湿陷性黄土隧道施工技术

秦中亮

中铁二十二局集团第二工程有限公司 北京 100043

1 工程概况

大梁山隧道进口位于河北省张家口市怀安县朱家窑村北东方向约800m，隧道设计为单洞双线，最大埋深430m，隧道全长13395m。进口段为第四系上更新统马兰组新黄土，厚度0-30m。具有湿陷性，湿陷等级为Ⅲ级自重湿陷性场地，夹杂第三系泥岩夹砂岩，呈松软-松散结构，围岩级别为V级，对隧道施工提出了更高的要求。

2 施工方案

施工中严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工。结合黄土的特性，为确保隧道施工顺利安全地穿过湿陷性黄土地段，采取了以下措施。

2.1 洞口段防护加固

湿陷性黄土因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形，故在湿陷性黄土上进行施工很重要，应考虑地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。该段隧道洞门及明洞段临时开挖边仰坡及明暗分界直立面采用喷锚防护，施工时应做好混凝土结构的分幅和防排水设施以防结构开裂破坏。隧道洞门及明洞段基底采用φ400水泥土挤密桩加固，桩长依次为4m/3m/2m，桩间距1m×1m，梅花形布置，桩顶采用60cm厚三七灰土换填。

2.2 洞身开挖

隧道进口段采用三台阶临时仰拱法，采用机械开挖和人工开挖为主，最大限度地减少对周围围岩的扰动。开挖前采用超前小导管支护措施，开挖后，分别采用I25a型钢、φ8钢筋网、I18型钢（临时仰拱用）、φ42锁脚锚管、C30喷射砼、φ22砂浆锚杆、φ22组和中空锚杆等进行支护，监控量测同步实施的施工方案。

3 施工工艺

3.1 洞门及明洞段防护、地表加固

洞口边仰坡采用网喷混凝土+砂浆锚杆，待暗洞开挖一段距离且明洞及洞门做好后，采用永久骨架护坡，与洞口路基段骨架护坡顺接，形成防护。（1）施工流程：①开挖工作面：PC220挖机、出渣车，装载机配合。②钻孔安装锚杆：YT-28风枪施钻，安装锚杆、垫板。锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-3．5m，间距1．0×1．0m，梅花形布置。③挂网、湿喷：锚固后铺上φ8钢筋网，网格25×25cm，并与锚杆焊为一体，湿喷15cm厚C25混凝土。（2）施工要点：洞门及明洞段施工宜避开雨季，开挖前应先做好边仰坡及洞口的排水截水处理，开挖线外10m设截水天沟，使截水天沟与路堑水沟妥善顺接。

3.2 洞口暗洞段大管棚施工

施做暗洞前开始段拱部40m先施做φ108大管棚超前支护，大管棚采用热轧无缝钢管，壁厚6mm，环向间距40cm。大管棚需设置导向墙，导向墙采用C20混凝土，截面尺寸1m×1m(宽×厚）。为保证施工精度，导向墙内设I18工字钢架，钢架外缘设φ140壁厚5mm导向钢管，与钢架焊接牢固。

（1）施工流程：①导向墙制作：立架、支模、浇筑C20混凝土。②钻孔装管：钻机采用志高潜孔钻机，外插角1°-3°，单号钢花管，双号钢管，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，钢管与钢花管交替打设。钢管及钢花管内设置钢筋笼。③注浆：水泥浆液水灰比1：1（重量比），注浆压力0．5-2．0MPa，注浆前应进行注浆试验，根据实际情况调整参数，取得管棚注浆施工经验。注浆后用M10水泥砂浆充填钢管，增强管棚强度。

（2）施工要点：一般采用先钻孔、后插管（引孔顶入法）的方法。当地质状况复杂不易成孔时，可采用跟管钻进工艺。

3.3 超前小导管支护施工

（1）施工流程：①小导管制作及钻孔定位：小导管采用φ42壁厚3．5mm的热轧无缝钢管，前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋。在上一榀钢架拱部144°范围内布设定位孔（加工厂预加工），间距33cm。②钻孔装管：采用YT-28风枪钻孔，外插角控制在10°-15°孔径50mm。用风枪直接将小导管送入，纵向相邻两排小导管水平搭接长度不小于1m。小导管安设后应对开挖工作面进行喷砼封闭，厚度为10-15cm。③注浆：水泥浆液水灰比1：1（重量比），注浆压力0．5-1．0MPa，为加快进度和设备效率，可采用群管注浆。（2）施工要点：注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录，以便分析注浆效果。

3.4 开挖及初支

本段围岩属于V级，开挖采用三台阶临时仰拱法。

（1）施工流程：

1-上台阶开挖；Ⅰ-上台阶初期支护；Ⅱ-上台阶临时仰拱；2-中台阶开挖；Ⅲ-中台阶初期支护；Ⅳ-中台阶临时仰拱；3-下台阶开挖；Ⅴ-下台阶初期支护；4-仰拱开挖；Ⅵ-仰拱初期支护。

（2）施工要点。①隧道开挖1、2、3部时，根据现场实际情况必要时预留核心土，开挖采用挖掘机、松土器、风镐等机械，必要时采用松动爆破，严格控制炮眼深度及装药量。②上台阶每循环开挖进尺不大于1榀钢架间距；边墙每循环进尺不大于2榀钢架间距；临时仰拱采用I18型钢，纵向每2榀设一处；仰拱每循环进尺不得大于3m。③超前支护等辅助措施应利用上一循环架立的钢架施做完毕再开挖。

3.5 监控量测

监控量测是一个非常重要的工序，不仅能监测各施工阶段围岩和支护动态，调整开挖预留沉降量，确定二次衬砌和仰拱施做时间；同时积累资料为以后的施工提供参考。下表为监控量测必测项目。

序号 监控量测项目 常用量测仪器 备注1 洞内、外观察 现场观察、数码相机2 拱顶下沉 水准尺、钢挂尺或全站仪3 净空变化 收敛计或全站仪4 地表沉降 水准尺、钢挂尺或全站仪 隧道浅埋

通过对已施工隧道的监控量测结果看，拱顶下沉量最大17mm，周边收敛量最大26．7mm，地表沉降量最大40mm满足施工规范要求。

4 结语

湿陷性黄土隧道施工应严格遵守施工规范、规程，按照设计图纸施工，加强超前支护措施，降低湿陷性黄土的影响，确保工程施工的质量。