大斷面黃土隧道施工技術分析

衛學軍

山西路橋第五工程有限公司 山西太原 030000

公路建設規模在社會經濟發展的促進作用下而逐步擴大，施工期間易遇到較復雜的地質條件，不利于工程建設工作的順利開展。黃土地區的地質條件特殊，于該處施工大斷面隧道時，易誘發質量問題甚至安全事故。對此，需要從實際建設條件出發，引入先進的施工技術，切實提高大斷面黃土隧道的施工質量。

1 工程概況

某黃土隧道工程，全長1241m，最大、最小埋深分別為56m、12m，屬黃土淺埋隧道。隧道結構方面，主體部分為曲墻帶仰拱復合式襯砌，施工材料為C35防水混凝土，抗滲等級不低于P10。出于安全層面的考慮，加強初期支護，采取的是“鋼拱架+鋼筋網+錨桿+噴射混凝土”相結合的方案，以形成完整、穩定的初期支護結構體系[1]。

2 大斷面黃土隧道的施工難點

地質勘察結果顯示，黃土地區主要含三層，自上而下分別為新黃土、老黃土、第三系泥巖。各部分的性質不盡相同，其中新黃土的土體相對疏松，受外部壓力的作用，易出現土體變形、下沉現象。在常規的大斷面黃土隧道施工中，常采用的是掌子面分割開挖的方法，期間根據實際情況適時增設臨時支護結構。但該方法存在局限之處，即擾動性較強，易導致本就缺乏穩定性的圍巖進一步變得疏松，且洞內作業空間有限，大型設備難以順利進場，不利于施工進程的高效推進。并且，隧道的圍巖條件錯綜復雜，存在諸多潛在影響因素，需根據實際情況靈活改變方法，由此帶來施工周期長、質量可控性差、安全隱患多等問題。針對大斷面黃土隧道的施工難點，需要采取適應性更強、效率更高的施工技術[2]。

3 大斷面黃土隧道施工技術分析

3.1 套拱及管棚施工

套拱基礎用C25混凝土澆筑而成，按設計要求，將提前加工成型的鋼板和鋼筋預埋到位；配套φ42mm的鎖腳錨桿，利用該裝置穩固套拱內鋼板腳底，以免施工期間出現失穩現象。

于套拱上安裝2榀I20a型鋼拱架，彼此間用連接鋼筋穩定連接。待工字鋼架安裝完成后，由技術人員檢測，確定導向管的具體位置。在本工程中，導管采用的是φ127mm×5mm鋼管，具體如圖1所示。套拱施工期間，于相鄰兩導向管間設置φ22mm錨栓，在采取此方法后，可抵消鉆孔時的反力，減小外力所帶來的不良影響。

圖1 套拱中導向管示意圖

大管棚成型后，鉆機就位，進入鉆孔施工環節。鉆進期間，操作人員精準控制設備的作業姿態，鉆桿和鉆具各自的軸線應共處相同的直線上。導向管施工中，外插角按1°-3°控制。鉆孔作業落實到位后，及時澆筑水泥砂漿，隨著時間的推移，待水泥砂漿凝固后，即可關閉預先設置在管外的閥門，按照此方式有序施工。

鋼管選用的是φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管，按照環向間距40cm的標準依次設置，鋼管絲扣長15cm，相鄰鋼管接頭錯開量至少達到1m，具體根據實際情況靈活調整。鋼管需穩定設置在襯砌拱部，實際位置與設計位置的誤差不可超過20cm。于明洞襯砌外設置套拱，縱向長2.0m、厚60cm。

3.2 三臺階法施工

根據隧道進口段的施工條件，采用三臺階法施工，基本思路為：測量放線→上、中臺階超前支護→鉆孔→注漿→扒渣→裝渣→打設錨桿→噴射混凝土→施作仰拱→施作二次襯砌。

開挖施工中，首先處理的是上邊的弧形導坑，再轉為左右錯位開挖的方法，由此完成中臺階的開挖作業，期間密切關注現場情況，及時挖除上中臺階的核心土，再施作下臺階的仰拱，期間各道工序緊密銜接，形成流水化作業模式，盡可能在短時間內實現仰拱封閉成環的目標。

