湿陷性黄土隧道施工控制要点

娄志峰

（中铁二十局集团市政工程有限公司，甘肃 兰州730030）

蒙西到华中煤运铁路是国内一次建成最大规模的运煤专线，线路北起内蒙古浩勒报吉，终点到达江西省吉安，线路全长1837 公里，规划设计输送能力为2 亿吨/年。跨越蒙、陕、晋、豫、鄂、湘、赣七省区，本线是一条超长的远距离煤运专线，也是我国“西煤东运”- 大秦线（山西大同至河北秦皇岛）修成之后，又一条电气化煤运专线，更是“北煤南运”的里程碑式杰作。蒙华铁路穿越内蒙古、陕西段黄土高原分布有面积广阔的湿陷性黄土地层，隧道穿越黄土地质极易发生坍塌。如何既能保证施工进度又能确保施工过程中的安全成为建设者们面临的一个课题。

1 工程简述

青化砭1 号隧道作为一条国铁Ⅰ级单洞双线隧道工程，位于陕西省延安市宝塔区辖区青化砭镇范围内，本隧道起讫里程为DK344+251～DK345+609.18m，全长1358.18 米，隧道穿越湿陷性纯黄土地层，最大覆土厚度为138 米，隧道即为湿陷性纯黄土地质，地质结构复杂，工艺要求高，施做难度大。

2 施工控制要点

2.1 洞顶陷穴处理

为了保证湿陷性黄土隧道安全施工，对洞顶周围陷穴进行处理，目的是防止雨水从陷穴渗入隧道。在隧道开挖前，施做时先清理陷穴里面影响施工及质量的垃圾，再人工按照预先策划的形状进行修整，至符合施工要求，从陷穴底部采用拌和好的三七灰土，人工配合小型机具分层回填、夯实，在距地面约1m 处，扩大陷穴顶口尺寸，三七灰土回填高于地面二层，且不小于30cm。陷穴四周2m 外人工开挖临时排水沟，人工采用M7.5 砂浆将水沟底部及两侧进行抹面，排水沟根据排水要求设置5%的纵坡，确保排水沟流水畅通。

2.2 零扰动进洞，保证洞口段稳定

黄土隧道洞口段土体稳定性较差，局部存在溜塌、陷穴和滑坡等不良地质，施工安全风险较高。我们遵循“早进晚出”的施工原则，根据现场自然地形地貌和自然环境，在黄土隧道洞口段采取不刷坡或少刷坡的方法，尽量减少施工扰动，力争实现零扰动进洞。超前支护优先采用Φ42 小导管。

2.3 选择微三台阶法，提高施工效率

青化砭1 号隧道为Ⅳ、Ⅴ级围岩，施工前先对拱部采用Φ42 超前小导管进行预支护，然后采用微三台阶法开挖，上、中台阶长度不大于5m，下台阶及初支仰拱与掌子面距离不大于12m。开挖后，先初喷混凝土封闭岩面，及时施做初期支护。钢支撑安装后，要及时打设锁脚锚管并喷射混凝土，使隧道断面形成一个封闭环，增加隧道的稳定性（图1）。

图1 微三台阶施工

2.4 严格控制开挖工艺，合理设置预留变形量

蒙华铁路项目推行采用空间立体全断面微三台阶法施工，初支仰拱与下台阶同步施工，确保安全高效。

开挖采用挖掘机配合松土器进行开挖，进尺不超过2 榀，一般预留10cm 至20cm 人工修整层；土石分界段落，优先选用机械开挖；若遇机械开挖困难，需爆破松动时，遵循“多打眼，少装药”的爆破原则，尽量减少爆破扰动影响。采用先爆破松动，后机械修整的施工顺序。预留变形量设置为10cm～30cm，根据揭示的地质条件和监控量测数据动态调整，防止发生初支侵限和过大超挖。

