黃土隧道淺埋段施工技術

侯 明

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

某隧道穿越典型的黃土高塬溝壑地貌，施工難度較大，左洞起訖樁號ZK0+751—ZK2+856，長2105 m，其中淺埋段進口端172 m，出口端211 m；右洞起訖樁號K0+755—K2+837，長2082 m，其中淺埋段進口端226 m，出口端367 m。

1.2 地質情況

隧道穿越地形總體為北西—南東向的黃土塬，頂部為較平坦的黃土塬，植被較稀少，隧址兩側為黃土沖溝，地形起伏大。隧道進出口均遍布黃土沖溝，洞口均位于沖溝岸坡，地形呈陡坡狀，溝谷長度較小，谷坡較陡，局部較寬，整體呈爪狀，地形地質情況復雜。銀川端入口地形為緩坡低階地，坡度不大，埋深不超20 m，K0+933—K1+005 段有地表沖溝，埋深不超50 m。沖溝斷面為V 字形，其走向近于北東～南西向，地勢呈現中間高，四周低的總趨勢，但是南北地勢較之于東西則更低，兩側還有緩坡臺階的地形特點，因此地勢起伏相對較大，其內側壁多處坍塌致排水不暢，溝底部植被茂盛。隧道進、出口淺埋段為第四系中更新統黃土，含多層古土壤層，潮濕，可塑—硬塑，有大孔隙與裂隙，黃土豎向節理發育，受長時間地表降水、地下水補給作用，含水率較大，有明顯滲水現象，土體所滲地下水為古土壤上層滯水，為地表水下滲遇古土壤層后滯留所致。

1.3 存在的問題

施工階段，隧道進口段開挖后，土體含水量較勘察階段有較大差距，經實驗室測定近25%，勘察時最高為12%。經分析，主要原因在于勘察時為干旱季節，降水量小，施工時為雨季汛期，且本年度降水量較往年明顯增多，地表排水不徹底，隧道洞口及沖溝淺埋段濕陷性黃土特性明顯，遇水易崩解。隧道施工中，相繼出現洞口淺埋段拱頂沉降過大，地表出現開裂，沖溝陷穴等次生地質災害嚴重發育。因隧道開挖過程中形成較大洞室，受其影響滯水沿裂隙滲入洞室內，掌子面開挖時，很容易因其穩定性不良出現崩塌掉塊現象，不僅如此，邊墻、拱頂、拱腰不同位置普遍出現滲漏水，多處出露股狀明水；已施工初襯大面積滴滲水，部分地段較嚴重，呈線狀股狀水流出；且洞內滲水多處散流，引排水不及時，出現浸泡拱腳，致使仰拱基底土體含水量加大，承載力下降。

2 施工方法的確定

該隧道在設計上對開挖方法進行了研究和探討，在淺埋段采用CD 法開挖，深埋段則使用環形導坑預留核心土法開挖，緊急停車帶則采用雙側壁導坑法進行工程開挖。經多次組織專家現場討論分析，為確保隧道施工安全和結構穩定，順利進洞并安全穿越沖溝淺埋段，結合現場實際地質，決定采取以下措施[1-2]：對進洞口設計變更優化，改變洞門形式；加長洞口路塹開挖段，明暗洞樁號隨之調整，將暗洞縮短、明洞增長；加強洞口地表引排水措施，使之形成流暢的排水系統，做好邊仰坡臨時防護；洞口淺埋段采用CD 法施工，并加設臨時仰拱支撐，仰拱基底需加固及引排水處理（增設水泥旋噴樁加固，仰拱基底設30 cm 厚碎石墊層），對地表沖溝陷穴段落同時進行隧外地表處理及隧內調整加強洞內支護參數等措施。

3 淺埋段地表地質勘探鉆孔、沖溝及陷穴處理

3.1 地質勘探鉆孔處理

對左、右線隧道頂地質勘探鉆孔采用先吊入混凝土球然后回灌1 m 厚M7.5 水泥砂漿進行封閉，確保地表水不進入孔內滲入隧洞內。

3.2 地表沖溝處理

3.2.1 洞口兩側地表沖溝處理

對沖溝進行清表，清表厚度30 cm。沖溝回填處理在洞門開挖之前并結合截水溝施做，為保證工程質量，用水泥混合土作為回填材料，配比嚴格把控，逐層夯實，壓實度則必須在90%以上，回填頂標高在隧道拱頂標高上2 m 位置。其上覆蓋種植土并植草綠化，暗洞開挖需要水泥混合土抗壓強度達到2.0 MPa時，才開始施工。

