孟兆偉 MENG Zhao-wei

（中鐵十七局四公司，重慶 401121）

（China Railway 17th Bureau Group No.4 Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

大跨度黃土隧道安全施工應(yīng)對(duì)措施

孟兆偉 MENG Zhao-wei

（中鐵十七局四公司，重慶 401121）

（China Railway 17th Bureau Group No.4 Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

根據(jù)山西中南部鐵路通道呂梁指揮部管段內(nèi)黃土隧道比例高，安全管理風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，通過對(duì)區(qū)域內(nèi)黃土特性的深入研究和分析，形成了呂梁指揮部管段內(nèi)黃土隧道施工安全管理的一套卡控措施，對(duì)全線黃土隧道施工安全管理提供了強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

大跨度黃土隧道；黃土特性；施工安全；應(yīng)對(duì)措施

0 引言

隨著鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道施工作為地下工程重要的一種，施工安全越來越受到更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，施工安全管理工作面臨更大的壓力，山西中南部鐵路通道是我國第一條按30T軸重設(shè)計(jì)和施工的重載鐵路，隧道規(guī)模大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工安全管理尤為重要。

1 工程概況

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與隰縣境內(nèi)，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252m，最小埋深約為10m。本隧道為單洞雙線隧道，線間距為4.0m。隧道進(jìn)口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長12802m。隧道共設(shè)置斜井4座，長度分別為：320m、605m、940m、440m。石樓隧道作為全線重點(diǎn)隧道，黃土比例高，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2 黃土隧道地質(zhì)情況

在隧道施工過程中，如果地基屬于黃土土質(zhì)，對(duì)于這種土質(zhì)，受到物理力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及水的作用的影響和制約，進(jìn)而在一定程度上導(dǎo)致土體的自承能力出現(xiàn)不足。

2.1 黃土特性

2.1.1 老黃土基本特性 對(duì)于老黃土來說，由于地質(zhì)的嚴(yán)密積壓過程的處理，在一定程度上使得顆粒間的大孔隙不具有濕陷性，進(jìn)一步提高了土體的承載力。對(duì)于老黃土來說，由于埋藏深度較大，與新黃土相比，其含水率相對(duì)比較高，通常情況下達(dá)到15～40%，但是與隧道位置原始地應(yīng)力相比強(qiáng)度要低，在這種情況下容易引發(fā)屈服，進(jìn)而在一定程度上形成塑性區(qū)，導(dǎo)致塑性發(fā)生變形。

2.1.2 新黃土特性 對(duì)于新黃土來說通常情況下覆蓋在老黃土之上，并且新黃土的厚度在30～50米之間，同時(shí)在一定程度上顯現(xiàn)出質(zhì)地均勻，含水率小，含水率一般情況下在5～15%，新黃土土質(zhì)多孔，呈松散結(jié)構(gòu)，在一定程度上受到節(jié)理切割的影響和制約，在垂直節(jié)理面上容易形成豎向的軟弱層，通常情況下，對(duì)于軟弱層來說，由于自身的粘聚力較小，并且軟弱面相互切割，在這種情況下容易形成與周邊圍巖粘聚力較小的面狀體，在開挖下部隧道的過程中，受開挖擾動(dòng)，以及支護(hù)存在缺陷的影響，在自身重力的作用下容易出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。

2.2 強(qiáng)度變化特性

在施工過程中，出現(xiàn)塌方，其中強(qiáng)度是主要的影響因素。開挖隧道的過程，可以說就是重新分布地層內(nèi)應(yīng)力的過程，在開挖隧道前，在天然應(yīng)力的作用下，土體處于平衡狀態(tài)，開挖隧道后，開挖擾動(dòng)破壞了原始的平衡狀態(tài)，在洞身周圍導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布，由于黃土的強(qiáng)度比較低，開挖后，如果應(yīng)力大于黃土本身的強(qiáng)度，在這種情況下，就會(huì)產(chǎn)生徑向塑形位移，進(jìn)而在一定程度上形成塑形松動(dòng)區(qū)，一部分應(yīng)力被釋放，一部分向外部傳遞，松動(dòng)區(qū)周邊繼續(xù)發(fā)生塑形變形，同時(shí)向外進(jìn)行擴(kuò)大。

