濕陷性黃土地質條件下隧道進洞施工技術分析

(重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

引言

濕陷性黃土隧道一般是指建筑結構處于濕陷性黃土地層中的隧道，我國的黃土地區公路和鐵路工程分布比較廣泛[1]。公路工程中的黃土隧道大多穿越黃土塬。由于鐵路工程的工程特性和交通要求，所以鐵路工程往往需要貫穿黃土塬、黃土高階地和臺地[2]。由于濕陷性黃土特殊的地質特征，以及易受擾動、易浸水和濕陷敏感度高，對隧道工程建設帶來影響，增加運營維護經濟成本。《鐵路隧道施工技術規范》雖然要求在工程條件允許的范圍內適當延長洞口的長度。在確保邊、仰坡穩定的地質情況下，施工單位應及時且快速施作洞口，及“早進洞、晚出洞”。但在實際工程中施工單位往往需要大面積刷坡，從而導致山體邊、仰坡不穩定，有可能導致山體滑坡使洞口加固防護費用增加。為保證后期洞口營運安全，應盡可能不破壞邊仰地表原生植，如有破壞，需要及時且徹底治理。王玉成、鄭修利等研究表明[3-4]：隧道未開挖時，山坡是穩定的。在隧道洞口施工方案中如何明確“零進洞”[5]需要結合隧道設計和實際地質、地貌選擇洞口位置和進洞施工方案，合理的施工組織，是保證隧道施工安全快速施工的關鍵。

一、洞口段工程施工方法

我國隧道土建部分一般包括洞門、明洞、洞身幾個部分。常見的施工程序如下：(1)洞口排水系統：《鐵路隧道施工技術規范》中要求在洞口邊、仰坡開挖線外大于5 m設置天溝排水，避免邊坡杯地面水沖刷。(2)清除設計邊仰坡開挖線內的地表植被(3)開挖洞口設計邊仰坡土石方。(4)邊仰坡防護：邊仰坡地質環境不穩定時，應在開挖前對洞口加固，如對地表注漿，安裝錨桿等。(5)施作洞門：傳統的隧道洞口段施工，要求在洞口先形成仰坡確保洞口穩定再進行施工。這樣的施工方法會造成山體的失穩，破壞洞口的生態環境。

二、零進洞

零進洞是在“早進洞、晚出洞”的施工基礎上采用先進的支護措施和正確的開挖方法，使隧道在最小刷坡下安全進洞，這要求結合洞口的地質條件，采取必要的加固措施，盡量少或不開挖邊坡，形成自然洞口，避免施工對洞口自然環境的破壞。零進洞施工需要注意如下幾點：(1)施工中盡量減少對原地表植被的破壞，保護土體穩定；(2)大幅度減少開挖，特別應避免山體清方大開挖；(3)采取由下而上的施工方法，先支護、后開挖，以減少高邊坡滑坡；(4)隧道洞口地質條件不良時應先治理，防止滑坡、沉降、泥石流等災害，然后再進洞。

三、實例分析

(一)工程概況。某隧道全長8140m，為雙線鐵路隧道。隧道工程地質復雜、隧道進口位于梯田上，洞口里程為DK172+320，洞口埋深為2.5m，DK172+320—+620段300m為Ⅴ級圍巖。

(二)隧道進洞施工方案。綜合隧道洞口地質、地貌、巖體情況等因素，以坡體穩定為施工原則，根據施工現場實際情況，選用暗進的零進洞法。

1.暗進起點選擇。根據現場施工情況，經設計代表、施工單位現場反復論證選擇樁號DK172+320為隧道進洞暗進起點。

(三)隧道進洞施工技術

1.施作洞口段排水系統。《鐵路隧道設計規范》要求黃土隧道應在邊、仰坡線10m外，結合現場地形地貌開挖天溝，天溝要求為梯式，以減少雨水沖刷。

2.套拱施工。在DK172+320處采用人工開挖邊槽，邊槽尺寸要滿足套拱施工，導向墻拱腳應采用放大基礎，確保支撐穩定。

3.超前管棚施工。為保證進洞施工時洞口安全，應先對洞口加固后再進行洞口施工。

(1)加筋與堵孔注漿。將按設計要求加工的鋼筋伸人管棚內，封堵鋼管與孔壁的間隙。孔口用厚3.5mm鋼板焊接和小導管來封堵管與孔壁間隙。利用注漿工具將配合比為1:1.2的水泥砂漿注進孔口進行封堵，要求注入的水泥砂漿長度不小于1.2m，以確保封堵質量。

(2)高壓注漿。利用注漿泵將配合比為1:1.2的水泥砂漿壓人孔內，利用鋼管上通過鋼管上預留的三漿孔來對地層進行加固。灌漿時應注意，當排氣管底部孔出純泥漿時，應迅速用螺母封住排氣口。注漿壓力為0.5-2.5mpa，設計要求維持注漿穩壓4-8min。

(3)鉆孔順序。鉆孔注漿應按照先兩側拱腳再拱頂，先單序孔，后雙序孔。總體為左右對稱同步鉆孔注漿。

(四)進洞開挖。管棚施工完成后，按三臺階七步(圖1)作業法組織隧道暗洞開挖施工。

圖1 三臺階七步法施工示意圖

四、結語

我國黃土地區集中了大量的公路隧道和鐵路隧道，本文結合黃土的物理力學性質和隧道工程的工程特性，針對濕陷性黃土隧道進洞施工提出了“零進洞”施工方案，減少了隧道施工對洞口自然環境的破壞、保護了隧道洞口附近的原生植被，在保證洞口穩定的情況下節約了建設成本。為特殊地形地貌的隧道進洞施工積累了經驗，具有一定的借鑒價值。