黄土隧道施工中的安全控制要点及处治措施

任 爱 林

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

0 引言

随着经济的发展，我国的高速公路建设也进入了高潮，特别是中西部地区的高速公路建设势头迅猛。西北地区是我国最主要的黄土分布区。在高速公路建设中，隧道穿越黄土层，具有极大的施工风险，坍塌事故时有发生，极易造成重大损失。

我省(山西)是我国黄土的主要分布区之一。在我省的高速公路建设中，大断面、超大断面的黄土隧道相继涌现，施工风险极大。黄土隧道施工安全是一个复杂的系统工程，科学有效的进行隧道施工工序控制，重视隧道施工中的质量及安全管理，是进行黄土隧道施工的一个技术重点。

1 黄土隧道

黄土属于特殊土的一种。黄土颗粒成分以粉粒为主，强度低，遇水易软化或湿陷。黄土表层多具有湿陷性，对工程建设影响很大。在黄土隧道洞体施工中，采取有效的支护措施是确保施工安全的关键。

修建于黄土体内的隧道称为黄土隧道。在黄土隧道施工中，进行的洞体断面开挖，不可避免形成了黄土层的扰动，塌方在支护缺陷的影响下就会形成。在高速公路建设中，黄土隧道施工中易发生洞内坍塌和地表沉陷等问题。新黄土一般覆盖在老黄土之上，呈松散结构状，垂直节理面上易形成竖向软弱层。老黄土颗粒间的孔隙经过地质严密积压而不具有湿陷性，土体承载力与地应力相比较低，塑性变形特别容易发生，当土体蠕变过大时容易导致塌方的形成。

黄土土质松软、承载力低，且黄土变形具有突变性、非连续性和不可逆性。黄土隧道施工风险非常大，特别是洞体支护不足时，出现施工安全问题就不可避免。做好黄土隧道施工中的安全控制，可有效确保隧道施工的安全快速。

2 安全控制要点

黄土隧道施工是一项复杂的施工工艺。常用的黄土隧道开挖有弧形导坑法、双侧壁导坑法、CRD导坑法等。做好施工中的开挖、支护、防排水、仰拱等安全控制要点，重视隧道施工现场管理，对保证隧道施工质量和安全具有积极意义。

2.1 施工前准备

主要是要进行图纸核对及地质条件、地形地貌复核。

在开工前，测量人员须记录对隧道地处部位地形地貌进行的详细勘察结果。相关人员细致进行施工图纸核对，保证存在的问题或疑问达到提前发现，提前解决的目的。

2.2 洞口施工

在进行洞口施工前，应先对洞口段是否处于偏压、浅埋或者滑坡范围内进行核对，还须注意进行洞口排水系统的完善有效。黄土隧道洞口大多处于黄土峁梁，桥隧相连，具有线位高、坡面陡的施工难题。对于在洞口开展明洞和桥台施工困难的问题，须在设计中考虑采取多重有效的防护措施。

当在存在较大偏压的洞口施工时，采取有效的减载和反压或支挡措施须予以考虑，以使得开挖后的初期支护开裂或变形有效避免。

对于浅埋段的洞口施工，进洞位置须慎重考虑。一般使用“先缩后伸”的进洞方式较多，通过明暗交界部位的调整，根据施工现场的条件确保暗洞进洞后再及时施作明洞延长。

对于需要在滑坡体内进行洞口开挖作业的，应先鉴定滑坡体的成因和稳定性，根据鉴定结果采取合适有效的处治措施。

进行洞口的边仰坡施工时，应严格按支护设计要求一次性支护到位，开挖作业自上而下一次到位。对于高边坡的开挖，可通过预留一定宽度的台阶来确保土体稳定。为应对突发性大雨，还应设置足够的防排水设施。

2.3 洞口段施工

洞口段施工会造成一次山体整体性的扰动。

为确保顺利进洞，须按照“稳扎稳打”原则进行施工。在进洞施工中，为有效提高管棚超前支护效果，分短台阶分部开挖进行支护，仰拱作业及时在掌子面施工一定距离后进行。

对于洞口段设计有明洞的，明洞仰拱施工应首先施作完成后，须按设计要求在靠近洞口一定范围内的暗洞仰拱施工应迅速施作完毕。同时，当隧道掌子面按设计要求完成开挖支护一定距离后，须使用二次衬砌台车开始并完工洞口处第一组衬砌的施工。

2.4 洞体开挖

1)开挖方法。台阶法、三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱等是最常用的黄土隧道洞体开挖方法，应根据施工现场实际情况合理选择开挖方法。

为确保洞体稳定，施工中须采用短台阶，对于同一台阶同一断面上出现同时开挖应严格禁止，要求同一台阶两侧开挖须错开一定距离。

对于因围岩情况变化需要进行转换开挖方法的，须严格做好工艺转变中的安全质量控制，对掌子面及时进行封闭施工尤其重要。

2)循环进尺和开挖步距。对各台阶的单次开挖循环进尺应进行严格的控制，上台阶按1榀～2榀拱架进行控制，中台阶及下台阶按2榀拱架以内进行控制。

对于采用三台阶或二台阶法进行洞体开挖时，台阶长度分别按5 m和10 m进行控制。

3)开挖方式。在隧道洞体开挖施工中，须采用人工配合机械的方式进行开挖。按设计要求进行机械开挖后，人工将预留的20 cm～30 cm开挖断面修面至标准断面。使用大型机械一次开挖到位应绝对予以禁止。

