富水濕陷性黃土隧道施工技術研究

張宏偉

摘要：隧道工程作為公路工程建設的重要組成部分，為交通運輸業的發展起到重要作用，但由于一些特殊地質的影響，尤其是地質條件較差情況下的隧道開挖、支護更加困難。為達到公路隧道工程施工技術的具體要求，保證施工安全，確保工程質量，提高建設效率，結合國內外高速公路隧道建設和一些實際工作中的施工經驗，論述了富水濕陷性黃土隧道的施工技術措施以及淺埋、小凈距、滲水和塌方等特殊地段的處理措施，為類似隧道的施工提供參考解決方案。

關鍵詞：富水;濕陷性黃土;施工技術;特殊地段

引言：在富水濕陷性黃土段隧道施工過程中，要考慮更多的影響因素，結合隧道所在地區的氣候、水文等條件制定施工方案，確定施工技術。本文以天莊高速公路西坪隧道施工為工程實例背景，對施工過程中存在的施工技術難點所采取的一系列處理措施做簡要總結分析，為施工施工提供保障，有效地解決了隧道富水濕陷導致的沉降過大等問題。

1工程概況

本隧道為左右行分離式的雙洞長隧道，長2869m，最大埋深195m。隧道V級圍巖占95.2%，出口為小凈距隧道，最小埋深約20m。隧道下穿構造剝蝕低中山及侵蝕堆積黃土梁峁溝壑地貌，地勢起伏較大。隧址區主要為第四系全新統滑坡堆積黃土狀土，大孔隙及垂直節理發育，具有Ⅱ～Ⅳ自重濕陷性，土質松散，圍巖穩定性差。隧道出口段左線開挖至ZK158+170處上臺階拱腳出水，隨著暴露時間越長水量逐漸加大，含水率在25%左右，水流量15-30m3/h，下臺階及仰拱位置處有卵石持力層，透水、富水情況下對圍巖影響很大。

2施工難點

（1）隧道出口斜交，地形條件較差，洞口最小埋深約20m，且為小凈距，受力條件較差，需控制變形，以防止初期支護和地表結構沉降開裂。

（2）隧道富水，施工時極易出現涌水、突泥等現象，如何解決好隧道防排水問題，保證工程安全質量是施工的重點。

（3）隧道主要為V級圍巖，含水量大，分層明顯，局部穿越砂層，結構疏松，開挖后極易掉塊、崩解，形成垮塌，施工難度大、風險高。

（4）隧道地基承載力很差，施工難度在于如何提高地基承載力，防止隧道沉降變形。

3施工技術

3.1早超前、勤量測

超前地質預報、監控量測等信息化技術手段為隧道施工提供技術支撐和安全保障。根據超前地質預報掌握掌子面前方的圍巖情況，預防可能形成的災害性事故，以便提前做好預防措施，避免造成損失;通過施工現場的監控量測了解圍巖的穩定狀態，掌握支護可靠程度。對于淺埋段、小凈距、軟弱圍巖等特殊不良地質要增加監測頻率，及時調整、優化支護結構參數，確保施工安全及結構的長期穩定性。

本隧道采用地質雷達探測法，利用電磁波反射原理探測淺層地層的劃分、巖液、空洞、不均勻體的檢測，短距離探測前方30m內的地質情況，同時利用地質雷達對隧道洞底和兩側的圍巖發育及巖體破碎情況進行探測。由于濕陷性黃土隧道地形結構復雜，圍巖破碎、分層明顯，且含水率較大，為確保超前預報結論的真實可靠性，探測距離控制在15～20m，連續兩次預報重疊長度在5m以上。

監控量測項目主要包括：洞內外觀察、拱頂下沉量測、周邊收斂量測、地表沉降觀測和拱腳下沉量測。為了解隧道圍巖及支護變形發展趨勢，對圍巖穩定性作出判斷、預測隧道圍巖最終穩定時間，對于濕陷性黃土隧道需增加監控量測頻率。拱頂及邊墻每隔5布設一組觀測點，對于復雜圍巖地段，拱頂下沉和周邊收斂頻率也由規范要求的1～2次/d調整為3～4次/d，地表下沉的監測也增加到1次/d。

3.2短進尺、快開挖

采用機械開挖方式。輔助以人工進行修整排險，嚴格控制好超欠挖。采用三臺階預留核心土法，核心土長度為5m，寬度為上臺階開挖跨度的1/2，坡度為1：0.5～1：0.75。嚴格控制開挖進尺，降低圍巖失去承載能力而發生坍塌等安全風險，上臺階每循環開挖進尺控制在1榀拱架間距，中下臺階左、右側錯開開挖，防止上部結構兩側拱腳同時懸空，中下臺階開挖控制在2～3榀拱架間距，仰拱一次開挖3～5m，中臺階左、右側開挖錯開2～3m，下臺階左、右側開挖錯開3～5m。超短臺階開挖，中臺階距掌子面3～5m，下臺階距中臺階5～7m，仰拱距掌子面30m以內，必要時需緊跟掌子面，二襯距掌子面控制在60m以內，在滿足規范要求和受力穩定的前提下盡可能縮短進尺，短臺階緊跟，工序緊密銜接。

