K0+755～K0+860/ ZK0+751～ZK0+851范圍，地質勘察報告中屬第四系中更新統黃土，夾多層古土壤，地基承載力為250kPa。該段落開挖后，仰拱以下主要為第四系中更系統黃土，潮濕，可塑，含水量約26.5%，有明顯的滲水現象，地基承載力約110kPa。經挖探查明：自拱腳開始向下1～2m為第四系中更新統黃土，黃褐色，可塑，飽和；2～5m為第四系中更新統黃土（古土壤）層，灰褐色，可塑，濕～飽和；5～7m為第四系中更新統黃土，黃褐色，可塑～硬塑，濕，含較多鈣質結核。

經分析，土體滲水來源是古土壤上層滯水，為地表水下滲遇古土壤層（隔水層）后滯留所致，總體水量不大。施工期屬項目地雨季，地表水引排不及時而下滲后滯留，導致掌子面出現明顯的滲水現象。加之洞內滲水散排、浸泡拱腳及下臺階土體，加大了該部分土體含水量，降低其承載力，不滿求隧道結構的承載力要求。

為確保隧道結構和現場作業安全，綜合考慮該段落地基土含水量、洞內施工便利性、施工作業面、施工效率、洞內初期支護結構的動力敏感性、洞內軟基厚度等因素，排除了強夯法、換填墊層法、灰土擠密樁法，采用洞內高壓旋噴樁復合地基處治。

高壓旋噴樁復合地基的承載力特征值，可采用增強體靜載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。設計時可先按照有粘結強度增強體復合地基的公式進行估算，依據面積置換率、單樁承載力發揮系數、樁間土承載力發揮系數、樁端端阻力發揮系數等參數，得出樁體直徑、樁間距、樁長等初步設計值。然后進行現場試驗段施工，結合現場靜載荷試驗的結果，即復合地基承載力特征值和單樁豎向承載力特征值，調整初步設計參數，最終確定現場施工參數和工藝。另外，結合隧道有限元計算結論，兩側矮邊墻與仰拱銜接處相比仰拱正下方，對承載力的大小更為敏感，在設計樁間距和樁長時，應做加密考慮。經現場施工驗證，采取洞內高壓旋噴樁的方案，有效的提高了洞內軟基的承載能力，取得了很好的效果。

2.3 淺埋暗挖穿越沖溝

隧道樁號K0+933～K1+005范圍，穿越地表沖溝，埋深為30～50米。該處沖溝內地表植被較豐富，沖溝橫斷面呈V型，沖溝側壁陡立并伴有多處小規模坍塌現象，導致沖溝內時有堵塞，排水不暢。

項目施工期恰逢雨季，大量降水匯集于沖溝內部無法快速引排，通過豎向裂隙大量滲入隧道周邊土體，導致土體含水量增大，掌子面自穩性降低，引發隧道施工中出現掌子面失穩、初期支護變形偏大等現象。為保證穿越沖溝段施工和運營期的結構安全，需采取相應的工程措施進行處治。

結合土體含水量、承載力及洞頂沖溝的現狀，綜合考慮安全性、經濟性、施工便利性等因素，采用“內外兼治”的方案，即洞內調整支護參數+洞外地表沖溝處治二者結合的方案。洞內措施：采用φ108多循環管棚，提前加固掌子面前方土體；調整支護參數，改用加強型V級襯砌；加密環向排水管，仰拱下方敷設砂礫濾水墊層；選擇三臺階七步開挖法。洞外措施：地表陷穴和裂縫封閉，沖溝疏浚、黏土封水回填、埋置梯形預制排水溝；加強沉降觀測，及時調整工法和支護方案。經現場施工驗證，采取洞內和洞外配合的處治措施，后續施工未發生掌子面坍塌、初期支護侵限的現象，施工效率得到了提高，安全性得到保證，處治效果顯著。

3 結論

本文結合在建隧道出現的技術問題，如隧道洞口選擇、洞內軟基處理和淺埋穿越地表沖溝等，提出了靈活運用設計理念，基于洞內地基承載力、含水量和作業空間等不同采取加固措施，及地表沖溝“內外兼治”的處治思路及方案，取得了一定效果，積累了部分經驗，可供鄰近地區隧道建設參考。當然，地形、地質、含水量、承載力、工法和埋深條件，均對黃土隧道的設計和施工有決定性影響。項目經驗的沿用還應與實際情況緊密結合，做到具體問題具體分析，探明原因，對癥施策。