关于黄土隧道施工过程中需注意的问题分析

梁栋

摘要：随着我国交通事业的不断发展，在道路施工过程中，所面临的地质地貌状况也越发复杂，通常会遇到一些会穿越隧道的情况，在此过程中，黄土隧道的开挖是一个技术性很强的环节，黄土容易坍塌，对隧道造成影响，因此，加强对黄土隧道开挖研究具有十分重要的意义。笔者将从黄土隧道坍塌的原因作出分析，并探究黃土隧道开挖的施工工艺，提出施工质量的控制措施。

关键词：黄土隧道；开挖过程；存在问题；施工工艺

一、前言

我国是黄土分布很广泛的地区，尤其在华北、西北以及东北这些地区。近几年来，在公路和铁路建设中黄土隧道的数量很多，在施工和设计过程中难度也很大。黄土隧道在我国具有很独特的特点，比如说在施工过程中很难预注浆、很容易出现塌方的现象，也很容易被水湿陷等。而且在造价上黄土隧道的成本也比较高，我国修建隧道和隧道连拱的经验比较少，这样很不利于我国黄土隧道的大规模建设。所以，在施工过程中，必须要使用具有可行性的工艺，还要注意隧道施工的质量，这样才能保证隧道的正常使用。

二、黄土隧道易坍塌的原因

1.土体强度低

粘性土的抗剪强度与结构强度、受力历史、孔隙水压力和土密度等因素有关。含水量越大，土粒间连结力越小，即土的结构强度低，粘聚力就小，黄土的抗剪强度就低；饱和土体受压时，土中应力由有效应力及孔隙水压力两部分承担，而实际上只有土颗粒间的有效应力才能增大土的抗剪强度。

2. 应力重分布

隧道开挖的过程也是地层内应力重新分布的过程。隧道开挖前，土体处于天然应力平衡状态，隧道开挖后，隧道周边土体失去原有支撑，向洞室空间松胀位移，改变了围岩土的相对平衡关系，破坏了天然应力的平衡状态，应力进行重新调整，引起原有天然应力大小、方向和性质改变。应力的重新分布改变了土体颗粒流动方向，从而引起开挖面周围一定范围内土体产生一定量的移动，即围岩产生变形，若变形过大，就会塌陷。

3.土体内自由水的渗透

由于开挖前黄土中的孔隙裂隙水存在于被封闭的环境中，处于平衡状态，是近乎静止的，在没有外来压力的情况下，不会产生渗流。而开挖后形成的空间使周围土体 及孔隙裂隙水失去支撑环境，形成新的水力坡度，破坏了地下水的静力平衡。当新水力坡度大于黄土的起始坡降时，地下水开始在土体中渗透，其结果是：地下水的流动及溶蚀带走细颗粒及可溶性矿物，并在开挖面附近对黄土产生崩解破坏作用，产生渗透变形，使临空面失去平衡而变形甚至塌陷。

三、黄土隧道工程的施工探讨

1.台阶法的施工

先拱后墙的双侧壁导坑台阶法，适用于含水量低但稳定性好的黄土岩段，具有施工进程快、安全性好的优点，采用这种方法可以保证二次衬砌平行作业和防水层建设的质量。具体的操作工序是、

第一，在进行洞口长管棚和洞内小导管的施工以后，再开始进行上台阶和拱顶的小导坑挖设工作，于此同时，还要在小导坑处安装支撑拱架、锁脚锚管，还要架设衬砌拱架，这样才能保证隧道的稳定性。接着，就要开始马口和中槽的挖设工作了，在马口和中槽上也要安装拱架和锁脚锚管，还要铺设横纵向的排水管道。

第二，要对隧道的局部仰拱和侧墙进行混凝土浇筑工作，浇筑完成后再开始挖设马口，还要安装拱架、锁脚锚管和纵横向的排水管。最后一步是在局部的仰拱和侧墙上浇筑混凝土，再将仰拱的拱架密封好，在使用双侧壁导坑台阶法时候，如果是在一些先墙后拱的情况中，那么这种方法就比较适合用在弱风化的泥岩地段和黄土比较饱和软弱的地方，这样就能够控制好隧道发生的变形，但是这种方法的施工时间较长，而且造价也比较高。

