黄土隧道快速台阶法施工技术

（中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300）

1 黄土隧道工程特性

黄土隧道修建难度大、要求高，黄土多湿陷性，稳定性差、变形大，若施工不当极易出现坍塌事故，机械化施工、快速施工、超前加固与预报是黄土隧道施工技术发展的重要方向[1]。

黄土隧道的地质情况极为复杂，有新、老黄土之分，也有部分隧道洞身低于地下水位，本文主要对不同工程特性展开分析：

1）黄土节理：黄土构造节理发育，隧道一旦开挖土体极易沿着节理剪断，处理不当存在坍塌风险。

2）黄土冲沟：冲沟多由流水侵蚀而致，长度几十、几百米不等，若隧道与冲沟存在较长范围的平行情况，必须做好滑坡、坍塌事故的预防工作。

3）暗穴与黄土溶洞：此为常见不良地质，隧道在其上、下分别有基础下沉、冒顶风险，在其侧面有偏压问题。

4）地下水：当黄土受到水的侵蚀出现湿陷性，一旦施工扰动围岩极易突然失稳，引发安全事故。

2 黄土隧道开挖施工方法的选择与应用分析

2.1 常见施工方法

1）双侧壁导坑法

此法需在开挖断面中设支撑壁，将大断面分为小断面后按顺序施工。我国首次采用此方法的是大秦铁路西坪隧道出口黄土段，安全性较高，且对原状土体的影响小，适用于围岩易坍塌段。

2）交叉中隔壁法

此法也是通过设置临时支撑壁的方式加固围岩，确保黄土隧道施工安全，主要用于Ⅴ级老黄土深埋地段。但是，此法应用中需大量架设、拆除临时支撑，施工作业面的限制导致大型机械不易使用。

3）预留核心土台阶法

此法在掌子面预留核心土、分部开挖，不架设临时支撑，作业空间大，可使用大型机械设备，在施工效率上优势较为显著。目前多应用于老黄土段，新黄土段施工经验相对较少。

2.2 施工方法比选

就以上介绍的黄土隧道常用施工方法，现主要对其工法选择进行分析，主要指标比对如表1所示。

表1 黄土隧道常用施工方法比较

综上，双侧壁导坑法安全可靠，但是进度较慢且造价高；交叉中隔壁法在控制沉降方面具有一定优势，适用于浅埋段；预留核心土台阶法机械化程度高、进度快，但需及时施作支护，保证围岩安全。

3 实例探析黄土隧道快速台阶法施工技术

本文以某黄土隧道工程为例展开分析，此隧道对工期要求较高，通过工程地质、施工条件综合分析后，决定采用预留核心土台阶快速施工方法。

3.1 工程概况

本项目为单洞双线黄土隧道，新、老黄土均有分布，经地质调查显示，新黄土湿陷等级为Ⅰ（轻微）。同时，由于项目所在地区沟壑下切较剧，水文地质条件复杂，分布有孔隙潜水、基岩裂隙水，地表水补充有限，且砂岩风化不均，裂隙发育程度存在差异，存在局部水量大或小的情况。

3.2 洞身施工方案

为避免黄土隧道出现坍塌事故，本项目采用分部开挖法，要求在保证围岩基本稳定的前提下，尽可能减少工序，加快进度。

经项目部研究决定，Ⅴ级围岩黄土地层采用预留核心土台阶法（台阶长3～5m），在保证安全性的同时，可大幅加快施工进度。同时，为减少开挖面暴露时间，项目要求快速开挖，支护、仰拱紧跟，为此辅以钢架快速安装、多工序平行施工以及加快装运速度等措施，缩短循环时间。

3.3 快速台阶法施工技术措施

3.3.1 台阶法施工

1）上台阶：采用人工风镐+挖掘机开挖，支护方法为I20a型钢拱架+φ42mm锁脚锚管+φ42mm超前小导管（预注浆加固）；

2）上台阶核心土：采用FLAC3D模拟地层变形规律，计算预留核心土长度，宜为0.5D，具有较好的加固作用，防止岩体遇水软化[2]；

3）中、下台阶：挖掘机+装载机施工，每循环进尺2～3榀拱架；

4）二次衬砌：根据监控量测情况确定二次衬砌时间，钢模衬砌台车作业。

3.3.2 地下水处理

本项目为黄土隧道，水的影响较大，隧道开发后地下水涌出方式有“渗水”“线水”“股水”，采取堵排结合的处理措施，具体如图1所示。

图1 拱部注浆、边墙排水孔位布置示意图

由图可见，拱部渗漏水位置梅花形布置注浆孔，先钻3m深孔注浆，再钻5m深孔注浆加固围岩；边墙钻导水孔、分流孔。

3.3.3 监控量测

本项目采用洞内+地表监控量测方法，评价隧道开挖稳定性，及时预防突发事故，监测点布置情况如图2所示。

图2 监测点布置情况

三台阶施工中，上、中台阶拱顶沉降、位移较大，控制措施包括：合理确定小导管长度，中、下台阶支撑及时落地，及时施作仰拱。

3.3.4 辅助措施

1）钢架快速安装：为加快施工速度，本项目钢架采用套管连接方式，焊接方便快捷、安全可靠；

2）多工序平行施工：上台阶施作钢支撑、锚杆，同时中台阶扒碴；上、中台阶复喷，同时钢支撑、锚杆施工。

3）提高出碴效率：扒碴与装运洞碴平行施工，2台装载机同时装碴。

4 结语

综上所述，双侧壁导坑法、交叉中隔壁法、预留核心土台阶法是黄土隧道开挖工程中的常用方法，在施工安全、成本、进度等方面各有优势，具体需根据工程地质情况与要求合理选择。本文实例对工期要求较高，同时隧道地质情况相对较少，存在轻微湿陷，因此选用了预留核心土台阶法，施工中全面落实支护、地下水处理、监控量测等工作；同时，通过钢架快速安装、多工序平行施工、提高出碴效率等辅助措施的应用，实现了项目高效、安全作业。