3.3強支護、早成環

嚴格按照“少擾動、快加固、強支護、勤量測、早成環”的原則進行，開挖完成后立即進行初期支護。先對圍巖進行初噴混凝土，防止裸時間過長造成掉塊、垮塌;鋼拱架之間通過連接鋼板采用高強螺栓、加勁鋼板和焊接，連接時要保證鋼墊板的連接質量，并確保焊縫質量滿足相關規范要求;采用雙層鋼筋網片施工，鋼筋網布置在鋼拱架的內外兩側，保護層厚度大于2cm;超前小導管施工時，根據實際圍巖情況，每隔2～3榀拱架施作一次，每次施作37～43根。外插角控制在5～12°，尾端支撐于鋼拱架上，縱向至少保證1m的搭接。鎖腳錨管施作在開挖臺階的拱腳處，與豎向夾腳為30～45°斜向下打入圍巖，用來控制拱腳位移。下臺階鎖腳錨管與Φ89*6mm微型鋼管樁隔榀施作，用于地基承載力加固。嚴禁超前小導管和鎖腳錨管只打管不注漿，避免造成侵限坍塌等不良事故發生，注漿應保證注漿機滿足要求，有效填充圍巖裂隙、逐漸飽滿，確保超前支護效果;仰拱及回填整幅施工，盡早施作仰拱，形成封閉環;二次襯砌采用模板臺車和泵送混凝土的機械化配套施工措施，一次澆筑完成，施作完成后檢查與初期支護之間的空隙，一經發現，及時注漿回填。

4特殊地段處理措施

4.1洞口邊仰坡施工措施

隧道洞口段岸坡不良地質主要為滑塌堆積體，受溝岸滑塌影響，溝岸上部土質岸坡坡度陡。針對該隧道洞口實際情況，采用傳統邊仰坡處理對坡體擾動大，開挖高度及工程規模較大，成本高，對隧道洞口環境破壞較大，工程美觀效果差。為了有效降低隧道邊仰坡開挖高度，有效保護環境，節約投資成本，采用了微型鋼管樁結構，先開挖邊仰坡第一級臺階以上土方，同時施工邊仰坡防護，然后施作洞頂第一級臺階微型鋼管樁，選用Φ127*10mm無縫鋼管，單根長18.25m，鋼管縱向連接需焊接，鋼管內Φ32鋼筋每隔100cm采用Φ14定位鋼筋焊接在一起，Φ32鋼筋露頭彎鉤長度30cm，與框架梁內鋼筋焊接成整體，鋼管樁露頭0.25m，與框架梁鋼筋焊接并澆筑在一起，孔底30cm為水泥漿墊層。該結構可首先快速的對隧道邊仰坡進行預加固，在預加固鎖口的前提下，有效提高邊仰坡的穩定性，減少隧道洞口開挖對坡體的影響，防止施工中邊仰坡的坍塌，給隧道安全快速進洞提供充足的操作空間，而且微型鋼管樁整體工序快速便捷，成本較低，大大提高了施工安全、成本和進度。

4.2淺埋段施工措施

隧道洞口為淺埋偏壓段，濕陷性黃土，圍巖穩定性差，采用強度高、剛度大的I22a型鋼拱架，間距50cm，二襯厚50cm。設置超前大管棚加固，確保安全進洞，采用Φ108*6mm無縫鋼管，環向間距40cm，總長40m，每節長3m、6m，相鄰鋼管接頭數至少錯開1m，接頭采用長15cm的絲扣直接對口連接，管內放置鋼筋籠并完成注漿。為確保鉆孔方向，在明洞外施作60cm厚C30砼套拱作導向墻，縱向長2m。套拱施工前，結合套拱段對應暗洞襯砌結構預留變形量及實際開挖揭示地質情況結合現場監控量測數據，將套拱輪廓及拱架半徑做合理調整，防止套拱侵限。對鎖腳錨管支護加強，采用Φ60×5 mm無縫鋼管，上臺階每榀4根，中臺階每榀8根，下臺階與Φ108*6mm微型鋼管樁隔榀施作，每榀6根。施工時加強對地表和洞內的觀測，通過數據及時調整支護形式，有效地保證了淺埋段隧道施工的安全，控制了地表沉降，確保了隧道的質量。

4.3小凈距隧道施工措施

西坪隧道出口段屬于小凈距偏壓隧道，施工時兩洞掌子面保持不小于2B（B為隧道的開挖寬度）的距離，施工順序按照先開挖山外側洞（右洞），再開挖山內測洞（左洞）進行。小凈距隧道施工的技術要點在于減少對巖柱的破環、加強中夾巖柱，通過超前注漿加固的措施，確保中夾巖的穩定。

