大断面黄土隧道施工技术分析

卫学军

山西路桥第五工程有限公司 山西太原 030000

公路建设规模在社会经济发展的促进作用下而逐步扩大，施工期间易遇到较复杂的地质条件，不利于工程建设工作的顺利开展。黄土地区的地质条件特殊，于该处施工大断面隧道时，易诱发质量问题甚至安全事故。对此，需要从实际建设条件出发，引入先进的施工技术，切实提高大断面黄土隧道的施工质量。

1 工程概况

某黄土隧道工程，全长1241m，最大、最小埋深分别为56m、12m，属黄土浅埋隧道。隧道结构方面，主体部分为曲墙带仰拱复合式衬砌，施工材料为C35防水混凝土，抗渗等级不低于P10。出于安全层面的考虑，加强初期支护，采取的是“钢拱架+钢筋网+锚杆+喷射混凝土”相结合的方案，以形成完整、稳定的初期支护结构体系[1]。

2 大断面黄土隧道的施工难点

地质勘察结果显示，黄土地区主要含三层，自上而下分别为新黄土、老黄土、第三系泥岩。各部分的性质不尽相同，其中新黄土的土体相对疏松，受外部压力的作用，易出现土体变形、下沉现象。在常规的大断面黄土隧道施工中，常采用的是掌子面分割开挖的方法，期间根据实际情况适时增设临时支护结构。但该方法存在局限之处，即扰动性较强，易导致本就缺乏稳定性的围岩进一步变得疏松，且洞内作业空间有限，大型设备难以顺利进场，不利于施工进程的高效推进。并且，隧道的围岩条件错综复杂，存在诸多潜在影响因素，需根据实际情况灵活改变方法，由此带来施工周期长、质量可控性差、安全隐患多等问题。针对大断面黄土隧道的施工难点，需要采取适应性更强、效率更高的施工技术[2]。

3 大断面黄土隧道施工技术分析

3.1 套拱及管棚施工

套拱基础用C25混凝土浇筑而成，按设计要求，将提前加工成型的钢板和钢筋预埋到位；配套φ42mm的锁脚锚杆，利用该装置稳固套拱内钢板脚底，以免施工期间出现失稳现象。

于套拱上安装2榀I20a型钢拱架，彼此间用连接钢筋稳定连接。待工字钢架安装完成后，由技术人员检测，确定导向管的具体位置。在本工程中，导管采用的是φ127mm×5mm钢管，具体如图1所示。套拱施工期间，于相邻两导向管间设置φ22mm锚栓，在采取此方法后，可抵消钻孔时的反力，减小外力所带来的不良影响。

图1 套拱中导向管示意图

大管棚成型后，钻机就位，进入钻孔施工环节。钻进期间，操作人员精准控制设备的作业姿态，钻杆和钻具各自的轴线应共处相同的直线上。导向管施工中，外插角按1°-3°控制。钻孔作业落实到位后，及时浇筑水泥砂浆，随着时间的推移，待水泥砂浆凝固后，即可关闭预先设置在管外的阀门，按照此方式有序施工。

钢管选用的是φ108mm×6mm热轧无缝钢管，按照环向间距40cm的标准依次设置，钢管丝扣长15cm，相邻钢管接头错开量至少达到1m，具体根据实际情况灵活调整。钢管需稳定设置在衬砌拱部，实际位置与设计位置的误差不可超过20cm。于明洞衬砌外设置套拱，纵向长2.0m、厚60cm。

3.2 三台阶法施工

根据隧道进口段的施工条件，采用三台阶法施工，基本思路为：测量放线→上、中台阶超前支护→钻孔→注浆→扒渣→装渣→打设锚杆→喷射混凝土→施作仰拱→施作二次衬砌。

开挖施工中，首先处理的是上边的弧形导坑，再转为左右错位开挖的方法，由此完成中台阶的开挖作业，期间密切关注现场情况，及时挖除上中台阶的核心土，再施作下台阶的仰拱，期间各道工序紧密衔接，形成流水化作业模式，尽可能在短时间内实现仰拱封闭成环的目标。

各阶段开挖的关键作业要点有：

（1）上台阶开挖：经前期的超前支护作业后，若无误即可进入上台阶开挖环节，采取机械设备为主、人工为辅的方法，预留核心土，高度2.3-2.5m。

（2）中台阶开挖：以两侧左右错开的方式开挖，原因在于经前期施工后，已经形成具有稳定性的上台阶初期支护结构，可以发挥出支护的作用，因此具备错开开挖中台阶的施工条件。挖掘机应在中台阶的核心土处稳定运行，由专员操作，精准控制开挖进尺，随后再由人工修整，全面保证开挖质量。

（3）下台阶开挖：施工方法与上台阶相类似，开挖长度取3-4榀拱架间距。

（4）出碴：各部分开挖期间将产生弃碴，为避免现场堆积现象，宜利用挖掘机装载，由自卸车转移至指定堆放场所。

3.3 初期支护施工

以隧道开挖进度为准，合理安排初期支护作业，保证两项工作同步开展。严格按照设计要求控制施工长度，未经许可时不可随意变更；及时设置支撑装置，发挥出防护作用；密切测量挖掘深度，根据实测数据指导后续的开挖施工，在安全的环境下完成各项开挖作业[3]。

3.4 二衬施工

为充分发挥出二次衬砌的支护作用，需严格控制其与仰拱的安全距离，具体根据现场围岩等级而定，Ⅳ级围岩时该值≤90m，Ⅴ围岩时该值≤40m。此外，根据各施工部位选择合适的材料，填充环节以C15混凝土为宜，仰拱施工可采用C30混凝土。以施工要求为准，在搅拌站集中生产适量质量达标的混凝土，遵循随拌随用的原则，将出厂后的混凝土及时转运至现场，检测其坍落度，满足要求后方可用于浇筑，优先施工仰拱中心，逐步向两边对称推进。为确保混凝土具有足够的密实性和平整性，浇筑期间利用振捣器振捣。需注意的是，振捣器的作业点位应具有合理性，不可出现振捣点过密或过于疏松的情况。

图2 隧道初期支护施工

3.5 防排水施工

初支与二衬间设置防水板（1.5mm厚）和无纺布，缝隙处使用双焊接缝。

根据施工要求，在矮边墙处设置防水板，该板材结构与二衬间易形成纵向接缝，为尽可能避免此问题，在二衬施工前便制作合适尺寸的衬砌台车，对其两侧底模采取加长处理措施。仰拱以上的部分采取二衬混凝土一次浇筑成型的方法。经过一系列的技术优化后，可以提高矮边墙的施工效率，并且可减少防水板两侧的纵向接缝，具有较好的综合应用效果。

隧道为上坡施工，在此条件下，随着掌子面的开挖，部分水（指的是洒水湿润处理后多余的水）易向下流淌，从而聚积在仰拱开挖处。针对此问题，采取的是雾炮机喷雾降尘的方法，此时可以有效减少多余的水分，由此避免水分大范围聚集在仰拱开挖处的情况。在锚杆钻孔施工环节，加强对用水量的控制，在不影响施工质量的前提下尽可能减少用水量，以免因水分过多而流淌至仰拱基坑处。此外，经仰拱开挖作业后，需随即组织仰拱混凝土回填，通常该间隔时间不超过1h。

4 结语

综上所述，大断面黄土隧道的地质条件特殊，隧道开挖期间易出现失稳现象。对此，工程技术人员需遵循因地制宜的原则，做好前期勘察工作，根据现场施工条件合理制定施工方案，适配先进的施工技术，以规范化的方式将相关工作落实到位，保证大断面黄土隧道的施工质量。