2.5 隧道开挖完成，初期支护及时跟进

为了保证湿陷性黄土地段顺利施工，消除湿陷性，开挖后及时施工初期支护。支护措施采用格栅钢拱架、锚喷网混凝土及锁脚锚管联合支护。初期支护施工按照铁道部安全步距要求，及时进行施做。格栅钢拱架按设计位置用立供机安设, 安设过程中出现格栅钢架与混凝土初喷层之间存在较大缝隙时，加设垫块。锚管支护施工的关键是注浆，结合工程实际，注浆时封堵孔口，注浆管插至距孔底5 厘米至10 厘米处，水泥浆注入，慢慢匀速拔出注浆管，注浆完成后，迅速把锚管插入，把锚管和格栅钢拱架焊接牢固，增加稳定性和刚度。喷射作业是初期支护施做当中最关键而紧张的一步工序，要求湿喷机械手按设计分层喷射初支混凝土至设计厚度。

2.6 实施信息化管理，做好地质超前预报和量测监控

本隧道地质情况复杂，要求隧道开挖前及时做好地质超前预报工作，施做中量测监控紧跟。由集团公司检测公司组建项目超前地质预报专班；由集团公司技校和检测公司联合组建监控量测专班，共设5 个量测小组。各方签订合同明确责任，对项目部、工区和专班的职责进行了界定。将地质超前预报数据、量测监控数据每天现场按时采集，并经过专业工程师分析形成资料后及时发到项目信息化管理平台，让全体技术工作者及时了解、详细掌握相关数据，以便为隧道施做提供数据支撑。

2.7 落实混凝土浇注工艺细则，确保二衬实体工程质量

采用自行式仰拱长栈桥进行二衬仰拱施工，在挖除回填土后，采用高压风（无水段）或高压水清洗干净，按照一次清底24m，每次浇注12m 的方法施工。二衬采用溜槽和软管实现逐窗入料，采用附着式振捣器为主实行分层捣固，及时落实拱顶回填注浆，采用移动式雾炮机进行喷雾养护。

为确保混凝土实体和外观质量，在二衬浇筑方面采用分仓入料方式均匀布料，布料顺序：首先混凝土通过输送泵送至拱顶M1 三通，再通过左右侧M2、M3 三通分流至左右侧分料管，到达左、右侧第一层A2、A4 布料窗口开始灌注混凝土，其中A1、A3 窗口作为振捣窗口，布料高度每层控制在30cm，当混凝土浇筑至第一层布料窗口的高度时关闭第一层左右侧共8 个窗口；然后移动泵送软管通过左、右侧第二层B1、B3 布料窗口继续灌注混凝土，其中B2、B4 窗口作为振捣窗口，当混凝土浇筑至第二层布料窗口的高度时。关闭第二层左右侧共8 个窗口；然后采用转接泵送软管的方式通过第三层左、右侧C2、C4布料窗口继续浇筑混凝土，其中C1、C3 窗口作为振捣窗口，当混凝土浇筑至第三层布料窗口的高度时；关闭第三层左右侧共8 个窗口；然后开始浇筑拱部混凝土，通过拱顶E1、E3 预留注浆孔交错布料的方法，浇筑至台车面板顶高度时，完成混凝土的浇筑。若特殊情况下通过E2 布料孔进行灌注，保证拱部混凝土振捣紧固。混凝土采用从下往上，两侧交替，对称分层浇筑，两侧对称混凝土浇筑层面高度差需要保持在0.5m 以内，台车前后混凝土高差不能大于0.6m，左右混凝土高差不能大于0.5m。

图2 二衬分仓入料布置图

2.8 推行机械化施工、提高施工进度指标

根据上场策划及施工方案情况，本着实用高效的原则，我们高度重视施工工装的改进和配置工作。隧道施工所需机械设备资源按照策划、施工进度指标、工作面情况等，结合现场进行实际配备，紧跟国家、行业政策，大力实施机械化施工，我项目在机械化方面配备了相当多的先进设备，正如自行式液压栈桥、湿喷机械手等，保证了湿陷性纯黄土地质中隧道掘进进度，月Ⅳ级围岩最高可掘进112m，而Ⅴ级围岩也创造了月掘进85m的标段最快进尺，且减少了安全风险。正是先进设备大力投入，工法不断优化，管理日益提升，最终确保了总体任务目标顺利实现。

3 结论

蒙华铁路煤运通道青化砭1 号隧道在湿陷性黄土地质情况下，现场施工中结合实际情况，运用合理的施工工艺及配套的施工设备，应对湿陷性黄土不同施工部位的缺陷有正确的认识，并采取必要的以上8 种施工控制要点，使隧道按节点顺利贯通，且安全保证，质量优质。