2.3 工程特性

對(duì)于標(biāo)段內(nèi)的黃土，該土體比較特殊，通常情況下形成于第四紀(jì)的干旱、半干旱的條件下，進(jìn)而在一定程度上使得黃色成為基本色調(diào)，其顆粒成分主要是粉粒，顆粒直徑通常情況下都小于0.005mm，在整個(gè)顆粒中約占50～75%，整個(gè)顆粒中幾乎沒有大于0.25mm的顆粒。對(duì)于黃土來說，由于自身的層理不明顯，并且在一定程度上具有柱狀節(jié)理，同時(shí)垂直節(jié)理發(fā)育，具有較強(qiáng)的直立性，彼此在水平方向上的連接性降低，黃土的強(qiáng)度也隨之降低，從而引起初期支護(hù)受力不均導(dǎo)致出現(xiàn)開裂變形和塌方，尤其洞身處于水位線以下的隧道，土體在水的作用下更易大幅降低強(qiáng)度出現(xiàn)塌方。所以說黃土的多裂隙性、濕陷性和崩解性等特點(diǎn)，導(dǎo)致了黃土隧道施工安全的管理難度進(jìn)一步提高。

3 施工安全技術(shù)措施

隧道施工，嚴(yán)格規(guī)章制度，以隧道施工“六達(dá)標(biāo)”為工作重點(diǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)化管理，對(duì)隧道施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、指揮部等加大監(jiān)管的力度，在一定程度上落實(shí)安全措施和規(guī)范要求，進(jìn)一步確保隧道施工的安全性。

3.1 黃土及軟弱圍巖總體施工要求 變形速度快、突發(fā)性和濕陷特性這是新黃土的主要特點(diǎn)，對(duì)于老黃土來說，則是蠕變特性，以及軟弱圍巖應(yīng)力分布不均，尤其在地下水的作用下，洞身易產(chǎn)生不均勻沉降，穩(wěn)定變形通常情況下需要一個(gè)較長的過程。因此，需要對(duì)開挖的空間、支護(hù)時(shí)間進(jìn)行控制，在隧道內(nèi)進(jìn)行初期支護(hù)，即使在短期內(nèi)無收斂和變形現(xiàn)象，通常情況下也需要及時(shí)進(jìn)行二次襯砌。

3.2 施工前準(zhǔn)備 在對(duì)隧道進(jìn)行施工前，通常情況下，需要詳細(xì)勘察施工圖和地質(zhì)條件、地形地貌等，在一定程度上進(jìn)行詳細(xì)記錄與分析，進(jìn)而提前發(fā)現(xiàn)問題，提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。如果隧道施工風(fēng)險(xiǎn)較高，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，為了確保施工的安全性，需要編制安全施工方案及風(fēng)險(xiǎn)防范措施，并且在施工前，將安全技術(shù)對(duì)施工人員進(jìn)行交底。

3.3 洞口施工 標(biāo)段內(nèi)隧道洞口多位于新黃土內(nèi)，干燥時(shí)的強(qiáng)度較高，但是受大氣降水的影響后，土體逐漸趨于飽和，塑形變形增大，尤其在反復(fù)的干濕膨脹和收縮下，土體極易出現(xiàn)裂隙，導(dǎo)致土體強(qiáng)度大幅降低，并在大氣降水的不斷催化作用下，洞口易出現(xiàn)塌陷、滑坡和坍塌，施工安全管理難度加大，所以說隧道洞口的安全和穩(wěn)定受到黃土穩(wěn)定性的影響和制約。

隧道進(jìn)洞前，通常情況下，需要對(duì)隧道洞口的偏壓、淺埋或者滑坡體范圍等進(jìn)行核對(duì)，如果隧道位于新黃土內(nèi)和特軟弱圍巖，并且埋藏較淺時(shí)，在這種情況下需要對(duì)進(jìn)洞的位置進(jìn)行慎重的考慮。

3.4 隧道開挖

3.4.1 開挖方法 在隧道開挖過程中，采用二臺(tái)階法、三臺(tái)階七步流程開挖法進(jìn)行施工，通常情況下需要設(shè)置臨時(shí)的仰拱進(jìn)而在一定程度上對(duì)Ⅴ級(jí)及Ⅴ級(jí)加強(qiáng)地段進(jìn)行相應(yīng)的處理。在隧道開挖過程中，施工方法主要采用短臺(tái)階法進(jìn)行施工，為了確保開挖的安全性，對(duì)于同一臺(tái)階，通常情況下，兩側(cè)的開挖需要錯(cuò)開至少3～4米，并且在一定程度上不允許在同一臺(tái)階的同一斷面上同時(shí)開挖。

3.4.2 循環(huán)進(jìn)尺和開挖步距 嚴(yán)格控制各個(gè)臺(tái)階的循環(huán)進(jìn)尺，在單次開挖循環(huán)進(jìn)尺方面，上臺(tái)階控制在1～2榀拱架，中臺(tái)階及下臺(tái)階控制在2榀拱架。在臺(tái)階施工長度方面，三臺(tái)階法控制在5米，二臺(tái)階法控制在10米，仰拱一次開挖長度應(yīng)控制3m以內(nèi)，仰拱及二襯的步距無論Ⅳ還是Ⅴ都應(yīng)按照統(tǒng)一指標(biāo)進(jìn)行控制，且應(yīng)比“鐵建設(shè)[2010]120號(hào)文”的要求提高5米的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行。