各階段開挖的關鍵作業要點有：

（1）上臺階開挖：經前期的超前支護作業后，若無誤即可進入上臺階開挖環節，采取機械設備為主、人工為輔的方法，預留核心土，高度2.3-2.5m。

（2）中臺階開挖：以兩側左右錯開的方式開挖，原因在于經前期施工后，已經形成具有穩定性的上臺階初期支護結構，可以發揮出支護的作用，因此具備錯開開挖中臺階的施工條件。挖掘機應在中臺階的核心土處穩定運行，由專員操作，精準控制開挖進尺，隨后再由人工修整，全面保證開挖質量。

（3）下臺階開挖：施工方法與上臺階相類似，開挖長度取3-4榀拱架間距。

（4）出碴：各部分開挖期間將產生棄碴，為避免現場堆積現象，宜利用挖掘機裝載，由自卸車轉移至指定堆放場所。

3.3 初期支護施工

以隧道開挖進度為準，合理安排初期支護作業，保證兩項工作同步開展。嚴格按照設計要求控制施工長度，未經許可時不可隨意變更；及時設置支撐裝置，發揮出防護作用；密切測量挖掘深度，根據實測數據指導后續的開挖施工，在安全的環境下完成各項開挖作業[3]。

3.4 二襯施工

為充分發揮出二次襯砌的支護作用，需嚴格控制其與仰拱的安全距離，具體根據現場圍巖等級而定，Ⅳ級圍巖時該值≤90m，Ⅴ圍巖時該值≤40m。此外，根據各施工部位選擇合適的材料，填充環節以C15混凝土為宜，仰拱施工可采用C30混凝土。以施工要求為準，在攪拌站集中生產適量質量達標的混凝土，遵循隨拌隨用的原則，將出廠后的混凝土及時轉運至現場，檢測其坍落度，滿足要求后方可用于澆筑，優先施工仰拱中心，逐步向兩邊對稱推進。為確保混凝土具有足夠的密實性和平整性，澆筑期間利用振搗器振搗。需注意的是，振搗器的作業點位應具有合理性，不可出現振搗點過密或過于疏松的情況。

圖2 隧道初期支護施工

3.5 防排水施工

初支與二襯間設置防水板（1.5mm厚）和無紡布，縫隙處使用雙焊接縫。

根據施工要求，在矮邊墻處設置防水板，該板材結構與二襯間易形成縱向接縫，為盡可能避免此問題，在二襯施工前便制作合適尺寸的襯砌臺車，對其兩側底模采取加長處理措施。仰拱以上的部分采取二襯混凝土一次澆筑成型的方法。經過一系列的技術優化后，可以提高矮邊墻的施工效率，并且可減少防水板兩側的縱向接縫，具有較好的綜合應用效果。

隧道為上坡施工，在此條件下，隨著掌子面的開挖，部分水（指的是灑水濕潤處理后多余的水）易向下流淌，從而聚積在仰拱開挖處。針對此問題，采取的是霧炮機噴霧降塵的方法，此時可以有效減少多余的水分，由此避免水分大范圍聚集在仰拱開挖處的情況。在錨桿鉆孔施工環節，加強對用水量的控制，在不影響施工質量的前提下盡可能減少用水量，以免因水分過多而流淌至仰拱基坑處。此外，經仰拱開挖作業后，需隨即組織仰拱混凝土回填，通常該間隔時間不超過1h。

4 結語

綜上所述，大斷面黃土隧道的地質條件特殊，隧道開挖期間易出現失穩現象。對此，工程技術人員需遵循因地制宜的原則，做好前期勘察工作，根據現場施工條件合理制定施工方案，適配先進的施工技術，以規范化的方式將相關工作落實到位，保證大斷面黃土隧道的施工質量。