浅谈黄土隧道的施工控制措施

王成祥

1 概况

翼城—侯马高速公路是山西省总体规划“十一横”中的第十横，是山西南部地区通往中原、西北、华北及东南沿海地区的主要通道之一。其中西化坡隧道位于翼城县东约 26 km的杨家河西岸黄土峁梁，隧道单洞总长 595m，桩号里程为:右线 K 63+660～K 63+945，左线 K63+635～K63+945，进出口明洞左右线各30m。地貌单元为黄土丘陵区，地层以中更新统(Q2)坡洪积物及第四系上更新统(Q3)黄土为主，大部分不湿陷或具Ⅰ级非自重湿陷，局部Ⅱ级非自重湿陷，未有地下水，围岩级别定为Ⅱ类为主。

2 设计优化

原初步设计时隧道单洞共长 810m，在施设阶段，根据地形及地质条件，路线 JD2移位 21.6m，进行了平、纵线形的联合优化，使得西化坡隧道长度变为 595m(单洞共长)，比初设短 215m，并将隧道向地质条件有利的一侧偏移;设计时采用小径距、分离式单洞双车道断面，以便在兼顾路线线性、土地占用等原则上，尽量降低断面对土质自稳能力的扰动，因上部全为黄土覆盖。

隧道横断面设计见图 1:净宽:9.75m，净高 5m，右侧设检修道，衬砌断面内轮廓采用单心圆。

3 施工控制

小净距隧道施工控制的重点是工序控制，要正确安排双洞开挖、支护的间隔和顺序，有效地控制两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形，确保隧道结构的安全。

根据黄土围岩地段及现场条件，以保护中夹岩体的稳定完整为前提，制定施工开挖及支护的基本指导原则:“先治水、短开挖、不爆破、强支护、早衬砌、勤监测”，并严格控制左右洞开挖的时间和长度，其同断面开挖时间必须错开，不得同时开挖，以免发生塌方。

3.1 台阶开挖法分析

台阶法可以有足够的工作空间和相当的速度，但是上下部有干扰。先行开挖上部台阶，并选择适当的台阶长度，应根据初期支护形成的闭合断面时间的时间要求，以及上断面开挖支护出渣等机械设备所需的空间大小。台阶法开挖会对围岩的扰动次数增多，但是台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但是注意下部作业时对上部稳定性的影响。1)台阶的长度要适当。按台阶的长短可分为长台阶、短台阶、微台阶三种。台阶的长度如图 2所示中的L，长台阶 L＞50m，短台阶 L=5m～30m，微台阶 L=3m～5m。 2)解决好上、下断面作业的相互干扰问题，微台阶基本上是合为一个工作面进行同步掘进;长台阶基本上拉开，干扰较小;而短台阶干扰就较大，在施工时应注意作业组织。3)下部开挖时，应注意下部稳定。围岩稳定性较好则可以进行分段顺序开挖;若围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进的进尺;若围岩更差则要左右错开。

3.2 台阶法施工

3.2.1 主要开挖的机具及材料

主要开挖的机具见表 1。

表1 主要开挖机具

3.2.2 施工工艺

采用正台阶法施工，上半断面预留核心土，稳定掌子面，每一循环进尺 0.5m～1.0m，开挖采用机械(挖掘机)开挖结合人工开挖，严禁出现爆破以及大进尺的开挖，自卸汽车出渣，随挖随出渣，以便保证洞内的施工工作面。在整个开挖过程中，每个循环都必须进行超前地质情况探测以及超前支护，采用先拱后墙法，若遇到断层开挖面时则必须进行马口开挖，根据超前钻探资料，分析断层情况，选用合理的开挖方法以及循环进尺。在隧道开挖中延续向隧道前进方向超前钻孔，每次不得少于 2个钻孔，每个孔的长度不小于 4m，此时各个循环断面的距离必须缩短，并且在开挖完成后立即进行初喷混凝土，减少围岩的暴露、松动和地层压力的增大，从而充分发挥构件支撑作用，保护中夹岩体的承载力及围岩稳定，尽量早封闭成环。紧跟开挖面之后，严格做好现场监控量测，根据量测反馈的信息，及时调整初期支护和二次衬砌的最佳时间，以确保每个循环的工作安全和工作质量。

3.2.3 施工要点

1)整个施工过程中要贯穿一个思想:快速和干燥。即:循环快，进尺快;干燥就是要保证隧道内部无水状态下施工。湿陷性黄土最大的优点是:在干燥的状态下，粘滞性好，整体稳定性好，不容易掉块，不易在短时间内产生坍塌。2)在上台阶开挖时保证预留核心土弧形开挖，机械为主，人工为辅。3)在下台阶开挖过程中，单洞左右边墙一定要错开开挖。4)不同类围岩交接处，严格控制水。开挖后立即进行支护，切宁强勿弱。5)左右洞错开开挖，其各自开挖断面相距应不小于 30m。综上所述，黄土隧道，特别是小径距的土质隧道，虽然有不用爆破的有利条件，但也存在着围岩自稳能力严重不足且抵抗施工破坏能力弱的缺点，因此必须针对这些特点，施工前制定可靠、可行的施工组织计划，切实做好开挖方案的选择及工序的严格执行，目的就是要充分利用围岩有限的自稳能力，尽量减少破坏干扰，开挖后及时紧跟支护体系，形成岩体与支护结构尽快整体受力的效果。

[1] 王善高，严少发.大断面黄土隧道施工关键技术[J].山西建筑，2009，35(6):338-339.