4.4基底處理措施

隧道洞口及濕陷性黃土段，地基承載力較低，為減少基底不均勻沉降，確保施工安全，采用高壓旋噴樁進行地基處理。施工之前選取洞口地質情況相近區域進行試樁試驗，通過5根試驗樁的施工和質量檢驗，結合施工所用的時間、最終的注漿量、以及不同壓力下成樁情況等綜合分析，最終確定洞內旋噴樁施工參數為噴射壓力26-28MPa;注漿管直徑42mm;鉆頭旋轉速度22r/min;鉆頭提升速度25cm/min;水灰比1：1。

洞門墻基礎及明洞基底旋噴樁間距為1.2m，樁長7m，暗洞基底間距為1.5m，樁長5m，均呈梅花型分布。洞內旋噴樁施工前，在仰拱初支底部預埋Φ200mmPVC管，第一排布置6根，第二排布置4根，交替排列，管頂部密封，防止仰拱澆筑過程中將混凝土流入管內，影響旋噴樁施工。正式施工時，所用參數根據試驗樁所得參數進行施工，首先將鉆機就位，然后使用潛孔鉆機鉆孔，而后進行噴射作業，鉆頭的提升速度嚴格控制在25cm/min，不能過快，當噴射注漿到設計標高時，拔出噴射管，并清洗整個注漿系統，最后將鉆機移動到下一樁位，完成下一根樁的施工。高壓旋噴樁的施工要點在于水灰比的控制。使用一個直徑1.18m，高1m的圓柱型漿液攪拌桶，每次將水加入45cm高（水質量為492Kg），然后加入10袋42.5水泥（水泥質量500Kg）攪拌，攪拌時長控制在4-5min之間。

4.5滲水處理措施

隧道施工至ZK158+170處上臺階出水，出水點集中，但水流量大，洞內施作臨時排水溝將水引入仰拱中心水溝排出。施工過程中及時加強支護參數，施工至ZK158+120處水量減小，但掌子面多處開始滲水，圍巖穩定差，核心土滑塌，為保證隧道安全施工，確保工程質量，對掌子面進行全斷面注漿之水，采用水泥——水玻璃雙液漿，水玻璃濃度控制在35波美度左右，水灰比為1：1，注漿初壓為0.5～1MPa，終壓為2MPa，注漿導管的位置和長度根據現場止水效果進行調整。

4.6塌方處理措施

隧道施工至YK158+260處圍巖變形大，土體含水量高，自穩能力差，開挖后引起坍塌，上臺階初支面12m全部塌方。圍巖穩定后立即組織人員機械對掌子面進行回填反壓石渣，施作管棚，進行換拱處理。

掌子面回填時預埋泵管，對空洞位置泵送輕質混凝土，防止造成二次塌方。而后施作套拱，采用I22a工字鋼，間距60cm，立三榀拱架，鎖腳采用Φ60*5mm無縫鋼管，每榀施作8根，與鋼拱架采用Φ22U型鋼筋從拱架腹板打孔穿過并焊接牢固，安裝鋼筋網片，噴射混凝土。套拱內固定導向管，采用Φ140*6mm無縫鋼管，1.5m長，環向布設40根，導向管仰角角度控制在1.5-2°。管棚采用Φ108*6mm跟管，總長35m，采取絲扣連接，絲扣長15cm，編號奇數孔位第一節管長1.5m，偶數孔位第一節管長3m，以后每節均為1.5m，管壁每隔20cm梅花型鉆眼，直徑10mm。鉆孔前對操作平臺進行夯實，確保在鉆進時鉆機不發生傾斜滑動，鉆機底坐調平，鉆臂仰角符合設計要求。將管靴套在第一節跟管上并擰緊，鉆頭伸入跟管內并與管靴卡緊，將跟管和鉆桿同時沖擊回轉，鉆到設計孔深。鉆孔結束后將鉆桿拔出，跟管留在孔內護孔。將事先用三根Φ22鋼筋加工好的鋼筋籠插入管內，節節之間焊接，鋼管終端密封。為保證注漿質量，鋼筋籠安裝完成后，用錨固劑封堵鋼管與孔壁之間的空隙，管棚端頭焊接密封并連接注漿閥，用高壓泵將水泥漿注入鋼管內，固結附近的巖土層。安排專業技術人員進行管棚施工，提高施工效率。管棚施工完成后逐榀換拱，確保施工安全。

5結語

濕陷性黃土隧道施工必須遵循“短進尺、強支護、早成環”的原則，隧道開挖后需立即進行支護，盡量縮短圍巖暴露時間，減少圍巖沉降變形。做好超前地質預報和監控量測，為隧道施工提供安全保障。做好隧道防排水措施，合理控制施工步距，盡早地形成封閉環，有效提升整體承載能力，確保隧道的施工安全。

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