2.新奥法的施工方法

新奥法可以使用在红色泥岩区，因为红色泥岩的胶结性很好，所以承受能力很强。在进行双车道的隧道断面施工时应该采用单侧壁的导坑施工方法。而双侧壁的导坑法则适用于紧急停车带的三车道大断面隧道的施工。这两种方法中，安全性能比较好的是单侧壁的导坑方法，这种方法能对隧道围岩和支护的变形起到有效的防护，而且采用这种方式的施工时间也比较短。它在施工时所要遵循的程序是：将预期支护设备安装在导坑的上方、将钢拱架安装在导坑上方的中壁和洞壁上、开始挖导坑的下方，在将钢拱架、排水管等设备安装在下方的洞壁和中壁上，以起到支护作用。也可以先安装钢拱架和初期支护设备，然后再进行纵横向排水管的安装，最后在将导坑下方中壁的临时支护拆除掉。和单侧壁导坑方法相比，双侧壁导坑方法具有以下几个特点，即施工进程比较缓慢、施工更加安全，需要支付的支护费用比较高等。通过分析这些特点我们可以在施工工程中采取以下措施，这些措施可以有效的防止支护出现变形。第一，先要进行导坑的挖设工作，并且将临时的钢拱架安装在导坑的洞壁和壁墙上。在进行下导坑的开挖工作时，要将临时的钢拱架安装在下导坑中的洞壁、仰拱底部和临时壁墙上，然后再设置横纵向的排水管。第二，在开挖上导坑时，要将临时的钢拱架安装在洞壁和壁墙上。在开挖下导坑时，也要将临时的钢拱架安装在导坑的壁墙、洞壁和仰拱底部，并且可以在导坑上安装横纵向的排水管道。

3.控制黄土隧道开挖及支护前期的质量方法

必须按照相关的规定进行黄土隧道的开挖工作，对于黄土隧道的断面要进行科学的设计，将二次衬砌的设计轮廓线作为施工的标准，合理放大预留的变形量、施工误差以及测量误差等。实际的变形量不宜超出预留的变形量，以免前期支护进入二次衬砌的混凝土中。或者防止由于预留的变形量过大，而导致二次衬砌的厚度增大、回填增加等。

4.锚杆施工的质量控制

锚杆作为隧道施工工程的重要施工设备，有助于维护隧道围岩的稳定及安全，是确保工程施工安全的主要支护方法。隧道工程竣工后，锚杆能有效发挥应有的支护作用。对此，在隧道施工工程的过程中，应加强控制锚杆的类型、锚杆的长度、锚杆的垫板以及锚杆的布置情况等方面。结合黄土隧道工程的施工特点，采取干钻的方法进行钻孔。选取湿钻时，应具备合理有效的排水对策，禁止拱脚浸泡。隧道钻孔的深度，应符合设计施工的要求。

5.架立钢拱架过程的质量控制

首先，控制好钢拱架架立的质量，具体内容主要有：钢拱架的横向尺寸、标高、间距、垂直度、螺栓的连接以及各单元连接部位的虚碴与散物处理等。安装各个洞口的钢拱架时，按照标准要求，控制好钢拱架的宽度、标高以及尺寸等。架立后，技术员或者监理员 应对其进行多次核对，以保证各项数据符合标准。其次，钢拱架应和隧道的围岩密切贴近，若无法密切相贴，应按照标准要求，采用高标号的混凝土进行填塞浇实，其的点数单侧必须大于或者等于各个接触点，以保证钢拱架的整体受力。

四、结束语

黄土隧道的开挖施工是一项全方位、全过程的施工工程，需要各施工部门以及各岗位的团结协作，重点掌握每一道施工程序以及施工要点，按照规范要求进行施工，以确保隧道施工工程的施工质量，从而保证黄土隧道工程的顺利完工。

参考文献

[1]王晓州，丁维利，赵永明，王庆林，初厚永，李雷 大断面湿陷性黄土隧道施工技术

[2]朱永全.隧道工程中国铁道出版社.

[3]叶坪隧道设计施工图 赣州至龙岩铁路扩能改造工程

（作者单位：中铁五局贵州分公司）