公路黃土隧道施工技術及控制要點

摘要 近年來隨著我國西部大開發工作的穩步推進，公路交通網絡逐步完善、加密，我國西部黃土地區長大隧道逐年增多，針對我國西部地區黃土地質公路隧道的施工，從黃土隧道特征、隧道的開挖、襯砌、防排水等方面結合自身理論知識及實踐經驗，對主要的施工技術要點，過程控制要點進行分析。

關鍵詞 公路;黃土隧道;施工技術;控制要點

中圖分類號 U455.1 文獻標志碼 A

0引言

隧道工程施工因其隱蔽性強、作業空間狹小、受地質水文不可預見因素影響較大、施工環境惡劣、工期長，常作為公路項目建設中的控制性工程，施工技術、安全、質量、進度及造價控制要求高，施工過程繁雜，黃土隧道因穩定性差、風險高，施工過程控制尤為重要，作為施工管理人員在施工過程組織中必須明確施工技術及控制要點，從而保證隧道建設的整體目標順利實現。

1黃土隧道概況

1.1氣候特征

我國的黃土和黃土狀土主要分布在昆侖山、秦嶺、泰山、魯山連線以北的干旱、半干旱地區。原生黃土以黃河中游發育最好，主要是山西、陜西、甘肅東南部和河南西部［1］。黃土分布范圍大致在年平均降雨量300～700mm線，降雨量小于蒸發量，即主要分布在溫帶地區。一般雨量偏小，氣候干旱，四季分明，春季氣溫回升快，降水量少，干旱多風；夏季氣候炎熱，降雨集中，多雷陣雨；秋季氣溫迅速降低，多陰雨天氣；冬季氣候寒冷干燥，少雨雪。

1.2水文、地質特征

黃土是以粉土為主，并含一定比例的細沙、極細砂和黏粒的沉積物。包括碎屑礦物和黏土礦物，前者占70%以上。在碎屑礦物中，主要是指相對密度小于2.90的輕礦物，占90%以上，石英最多，長石其次，還有一些碳酸鹽礦物（方解石、白云石等）。黃土中黏土礦物成分主要為水云母、高嶺石及蒙脫石。這些礦物的存在，使黃土具有吸附、膨脹、收縮等特性，影響到黃土的工程性質。碳酸鹽類礦物往往起膠結作用，使黃土在天然結構情況下，顆粒經常呈團聚體存在。遇水后，由于可溶鹽膠結的團聚體被破壞，往往使黃土的濕陷性增強。黃土中碳酸鹽類的存在可能增強黃土濕陷性。隧道布置一般處于為以梁峁為主體的丘陵溝壑地形，自然條件對大氣降水補給地下水不利，地表水與地下水均有利于排泄。不良地質主要為濕陷性黃土、濕軟黃土、素填土等。

1.3施工原理及特點

目前我國公路隧道施工主要依據“新奧法”原理組織，即以充分維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要技術手段，及時進行支護，通過控制圍巖的變形和松弛，減小圍巖應力，使圍巖成為支護體系的主要組成部分［2］。黃土隧道主要受黃土本身垂直節理發育的特點以及濕陷性特質影響，拱頂下沉的控制是隧道施工安全及質量的關鍵節點，隧道施工中必須將“短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的方針落實到位，減少圍巖裸露面積及裸露時間，通過過程監控量測，對拱頂下沉及周邊收斂數據進行動態監控，作為指導施工及調整設計的依據。

2主要施工方法

目前我國公路黃土隧道施工中洞口工程主要采用明挖法施工，運用管棚工藝的輔助施工措施確保安全進洞，洞身開挖方式主要有：全斷面法、臺階法、CD法等，根據洞身斷面尺寸大小及地質條件的不同臺階法施工中靈活運用兩臺階、三臺階及三臺階七步開挖法等多種形式相結合，本著短開挖、緊封閉的原則，減少一次開挖量及圍巖一次裸露時間，二次襯砌采用全斷面液壓臺車混凝土整體澆筑成型技術，確保了支護的整體性、安全性和美觀效果。