3.2.2 洞頂沖溝處理

清理溝壁危險土體，并疏浚沖溝，人工開挖基底深0.5 m（松散層較厚區域適當調大挖深），將表層松散的土層清出棄放至棄土場，運用夯實機具夯實基底。沖溝疏浚、基底夯實處理后采用三七灰土換填，換填厚度50 cm；繼續回填三七灰土1.5 m厚，灰土攤鋪分段、分層進行，壓實度不小于90%。換填三七灰土且夯實處理后，表層鋪設50 cm 厚黏土隔水層，并預留排水溝的鋪設空間。回填土縱坡坡率按原沖溝溝底自然坡度進行順直，且不小于5%，回填橫坡按設計坡率5% 施作。局部原地表縱坡坡率小于5%的段落，依據實際地形適當調整清表土層厚度，保證沖溝處置后，回填土表面平整，溝內水流引排順暢。

3.3 地表陷穴處理

隧道影響范圍內陷穴采用夯填土回填，頂部采用C15 混凝土封閉做隔水處理，并做好周邊截排水措施引離地表水。

3.4 洞內支護參數調整加強

沖溝段下方洞內調整加強襯砌參數，同時運用Φ108 mm 注管棚循環穿越，每環30 m 共3 環，防止掌子面上方軟弱圍巖坍塌掉塊；加強洞內引排水措施，加密引排橫向排水管，應用砂礫過水墊層，設計在仰拱下，采用多級集中抽水的方式完成引排。

4 CD 法開挖施工技術

4.1 CD 法優缺點

獨立封閉成環的時間短，早期結構件跨度小，因支護的剛度大，施工時保持隧道整體穩定，下沉較小，為了抑制形變的產生，用中隔墻增強結構的剛度[3]。然而因為導坑斷面過于狹小，為了保證不對土層產生破壞，用人工開挖，即便是使用機械也只能是小型機械，加之工序復雜，施工進度較臺階法慢；拆除臨時支護時初期支護發生受力轉換，易造成較大變形，存在不安全因素[4-5]。

4.2 施工中質量控制

CD 法施工必須保證導坑工作面的縱向間距，這在施工中需要得到嚴格的把控；中隔墻的受力轉換復雜，在拆除前需對監控數據進行判定來確定拆除時間[6-7]。因CD 工法的復雜性，初支閉合時間較長，拆除中隔壁時的不穩定性產生較大安全隱患，實際施工中易發生臨時支撐變形致使導坑坍塌侵限現象，要嚴格施工工序控制措施。

5 監控量測情況

監控量測是整個施工過程中非常重要的部分，在該隧道的施工中發揮了巨大的指導作用。采用具有相關資質的第三方檢測單位負責數據收集整理，施工單位負責測點埋設與日常保護[8]。對地表下沉、拱頂沉降和周邊收斂情況進行監測，以斷面間距10 m為標準，所有測點保持在同一斷面，洞內測點埋入圍巖深度不小于20 cm，地表觀測點混凝土包裹。實際應用情況：受黃土豎向節理發育特性，黃土隧道以拱頂沉降變化為主，周邊收斂變化不大，特殊地段如偏壓地段、片幫地段周邊收斂也需高度重視；經監測數據分析，拱頂沉降量基本在15 cm 以內；水平收斂在5 cm 以內，設計預留變形20 cm，滿足施工需要。在實際監控中，發現同等地層下仰拱距掌子面超過20 m 后拱頂沉降速率明顯變大，故建議黃土隧道施工中，仰拱與上臺階步的距離應該不超過20 m。

6 效果評價

隧道淺埋段施工段落長，CD 法各部獨立封閉成環的時間短，結構受力小，施工時隧道整體下沉較小，降低了施工安全風險；利用現有機械設備通過工序循環有序銜接月進尺可達30 m，進度較慢但基本滿足淺埋段施工要求；通過監控量測變形速率的變化可隨時調整各個導坑的開挖進尺，及時增加臨時支護，有效控制圍巖變形。在該隧道洞口淺埋段設計優化及地表沖溝淺埋段處治后，實際成效顯著，開挖后掌子面未出現崩塌、掉塊，土體含水量也有效降低，初支滴滲水明顯減少，拱頂沉降在設計范圍內，基底承載力提高，整體施工安全風險變低，工人的施工效率也大幅改善。

7 結束語

（1）水對黃土隧道施工的影響很大，及時引排是關鍵，嚴禁散排，同時加強防排水施工質量，有效降低施工病害，尤其是縱向盲管與橫向盲管三通連接質量、防水板接縫焊接質量、縱向盲管土工布防水板包裹質量、仰拱與二襯結合部清理質量是防排水檢查的重點，確保排水系統完整流暢。

（2）監控量測是黃土隧道施工的關鍵工序，拱頂沉降數據對工序的指導意義重大，安全步距控制、開挖進尺控制、臨時加強處理等均與監控量測數據息息相關。仰拱距上臺階步距是控制圍巖變形保證初期支護穩定的重要控制手段，結合實際控制在20 m 為宜。當監測數據發生變化時要適當的調整，如在收斂較大的時候要進行臨時仰拱。