3.4.3 開挖方式 開挖黃土隧道后，全面貫徹落實(shí)人工配合機(jī)械開挖，使用大型機(jī)械設(shè)備一次開挖到位的現(xiàn)象在施工現(xiàn)象杜絕出現(xiàn)。在施工過程中，通常情況下需要預(yù)留一定的開挖斷面，然后通過人工的方式開挖到標(biāo)準(zhǔn)斷面。在開挖過程中，杜絕和減少超挖，結(jié)合新、老黃土的實(shí)際特性，一旦出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，通過噴射砼進(jìn)行填平，通過棄碴或片石進(jìn)行回填堅(jiān)決杜絕，開挖掌子面后，需要預(yù)留核心土，進(jìn)而對(duì)掌子面（臨空面）和臺(tái)階底部的變形進(jìn)行有效的約束。對(duì)于部分黃土隧道可能下部分為巖石，必須弱爆破，掌子面及時(shí)封閉。

3.5 初期支護(hù) 在隧道施工過程中，恪守“寧強(qiáng)勿弱”的原則，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)的初期支護(hù)，在隧道開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)施作，及時(shí)進(jìn)行封閉成環(huán)；對(duì)于下部（邊墻），通常情況下，開挖后需要對(duì)鋼架進(jìn)行及時(shí)落底接長處理，并且在一定程度上及時(shí)封閉成環(huán)。對(duì)于鋼拱架成品和半成品的加工質(zhì)量要嚴(yán)格控制，對(duì)于腰部鋼架的連接、鎖腳錨管的錨固和連接等要控制好；對(duì)于黃土含水量明顯增加和土石分界面段處格柵鋼架改為鋼工拱架且對(duì)鎖腳錨管（錨桿）根數(shù)進(jìn)行增加加強(qiáng)。當(dāng)隧道圍巖分級(jí)幾方存在爭議時(shí)，通常情況下，按照提高一級(jí)圍巖等級(jí)的方式進(jìn)行相應(yīng)的處理，對(duì)于圍巖分級(jí)交替變化比較頻繁的，通常情況下對(duì)于圍巖較差的地段，需要向圍巖較好的地段延伸5～10m。在隧道內(nèi)進(jìn)行施工時(shí)，如果斷面發(fā)生突變，例如向正洞開挖斜井、安設(shè)通風(fēng)機(jī)段，以及隧道內(nèi)避車洞開挖段等，在這種情況下，通常需要提高圍巖的一個(gè)等級(jí)，對(duì)于支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)院要做出相應(yīng)的調(diào)整。

3.6 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測 對(duì)地質(zhì)及監(jiān)控進(jìn)行超前量測，需要按規(guī)定進(jìn)行，在一定程度上對(duì)于地表溝槽、地形變化較大的地表沉降等要增加監(jiān)測，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測納入到正常的施工工序中，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測的結(jié)果在一定程度上進(jìn)行及時(shí)的傳遞與反饋，進(jìn)而在一定程度上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步確保隧道開挖的安全性。

3.7 隧道二襯 對(duì)于黃土隧道、軟弱圍巖地段及淺埋、偏壓、溝谷地段，二襯必須及時(shí)跟進(jìn)，應(yīng)盡量縮短開挖和二襯之間的距離，以減少暴露時(shí)間。特殊段落，可考慮單工序作業(yè)。圍巖較差地段的襯砌應(yīng)向圍巖較好地段延伸，延伸長度宜為5～10m。

3.8 附屬洞室及下錨段施工 隧道施工時(shí)，附屬洞室位置處拱架必須與其他部位相同，一次安裝并落到底部，噴射混凝土?xí)r可以預(yù)留洞口位置或采取隔離的形式。小避車洞可以在二襯施工到達(dá)時(shí)割除鋼架做好防護(hù)和防水，與二襯同時(shí)施作。對(duì)于下錨段的襯砌，要提前研究普通襯砌臺(tái)車的適應(yīng)性或采用專用襯砌臺(tái)車，應(yīng)盡早進(jìn)行襯砌。

4 施工安全管理措施

4.1 應(yīng)急預(yù)案及演練

對(duì)于黃土隧道，除加強(qiáng)組織管理和人員培訓(xùn)外，應(yīng)建立符合各自實(shí)際的應(yīng)急救援體系并加強(qiáng)演練，真正做到及時(shí)反映和有效救援，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。石樓隧道依托本局組建的搶險(xiǎn)救援隊(duì)，通過日常演練，極大地完善了應(yīng)急救援體系。

4.2 其他重點(diǎn)注意事項(xiàng)