3黃土隧道施工技術要點

3.1洞口工程

良好的洞口選址和施工質量是保證隧道整體后期安全運營的核心，洞口工程的施工組織尤為重要，安全進洞和順利出洞是隧道施工組織的核心，是保證施工安全、進度、質量等目標順利實現的前提，因此洞口工程的施工必須引起高度重視，公路黃土隧道洞口施工主要存在技術要點：

（1）邊仰坡開挖前必須做好截排水溝施工，開挖本著少擾動的原則，邊坡及時完成防護措施，減少雨水沖刷和下滲對圍巖的擾動。

（2）洞身施工后加強邊仰坡及洞口襯砌的監控量測，早日完成洞門及翼墻施工，保證洞口段圍巖穩定，為洞內施工的安全組織奠定基礎。

3.2洞身開挖工程

洞身開挖的施工工藝、施工組織是整體施工進度的關鍵，黃土地區隧道施工受地質水文影響較大，項目前期必須根據地勘資料及現場調查做好工藝選擇和比對，目前公路黃土隧道主要運用臺階法，洞口偏壓地段采用CD法施工工藝，采用人工配合挖掘機方法組織開挖，裝載機配合自卸汽車出渣，施工中必須堅持“短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的原則，做好幾點：

（1）因黃土濕陷性的特點，黃土地質地層的圍巖穩定性受水影響較大，開挖過程中必須隨時檢測掌子面土質含水率變化，如果含水率變化較大必須立即反饋，調整開挖工藝、支護措施、施工組織等。

（2）因黃土地質層狀結構、垂直節理發育的特點，洞身開挖后拱頂下沉和周邊收斂監控量測中拱頂下沉明顯，適當的開挖外輪廓線放大是保證隧道凈空的關鍵，必須將監控量測數據作為施工組織的依據。

3.3洞身襯砌工程

洞身襯砌分初期支護和二次襯砌，初期支護一般采用“錨桿、噴射混凝土、鋼筋網、鋼架相結合”的手段，與圍巖緊密銜接，共同形成柔性支護體系，充分發揮圍巖自承能力，保證圍巖應力釋放后的二次穩定。二次襯砌施工是在初期支護內側的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護共同組成復合式襯砌，一般在圍巖和初期支護變形趨于穩定后進行［3］，進一步保證隧道運營的整體安全和美觀。

初期支護施工中必須注意幾點：

（1）保證噴射混凝土與圍巖，噴射混凝土與鋼筋網、錨桿、鋼支撐的緊密結合，杜絕襯砌背后空洞。

（2）加強錨桿，特別是鎖腳錨桿的施工質量，安裝角度控制，防止下臺階開挖后，拱架懸空鎖腳錨桿未發揮作用而發生掉拱現象［4］。

（3）工序銜接必須緊密，保證仰拱及時跟進，襯砌早日成環形封閉，便于圍巖內應力二次分布后支護體系盡早穩定。

二次襯砌作為隧道初期支護基本穩定后的內層襯砌，是加固支護、美化外觀、用于設置通信、照明燈設施的安裝，必須注意保證結構澆筑的整體性和隧道運營的凈空符合要求。

3.4防排水工程

黃土隧道施工中必須做好結構內部的防水和排水施工質量，按照新奧法施工原則，洞內防排水的原則是：宜排不宜堵，防、排、截、堵相結合，從而降低圍巖內水壓力對隧道襯砌的作用，具體施工中需注意幾點：

（1）加強防水卷材鋪設質量，防水卷材接縫熱熔焊接必須經檢測合格方可進入下道工序，初期支護表面平整，防水卷材固定牢靠，保證二次襯砌澆筑后防水卷材背部無空洞，卷材不破損。

（2）加強縱橫向排水管的安裝質量，保證三通連接牢固、管道坡度合適，排水暢通。

4黃土隧道施工控制要點

4.1增強技術管理在施工中的指導地位

公路隧道施工中多數因工期緊，項目管理注重工序銜接的緊迫性，將進度管理放在第一位，而忽略技術管理的重要性，易出現各種難以處理的繼發問題導致停工處理耽誤工期，如初期支護侵限、二次襯砌厚度不足后對初期支護進行換拱處理、施工縫滲水后進行防水堵漏處理、安全質量事故后的停工整改等自身原因造成大量工期浪費。公路黃土隧道施工中因土質垂直節理發育、受地下水影響較大，一般開挖后呈現出拱頂下沉明顯，開挖過程中易掉塊、坍塌等現象，施工中必須加強技術管理的重要性，總結經驗，采用科學方法指導施工，從而方可實現施工進度的穩步有序推進。

