湿陷性黄土围岩隧道施工方案

2020-07-01蔡福来

铁道运营技术 2020年3期

蔡福来

（中铁隧道集团二处有限公司，助理工程师，河北三河 065201）

1 引言

地质条件是影响隧道施工进度、质量的重要因素之一。针对不同的地质条件，在隧道开挖与支护时，其方案虽会有所不同，但隧道在修建时如何克服可能遇到的上覆岩土层问题却是共同的任务，尤其如何破解岩层风化破碎比较严重和软质岩土加大隧道口施工难度矛盾更是如此。实际施工表明，开挖后如何减少围岩松动，控制围岩的稳定性对于解决上述问题至关重要。张咪等［1］利用数值模拟的方法对深埋软岩的开挖及支护方案进行研究，得出应力重新分布后的应力集中区，为支护方案的制定提供了参考。徐成明［2］研究证明针对明垭子隧道的软弱围岩，CRD法开挖使围岩的变形量最小。张天奇等［3］砂土隧道开挖引起围岩变形进行研究，并对其造成的地表沉降进行分析。娄志峰［4］对湿陷性黄土隧道开挖的控制要点进行了总结。刘继南［5］探讨了隧道仰拱施工技术问题，并对可能出现的问题提出应对措施。

本文在上述学者研究的基础上，结合工作实践深入理性思考，形成并提出隧道在湿陷性黄土中施工方案，该方案经实际工程证明能够有效地控制围岩的稳定性，确保工程安全顺利完成。

2 工程概况

新建某隧道位于甘肃省，属黄土台塬区，地形西高东低，地面最大相对高差250 m。隧道为双线单洞，最大埋深102 m，全长6 782.45 m。该隧道所处地段水文地质条件复杂，地下水埋深50～70 m。隧道进口段顶部围岩具有湿陷性，湿陷等级为Ⅲ级，土层厚度在17～20 m 之间。围岩含水率实测高达22%～31%，呈软塑状态，开挖后围岩强度降低，稳定性很差，极易崩解、掉块，形成垮塌，施工风险高、难度大。

3 隧道施工方案

根据工程地质、水文等自然条件，注重总结既往类似施工经验教训，有针对性、创新性地研究制定新建隧道施工方案。

3.1 预支护由于湿陷性黄土围岩强度低，稳定性差，必须在隧道开挖前对围岩进行有效加固，以增大其稳定性和强度，为隧道安全顺利施工奠定基础。施工单位经过综合因素分析和方式方法比选，决定在隧道开挖前，对其采用管棚和超前小导管进行预支护。

管棚采用地质钻机钻孔，分段顶入管棚，然后进行注浆加固。小导管的施工则采用风钻钻孔，现场搅拌浆液，注浆机注浆加固；钢拱架采用洞外加工厂分节预制，然后在洞内进行安装；钢筋网采用在洞外预制成品，然后在洞内铺装；锚杆采用自行加工，现场安装的方法；在拌合站将喷射混凝土集中搅拌，然后通过混凝土运输车运送至现场，采取机械手湿喷的方法进行作业。

3.2 洞口开挖主要包括洞口土石方开挖和洞口边仰坡防护两方面工作，具体要求如下：

3.2.1 洞口土石方开挖

1）为避免山洪等对边坡的冲刷，应在洞门开挖之前先修筑截、排水沟。由人工配合反铲自上而下开挖，开挖至暗洞超前支护相应标高时，随即进行超前支护。

2）要认真落实边仰坡刷坡自上而下分层开挖要求，每层高度为2 m，开挖完成后要及时进行锚杆网喷支护。同时，要做好坡面喷砼防护层与原坡面衔接，以防边仰坡防护受到损坏。

3.2.2 洞口边仰坡防护

1）在做好日常及重点防护的同时，还要注意落实临时防护措施，如采取喷锚、格构网等进行洞口边仰坡防护。

2）要针对洞顶岩层裂隙较多特点，采用浆砌片石或砼铺砌沟底等方法防止地表水渗漏到隧道，浆砌片石要用砂浆抹面。

3.3 洞身开挖洞身开挖要进行超前探测，人工配合机械开挖。洞身开挖方案主要包括：浅埋段采用三台阶法；深埋段采用三台阶预留核心土法和局部地段设临时仰拱等三种。各施工方案内容及工艺要求分述如下：

3.3.1 三台阶开挖法三台阶开挖法工序如图1 所示。

1）上台阶开挖内容及要求：每循环进尺1 榀钢拱架，随即初喷4 cm 砼并架设钢架，及时施做钢筋网，打设锁脚锚管，并将二者焊接牢固，复喷砼至设计厚度后打设锚杆。

2）中台阶开挖内容及要求：要在上台阶施工至4 m 处进行开挖，每循环进尺1～2 榀钢拱架，随即初喷4 cm 砼并及时进行中台阶初期支护（同上台阶）。

3）下台阶开挖内容及要求：要在中台阶施工至4 m 处进行开挖，每循环进尺1～2 榀钢拱架，随即初喷4 cm 砼并施做下台阶初期支护（同上、中台阶）。完成下台阶开挖支护，应尽快开挖仰拱以及制作仰拱钢架，并达到及时快速与上部钢架封闭成环。