4.2.1 如果隧道施工時(shí)間停止過長，在這種情況下襯砌需要緊跟掌子面，如果停工，在這種情況下需要對(duì)掌子面通過噴砼進(jìn)行封閉，并且在一定程度上留下監(jiān)控量測資料，開工時(shí)需要監(jiān)測對(duì)比隧道洞內(nèi)外沉降變形情況，如果發(fā)現(xiàn)異常，通常情況下需要采取措施進(jìn)行處理，進(jìn)而確保施工的安全性。

4.2.2 按照地質(zhì)情況進(jìn)行鉆探，當(dāng)在地表有沖溝、土石分界時(shí)，在這種情況下，土體的含水量要高于其他部位，黃土強(qiáng)度明顯不夠，所以在施工過程中需要提起高度的重視，進(jìn)而在一定程度上完善應(yīng)對(duì)措施。

4.2.3 黃土隧道施工必須遵行“重核對(duì)，先排水、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、早成環(huán)、勤量測、快襯砌、工序緊”。

標(biāo)段內(nèi)黃土隧道工程施工必須落實(shí)進(jìn)洞人員實(shí)名制，施工現(xiàn)場封閉制，施工方法掛牌制,每個(gè)作業(yè)工點(diǎn)使用視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

4.3 實(shí)名制和掛牌制

實(shí)名制分兩部分，一是管理人員，全面推行架子隊(duì)管理，認(rèn)真落實(shí)架子隊(duì)九大員制度，即：隊(duì)長、副隊(duì)長、技術(shù)負(fù)責(zé)人、技術(shù)員、質(zhì)量員、安全員、試驗(yàn)員、材料員、領(lǐng)工員；二是進(jìn)洞施工人員，進(jìn)場施工勞務(wù)工必須填寫《勞務(wù)工花名冊(cè)》，并對(duì)其身份進(jìn)行認(rèn)可。施工方法掛牌制，隧道施工方法要求經(jīng)現(xiàn)場總監(jiān)（組長）批準(zhǔn)后，認(rèn)真做好技術(shù)交底工作，掛牌在現(xiàn)場，并在施工中貫徹執(zhí)行。

4.3.1 現(xiàn)場施工嚴(yán)格實(shí)行“三檢”和“兩巡”制度

作業(yè)隊(duì)安全、質(zhì)量人員認(rèn)真檢查每道作業(yè)工序安全措施和結(jié)構(gòu)施作質(zhì)量，分部專職安全、質(zhì)量人員復(fù)檢，專職監(jiān)理工程師進(jìn)行認(rèn)真查驗(yàn)，檢驗(yàn)人員要真正負(fù)起責(zé)任，認(rèn)真和落實(shí)到位，并實(shí)行問題責(zé)任追究制。監(jiān)理部總監(jiān)、副總監(jiān)、項(xiàng)目部的副指揮、總工要實(shí)行定期巡檢制度，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題的苗頭，及時(shí)提出防范措施。

4.3.2 領(lǐng)導(dǎo)干部帶班

施工現(xiàn)場必須實(shí)行領(lǐng)導(dǎo)、干部帶班制度，做到人人肩上有擔(dān)子，事事有人管，保證領(lǐng)導(dǎo)干部深入現(xiàn)場，及時(shí)掌握施工動(dòng)態(tài)，同時(shí)在現(xiàn)場設(shè)置值班室，做到信息暢通。

5 結(jié)束語

以石樓隧道為依托，通過以上對(duì)黃土隧道土體特性的深入研究和分析，形成了一套全面的施工安全卡控措施，取得了較好的效果，石樓隧道施工全程未發(fā)生安全事故，并在全線黃土隧道施工安全管理中起到了帶頭模范作用，卡控措施由晉豫魯鐵路通道公司在全線推廣和強(qiáng)制規(guī)定，有效地杜絕和減少了施工安全事故，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1]郭忠濤,魏之軍.模糊綜合評(píng)價(jià)法在隧道施工環(huán)境安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(上旬刊),2011(08).

[2]郭剛.LEC風(fēng)險(xiǎn)分析方法改進(jìn)及在隧道施工中的應(yīng)用研究[J].價(jià)值工程,2012(30).

[3]張華強(qiáng).淺埋黃土隧道施工注意事項(xiàng)[J].黑龍江科技信息,2012(06).

Countermeasures for Safety Construction of Large-span Loess Tunnel

The loess tunnel occupies a large proportion in the Lvliang command section of central and southern Shanxi railway channel,so there are big risks for safety management.Through in-depth analysis of the characteristics of the loess in the area,a set of controlling measures is formed,which can provide strong guidance for the whole line loess tunnel construction safety management.

large-span loess tunnel；loess characteristics；construction safety；countermeasures

孟兆偉（1982-），女，河北吳橋人，畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院，現(xiàn)在從事工程施工安全質(zhì)量管理工作。

U455.1

A

1006-4311（2014）13-0116-03