具體體現在工作中主要有：

（1）科學有序施工，本著全員參與的原則，加強施工方案審批及技術交底制度，保證全員交底教育規范，全員明確施工注意事項及操作要點。

（2）加強過程監控量測管理，利用監控量測數據的變形量及變化趨勢指導開挖過程中的輪廓線控制，利用監控量測的變形量指導支護成環及二次襯砌施工時間，如變形超限必須立即停止掌子面施工，采取措施降低風險擴大。

（3）加強掌子面的地質素描和含水率試驗檢測工作，在圍巖節理變化和含水率變化后立即縮短循環進尺，加強超前支護措施，保證開挖安全，利用技術數據指導施工組織。

（4）嚴格采用同條件試塊強度指導襯砌臺車脫模時間，保證襯砌強度及施工安全；在技術工作的肯定與指導下穩步推進施工組織才是項目得以順利實現各個目標的前提。

4.2加強施工過程中的質量、安全控制

隧道施工由于工期緊、任務重，一般采用晝夜循環施工，工作循環重復量大，隱蔽性強，必須加強過程控制，保證工序施工質量，主要有幾方面：

（1）加強過程原材、半成品、成品檢測工作，保證噴射混凝土的強度及凝結時間符合規范要求，施工中常出現因噴射混凝土拌和過程配合比控制不嚴，外加劑不匹配，養護不到位等原因導致初期支護強度不足引起變形開裂。

（2）加強襯砌厚度、防水板焊接質量等檢查，防水板的熱熔焊接必須專人施工、每批材料進行試焊驗證，保證結構滿足設計要求。

（3）加強超前地質預報工作，作到動態設計、科學施工、信息化管理，利用先進科學的新技術、新工藝變未知為已知，降低不可預見風險發生的概率。

4.3特殊地段施工控制重點

黃土隧道施工風險性大，特別是一些特殊地段：

（1）進出洞口地段，由于洞口段地質含水率高、埋深較淺，主要為新黃土，遇水濕陷性強，常發生洞口施工塌陷事件，因此進出洞口地段設計常采用超前輔助措施進行支護加強，必須嚴密監測，控制減少一次開挖量。

（2）黃土隧道施工中常發生土石交界面施工問題，即上部土質采用機械開挖，下部石方爆破施工，爆破振動后存在吊拱風險，必須嚴格控制一次爆破量，必要時修正拱架加工尺寸，盡可能爆破前拱腳處于石質界面。

（3）對于偏壓地段，因圍巖受力不均易發生拱架位移，變形侵限等問題，必要時需采用簡易CD方式，輔以臨時支撐穩定前期開挖斷面，及早閉合成環。

5總結

通過對公路黃土隧道施工技術及控制要點分析，黃土隧道施工隱蔽性強、作業面小、受地質水文不可預見因素影響較大、施工風險大、過程施工組織及技術管理難度大，為提升公路黃土隧道施工質量及安全管理，保證項目建成后的良好社會效益，必須在項目建設中加強技術管理工作，明確施工控制要點，科學合理組織才能更好地實現黃土隧道施工的各項目標，從而為我國交通建設作出貢獻。

參考文獻

［1］鮑燕妮.黃土地區高填方路基病害分析及處理方法［J］.城市道橋與防洪，2021（8）：107-110+118+17.

［2］楊育鴻.公路隧道施工質量檢測及評價方法研究［J］.西南交通大學，2010（3）：125.

［3］李旭升，陸祖圣.云桂鐵路隧道滲漏水的成因與防治分析［J］.交通世界，2018（9）：90-91+111.

［4］王旭.山嶺隧道三臺階七步法出洞施工技術與風險分析［J］.中南大學，2012（4）：73.