黄土隧道浅埋段施工技术

侯 明

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

1 工程概况

1.1 工程简介

某隧道穿越典型的黄土高塬沟壑地貌，施工难度较大，左洞起讫桩号ZK0+751—ZK2+856，长2105 m，其中浅埋段进口端172 m，出口端211 m；右洞起讫桩号K0+755—K2+837，长2082 m，其中浅埋段进口端226 m，出口端367 m。

1.2 地质情况

隧道穿越地形总体为北西—南东向的黄土塬，顶部为较平坦的黄土塬，植被较稀少，隧址两侧为黄土冲沟，地形起伏大。隧道进出口均遍布黄土冲沟，洞口均位于冲沟岸坡，地形呈陡坡状，沟谷长度较小，谷坡较陡，局部较宽，整体呈爪状，地形地质情况复杂。银川端入口地形为缓坡低阶地，坡度不大，埋深不超20 m，K0+933—K1+005 段有地表冲沟，埋深不超50 m。冲沟断面为V 字形，其走向近于北东～南西向，地势呈现中间高，四周低的总趋势，但是南北地势较之于东西则更低，两侧还有缓坡台阶的地形特点，因此地势起伏相对较大，其内侧壁多处坍塌致排水不畅，沟底部植被茂盛。隧道进、出口浅埋段为第四系中更新统黄土，含多层古土壤层，潮湿，可塑—硬塑，有大孔隙与裂隙，黄土竖向节理发育，受长时间地表降水、地下水补给作用，含水率较大，有明显渗水现象，土体所渗地下水为古土壤上层滞水，为地表水下渗遇古土壤层后滞留所致。

1.3 存在的问题

施工阶段，隧道进口段开挖后，土体含水量较勘察阶段有较大差距，经实验室测定近25%，勘察时最高为12%。经分析，主要原因在于勘察时为干旱季节，降水量小，施工时为雨季汛期，且本年度降水量较往年明显增多，地表排水不彻底，隧道洞口及冲沟浅埋段湿陷性黄土特性明显，遇水易崩解。隧道施工中，相继出现洞口浅埋段拱顶沉降过大，地表出现开裂，冲沟陷穴等次生地质灾害严重发育。因隧道开挖过程中形成较大洞室，受其影响滞水沿裂隙渗入洞室内，掌子面开挖时，很容易因其稳定性不良出现崩塌掉块现象，不仅如此，边墙、拱顶、拱腰不同位置普遍出现渗漏水，多处出露股状明水；已施工初衬大面积滴渗水，部分地段较严重，呈线状股状水流出；且洞内渗水多处散流，引排水不及时，出现浸泡拱脚，致使仰拱基底土体含水量加大，承载力下降。

2 施工方法的确定

该隧道在设计上对开挖方法进行了研究和探讨，在浅埋段采用CD 法开挖，深埋段则使用环形导坑预留核心土法开挖，紧急停车带则采用双侧壁导坑法进行工程开挖。经多次组织专家现场讨论分析，为确保隧道施工安全和结构稳定，顺利进洞并安全穿越冲沟浅埋段，结合现场实际地质，决定采取以下措施[1-2]：对进洞口设计变更优化，改变洞门形式；加长洞口路堑开挖段，明暗洞桩号随之调整，将暗洞缩短、明洞增长；加强洞口地表引排水措施，使之形成流畅的排水系统，做好边仰坡临时防护；洞口浅埋段采用CD 法施工，并加设临时仰拱支撑，仰拱基底需加固及引排水处理（增设水泥旋喷桩加固，仰拱基底设30 cm 厚碎石垫层），对地表冲沟陷穴段落同时进行隧外地表处理及隧内调整加强洞内支护参数等措施。

3 浅埋段地表地质勘探钻孔、冲沟及陷穴处理

3.1 地质勘探钻孔处理

对左、右线隧道顶地质勘探钻孔采用先吊入混凝土球然后回灌1 m 厚M7.5 水泥砂浆进行封闭，确保地表水不进入孔内渗入隧洞内。

3.2 地表冲沟处理

3.2.1 洞口两侧地表冲沟处理

对冲沟进行清表，清表厚度30 cm。冲沟回填处理在洞门开挖之前并结合截水沟施做，为保证工程质量，用水泥混合土作为回填材料，配比严格把控，逐层夯实，压实度则必须在90%以上，回填顶标高在隧道拱顶标高上2 m 位置。其上覆盖种植土并植草绿化，暗洞开挖需要水泥混合土抗压强度达到2.0 MPa时，才开始施工。

