谈大断面黄土隧道快速施工技术

孔 祥 宇

(中铁十二局集团有限公司，吉林 长春 130031)

谈大断面黄土隧道快速施工技术

孔 祥 宇

(中铁十二局集团有限公司，吉林 长春 130031)

以郑西客运专线施工工程为背景，分析了大断面黄土隧道的变形特征及稳定性技术的关键要点，主要对留核心土台阶法、新意法、预切槽法三种大断面黄土隧道快速施工技术进行了阐述，以确保隧道工程的施工质量。

大断面，黄土隧道，快速施工技术，稳定性

0 引言

大断面黄土隧道施工技术在当前的建筑工程中，特别是隧道工程施工中属于一个重难点，它的施工技术和施工方法具有一定的复杂性和专业性，需要专业的施工技术人员做现场指导，以确保施工活动的顺利进行。下文以郑西客运专线的施工工程为例，阐述了快速施工方法在工程应用中的施工工艺和施工要点。

1 工程案例

郑西客运专线总的长度为460 km左右，其中隧道所占长度为55 km左右。隧道的土质大多属于黄土，这就造成隧道施工过程中施工难度的增加，导致施工进程缓慢，并伴有很大的安全隐患。从现阶段我国在此方面的施工状况来看，还没有形成一个较为系统、合理、成熟的施工理论体系，仍存在着很多的不足之处。工程中隧道开挖的断面面积最高达到了170 m2，开挖的宽度最大为16 m，黄土的含水量在10%～30%之间，隧道的埋深在0 m～220 m。那么施工人员依据大断面黄土隧道施工的特殊性，并考虑施工的安全性、施工进程以及工程成本的要素，确定最终的施工方法采用双侧壁、CRD等侧壁导坑法，对于深埋段采取相应的弧形导坑法。

2 大断面黄土隧道的变形特性以及稳定性技术的分析

郑西客运专线在施工期间，对于大断面黄土隧道的施工，依据施工现场的实际情况，采用了五种方法对其进行现场测试和验证计算，对其变形特性和稳定性技术的关键所在进行了探讨分析[1](五种方法分别是：CD法、CRD法、双侧壁导坑法、留核心土台阶法、双层支护和留核心土台阶法相融合法)。

2.1 大断面黄土隧道的主要变形特性

1)净空位移中垂直位移较为显著。大多数的围岩铁路双线隧道的净空位移是平行式的，而大断面黄土隧道净空位移是具有垂直位移特性的，并且各个施工方法的拱部下沉和水平收敛之间的比例都大于1。然而，该比例与埋深之间成反比关系，埋深越大，比例就越小。采用台阶法进行深埋时，比值会接近于1，埋深小于1倍时进行隧道开挖，这个比值会大于4以上；而其他的双侧壁、CRD以及CD法可以在同一埋深条件下，保证拱部下沉和水平收敛比平均在1左右。

2)净空位移受到初期支护和封闭距离的影响。初期支护是否处于封闭成环以及封闭时距离掌子面对隧道净空位移的影响十分明显。经过实际的试验可以看出，净空位移一般是在支护封闭之前发生的，一旦其处于封闭状态它的位移变化就越稳定。台阶法拱部下沉在初期支护封闭前可以达到总下沉的90%，并且下沉大小和仰拱封闭距离之间是正相关的关系；而对于侧壁导坑法来说，双侧壁先行导坑底撑及时封闭后方可开挖后行导坑，这样可以使拱顶下沉减少30%；CD法在应用时，在先行导坑没有处于封闭的情况下开挖后行导坑时造成中壁失稳现象的发生[2]。

3)掌子面前方预收敛变形。在实际的地表沉降测试中，可以获得精确的数据信息。通过对这些信息的分析，掌子面到达前，地表沉降可以达到沉降的15%左右；经过对斜孔的测试，可以发现掌子面到达前边墙范围地中水平位移可以达到总位移的25%左右；另外，可以通过全站仪器观测而得到台阶法上台阶掌子面纵向挤出位移约15 mm，一般是在开挖后2 h之内产生。

2.2 大断面黄土隧道稳定性技术的关键要点分析

1)开挖面稳定性。这主要是因为黄土的垂直节理和裸露开挖面的长期缺水和风化导致的，工程在开挖大断面时掌子面和拱部开挖面很容易失稳，缺少稳固性。

2)拱部整体下沉。它主要是因为黄土隧道拱脚的承载力较弱造成，并且会受到开挖工序的影响，这是最主要的诱发因素。在一些较新的黄土土层中，这种现象发生时间很快，并且与埋深有密切的关系，埋深越浅控制难度就越大[3]。