4)控制超挖，杜绝支护缺陷。在黄土隧道洞体开挖过程中，应密切关注开挖对围岩的扰动，将机械对土体的扰动降至最低。还须进行开挖质量控制，严格控制超挖出现次数，及时进行欠挖的修整。

为确保施工安全，对发现的一定程度的超挖应及时进行修整。一般使用喷射混凝土填平，对用弃碴或片石回填的应严格禁止。

5)核心土。黄土隧道施工中，核心土具有隧道初期支护的效果，对约束掌子面和台阶底部的变形具有重要意义。

应进行核心土留置长度和宽度控制。在隧道设计的考虑因素中，核心土大小不能仅通过作业台架的大小来考虑。

6)初期支护。支护设计参数应依据“宁强勿弱”的原则进行，施工中应严格按设计要求进行相应的支护施工。在隧道开挖后，须及时进行初期支护施作，及时封闭成环。

对钢拱架成品做好出厂前的质量检测，严格杜绝质量缺陷。在钢拱架安装时，应设专人对钢架、锚杆等连接或锚固质量进行复核，重视边墙锚杆安装后的质量控制，对于腰部连接处质量应予以重点检控。

7)浅埋地段处理。当隧道洞体穿过浅埋段时，在地形条件允许的前提下，采用地表处理法能有效确保施工作业安全。明挖、半明挖或盖挖法是最常用的地表处理办法。

8)围岩变更。在洞体施工中，当存在围岩分级交替现象变化频繁时，应从围岩较差地段向较好段延伸5 m～10 m。

大量的工程实践表明，施工断面突变是诱发塌方的一个重要因素，应给予重点关注断面突变的情况，提前调整支护参数。常见的断面突变有斜井向正洞开挖、下锚段开挖以及避车洞开挖等。

9)超前地质预报和监控量测。进行超前地质预报及监控量测是降低施工安全风险的一种新技术手段。严格按设计要求开展超前地质预报和监控量测，及时进行数据分析和预测，用于指导和优化现场施工工序。

2.5 隧道二衬

及时进行二衬施工是降低塌方风险的一种有效手段。

隧道洞体处于浅埋、偏压及沟谷地段时，为减少暴露时间，应将开挖面与二衬间距离尽量缩短。在二衬施工中，应将围岩较差段衬砌向较好段延伸5 m～10 m。

2.6 附属洞室施工

隧道附属的洞室进行的初期支护应与其他部位相同。除避车洞可与二衬施工同时进行外，其他洞室须在洞体二衬施工完毕后方可施作。

为避免完工后的洞室顶部出现裂纹，附属洞室设置的锁口格栅钢架和超前小导管等支护施工须在二衬前完工。

2.7 人员培训教育

培训工作要从安全意识入手，加强管理制度教育，从工艺、工序、工法控制上下功夫，提高管理人员和施工作业人员的思想认识，从思想上杜绝和减少施工安全问题和质量隐患。

2.8 紧急救援

施工中要时刻做好应对各种险情和突发事件的准备。应根据施工现场实际情况进行合理的应急救援方案设计，开展进行多层次的应急救援演练，坚持做到“及时反应、有效救援”的目标，以切实提高风险管控能力。

3 施工注意事项

1)当黄土隧道因故须长时间停工时，隧道衬砌应施工至掌子面部位，同时湿喷混凝土封闭掌子面。停工期间不得间断对洞体的监控量测。复工时，进行洞体沉降变形分析，对异常情况采取有效处治措施。

2)水对黄土的影响很大。应重视施工前的排水系统设计，避免水软化黄土。

3)大量的工程实例表明，一些部位的黄土含水量显著增加，围岩强度降低明显。主要是在地表有冲沟、新老黄土分界及土石分界处较为常见。在该部位施工时，应结合地质钻探，提前采取预防措施。

4)施工作业须严格按照“重核对、先排水、短进尺、少扰动、早成环、勤量测、快衬砌、工序紧”原则进行。

4 结语

在黄土隧道施工中，为有效降低施工安全风险，应严格控制开挖空间，尽量缩短二衬施作时间，要求各工序间须紧凑衔接。

要解决黄土隧道施工安全问题，先要解决思想问题，从思想中重视是确保施工安全的关键。再做好施工中的安全点控制，可有效确保施工安全和质量。

[1] 晋豫鲁铁路通道股份有限公司.黄土隧道安全施工注意事项和应对措施[Z].

[2] 王秉勇.黄土隧道施工及监理要点[Z].

[3] 张引江.黄土隧道施工安全问题与控制措施[J].工业，2016,8(3)：16-18.