3.2.2 洞顶冲沟处理

清理沟壁危险土体，并疏浚冲沟，人工开挖基底深0.5 m（松散层较厚区域适当调大挖深），将表层松散的土层清出弃放至弃土场，运用夯实机具夯实基底。冲沟疏浚、基底夯实处理后采用三七灰土换填，换填厚度50 cm；继续回填三七灰土1.5 m厚，灰土摊铺分段、分层进行，压实度不小于90%。换填三七灰土且夯实处理后，表层铺设50 cm 厚黏土隔水层，并预留排水沟的铺设空间。回填土纵坡坡率按原冲沟沟底自然坡度进行顺直，且不小于5%，回填横坡按设计坡率5% 施作。局部原地表纵坡坡率小于5%的段落，依据实际地形适当调整清表土层厚度，保证冲沟处置后，回填土表面平整，沟内水流引排顺畅。

3.3 地表陷穴处理

隧道影响范围内陷穴采用夯填土回填，顶部采用C15 混凝土封闭做隔水处理，并做好周边截排水措施引离地表水。

3.4 洞内支护参数调整加强

冲沟段下方洞内调整加强衬砌参数，同时运用Φ108 mm 注管棚循环穿越，每环30 m 共3 环，防止掌子面上方软弱围岩坍塌掉块；加强洞内引排水措施，加密引排横向排水管，应用砂砾过水垫层，设计在仰拱下，采用多级集中抽水的方式完成引排。

4 CD 法开挖施工技术

4.1 CD 法优缺点

独立封闭成环的时间短，早期结构件跨度小，因支护的刚度大，施工时保持隧道整体稳定，下沉较小，为了抑制形变的产生，用中隔墙增强结构的刚度[3]。然而因为导坑断面过于狭小，为了保证不对土层产生破坏，用人工开挖，即便是使用机械也只能是小型机械，加之工序复杂，施工进度较台阶法慢；拆除临时支护时初期支护发生受力转换，易造成较大变形，存在不安全因素[4-5]。

4.2 施工中质量控制

CD 法施工必须保证导坑工作面的纵向间距，这在施工中需要得到严格的把控；中隔墙的受力转换复杂，在拆除前需对监控数据进行判定来确定拆除时间[6-7]。因CD 工法的复杂性，初支闭合时间较长，拆除中隔壁时的不稳定性产生较大安全隐患，实际施工中易发生临时支撑变形致使导坑坍塌侵限现象，要严格施工工序控制措施。

5 监控量测情况

监控量测是整个施工过程中非常重要的部分，在该隧道的施工中发挥了巨大的指导作用。采用具有相关资质的第三方检测单位负责数据收集整理，施工单位负责测点埋设与日常保护[8]。对地表下沉、拱顶沉降和周边收敛情况进行监测，以断面间距10 m为标准，所有测点保持在同一断面，洞内测点埋入围岩深度不小于20 cm，地表观测点混凝土包裹。实际应用情况：受黄土竖向节理发育特性，黄土隧道以拱顶沉降变化为主，周边收敛变化不大，特殊地段如偏压地段、片帮地段周边收敛也需高度重视；经监测数据分析，拱顶沉降量基本在15 cm 以内；水平收敛在5 cm 以内，设计预留变形20 cm，满足施工需要。在实际监控中，发现同等地层下仰拱距掌子面超过20 m 后拱顶沉降速率明显变大，故建议黄土隧道施工中，仰拱与上台阶步的距离应该不超过20 m。

6 效果评价

隧道浅埋段施工段落长，CD 法各部独立封闭成环的时间短，结构受力小，施工时隧道整体下沉较小，降低了施工安全风险；利用现有机械设备通过工序循环有序衔接月进尺可达30 m，进度较慢但基本满足浅埋段施工要求；通过监控量测变形速率的变化可随时调整各个导坑的开挖进尺，及时增加临时支护，有效控制围岩变形。在该隧道洞口浅埋段设计优化及地表冲沟浅埋段处治后，实际成效显著，开挖后掌子面未出现崩塌、掉块，土体含水量也有效降低，初支滴渗水明显减少，拱顶沉降在设计范围内，基底承载力提高，整体施工安全风险变低，工人的施工效率也大幅改善。

7 结束语

（1）水对黄土隧道施工的影响很大，及时引排是关键，严禁散排，同时加强防排水施工质量，有效降低施工病害，尤其是纵向盲管与横向盲管三通连接质量、防水板接缝焊接质量、纵向盲管土工布防水板包裹质量、仰拱与二衬结合部清理质量是防排水检查的重点，确保排水系统完整流畅。

（2）监控量测是黄土隧道施工的关键工序，拱顶沉降数据对工序的指导意义重大，安全步距控制、开挖进尺控制、临时加强处理等均与监控量测数据息息相关。仰拱距上台阶步距是控制围岩变形保证初期支护稳定的重要控制手段，结合实际控制在20 m 为宜。当监测数据发生变化时要适当的调整，如在收敛较大的时候要进行临时仰拱。