3 大断面黄土隧道快速施工技术

3.1 矿山法方案——留核心土台阶法

从目前我国这方面的施工来看，这种方法是隧道建设中采用最广泛的一种，其涉及到全断面法、台阶法以及侧壁导坑法三者。

郑西客运专线在施工期间，采用快速施工技术取得了显著的成效，施工的安全可靠性得到了控制。在现场施工时，要控制拱部整体下沉，台阶法采取了一系列的防护措施，但是根据实际的测试来看，它的开挖对黄土扰动性较大，对于地层沉降变形的控制还有很大的不足。

3.2 新意法

这种方法的工作原理主要是借助于对隧道掌子面超前核心围岩的勘察和测量，对围岩的应力应变形态进行及时的预报，并实时的把握隧道开挖后稳定、暂时稳定以及不稳定的状态把围岩划分为三种有针对性的类型，并在此基础上进行信息化的设计和施工，以保证隧道可以安全顺利的穿越不同的地层，并实现全断面开挖的一种隧道设计和施工的技术。

新意法的适用范围十分广泛，可以在地质环境十分复杂的条件下实现全断面的机械化施工，可以对隧道的变形进行有效的控制，具有很好的应用优势。依据于我国的地域特征，它一般是在地层较为复杂和软弱的地区，大断面黄土隧道在含水量不高的地段，它的稳定状态是暂时稳定的状态，只需要对掌子面进行适当的超前加固就可以了，如果是含水量较高的黄土层或者是对变形有严格控制的地段，就要选择这一方法进行施工[4]。

3.3 预切槽法

这种方法就是在进行隧道开挖工序之前，要利用一种特殊的链式机械切刀在隧道周边切出一个窄槽，与此同时，采用和切刀一体化的混凝土灌注设备把混凝土顺利的注入，这样就可以形成一个具有连续性的混凝土壳体。如果混凝土的拱壳强度达到标准后，要在壳体的保护作用下开始开挖、运输渣土、防排水以及二次衬砌等的施工流程。我们通过在实际的应用中可以总结出它的主要技术优势特点：

1)施工中的预切槽设备，它的作用就是可以大大降低对周围岩石的干扰，减少地层应力的有效释放，对拱顶起到控制作用。

2)隧道的横向和纵向结构可以形成一个连续的空间拱形结构，其他的一些后续施工环节要在连续拱壳保护下进行，这样做的目的是可以确保施工人员的安全。

3)在进行这种施工技术时，预切槽和灌注混凝土要采用机械施工的方式，并保证施工进程的一致性，这样可以有效的减少施工中开挖环节出现超挖和短挖的现象，更加有利于施工单位加强施工质量控制。

4)这种方法还具有超前支护、施工支护以及永久支护等的功能，可以在很大程度上代替超前小导管、锚杆等的支护设备，并且成本也不是很高。

这种施工技术相对来说应用较为广泛，属于一种新型的施工方法，对于施工建设单位来说，可以将其作为大断面黄土隧道快速施工的一种方法，但是，它在实际的工程应用中还存在着一些技术上的问题，需要研究工作者对其进一步优化改善，例如对支护结构的设计。

4 结语

随着我国建筑工程类型的不断增多，大断面黄土隧道工程的施工逐渐得到了广泛的重视。由于大断面黄土隧道施工的特殊性并结合实际的工程案例，它会对工程施工的进度和质量带来一定的不利影响，传统的隧道施工方法存在着施工强度较大、施工环境较差等的不足之处，这在大断面黄土隧道工程中表现更为明显，当前很多新型快速的施工技术虽然在实际应用中有很大的成效，但是也存在着一些不足之处，需要在时代的发展要求下进行创新和完善，以促进隧道工程施工的高质高量。

[1] 王新东.浅埋大断面黄土隧道安全快速施工方案探讨[J].铁道建筑技术,2012(5):86-90.

[2] 王星宇,孙佰平.浅埋富水地段黄土隧道快速施工技术[J].吉林交通科技,2010(3):41-44.

[3] 陈双秦.大断面黄土隧道施工技术[J].中华建设,2014(4):152-153.

[4] 石 磊,侯小军,武进广.大断面黄土隧道施工工法研究[J].隧道建设,2013(3):173-178.

Rapid construction technology of large section loess tunnel

Kong Xiangyu

(ChinaRailwayTwelveBureauGroupCo.,Ltd,Changchun130031,China)

Taking Zheng-Xi passenger-special railway line construction engineering as the background, the paper analyzes key points of deformation properties and stability technology of large-section loose tunnel, and mainly illustrates three kinds of large-section loose tunnel fast-construction technologies of core-step-leaving method, ADECO-RS approach and pre-cutting method, with a view to guarantee tunnel engineering construction quality.

large-section, loose tunnel, fast construction technology, stability

1009-6825(2015)30-0165-02

2015-08-16

孔祥宇(1986- )，男，助理工程师

U455

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