孔 祥 宇

(中鐵十二局集團有限公司，吉林 長春 130031)

談大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)

孔 祥 宇

(中鐵十二局集團有限公司，吉林 長春 130031)

以鄭西客運專線施工工程為背景，分析了大斷面黃土隧道的變形特征及穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵要點，主要對留核心土臺階法、新意法、預(yù)切槽法三種大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)進行了闡述，以確保隧道工程的施工質(zhì)量。

大斷面，黃土隧道，快速施工技術(shù)，穩(wěn)定性

0 引言

大斷面黃土隧道施工技術(shù)在當(dāng)前的建筑工程中，特別是隧道工程施工中屬于一個重難點，它的施工技術(shù)和施工方法具有一定的復(fù)雜性和專業(yè)性，需要專業(yè)的施工技術(shù)人員做現(xiàn)場指導(dǎo)，以確保施工活動的順利進行。下文以鄭西客運專線的施工工程為例，闡述了快速施工方法在工程應(yīng)用中的施工工藝和施工要點。

1 工程案例

鄭西客運專線總的長度為460 km左右，其中隧道所占長度為55 km左右。隧道的土質(zhì)大多屬于黃土，這就造成隧道施工過程中施工難度的增加，導(dǎo)致施工進程緩慢，并伴有很大的安全隱患。從現(xiàn)階段我國在此方面的施工狀況來看，還沒有形成一個較為系統(tǒng)、合理、成熟的施工理論體系，仍存在著很多的不足之處。工程中隧道開挖的斷面面積最高達(dá)到了170 m2，開挖的寬度最大為16 m，黃土的含水量在10%～30%之間，隧道的埋深在0 m～220 m。那么施工人員依據(jù)大斷面黃土隧道施工的特殊性，并考慮施工的安全性、施工進程以及工程成本的要素，確定最終的施工方法采用雙側(cè)壁、CRD等側(cè)壁導(dǎo)坑法，對于深埋段采取相應(yīng)的弧形導(dǎo)坑法。

2 大斷面黃土隧道的變形特性以及穩(wěn)定性技術(shù)的分析

鄭西客運專線在施工期間，對于大斷面黃土隧道的施工，依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，采用了五種方法對其進行現(xiàn)場測試和驗證計算，對其變形特性和穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵所在進行了探討分析[1](五種方法分別是：CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、留核心土臺階法、雙層支護和留核心土臺階法相融合法)。

2.1 大斷面黃土隧道的主要變形特性

1)凈空位移中垂直位移較為顯著。大多數(shù)的圍巖鐵路雙線隧道的凈空位移是平行式的，而大斷面黃土隧道凈空位移是具有垂直位移特性的，并且各個施工方法的拱部下沉和水平收斂之間的比例都大于1。然而，該比例與埋深之間成反比關(guān)系，埋深越大，比例就越小。采用臺階法進行深埋時，比值會接近于1，埋深小于1倍時進行隧道開挖，這個比值會大于4以上；而其他的雙側(cè)壁、CRD以及CD法可以在同一埋深條件下，保證拱部下沉和水平收斂比平均在1左右。

2)凈空位移受到初期支護和封閉距離的影響。初期支護是否處于封閉成環(huán)以及封閉時距離掌子面對隧道凈空位移的影響十分明顯。經(jīng)過實際的試驗可以看出，凈空位移一般是在支護封閉之前發(fā)生的，一旦其處于封閉狀態(tài)它的位移變化就越穩(wěn)定。臺階法拱部下沉在初期支護封閉前可以達(dá)到總下沉的90%，并且下沉大小和仰拱封閉距離之間是正相關(guān)的關(guān)系；而對于側(cè)壁導(dǎo)坑法來說，雙側(cè)壁先行導(dǎo)坑底撐及時封閉后方可開挖后行導(dǎo)坑，這樣可以使拱頂下沉減少30%；CD法在應(yīng)用時，在先行導(dǎo)坑沒有處于封閉的情況下開挖后行導(dǎo)坑時造成中壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

3)掌子面前方預(yù)收斂變形。在實際的地表沉降測試中，可以獲得精確的數(shù)據(jù)信息。通過對這些信息的分析，掌子面到達(dá)前，地表沉降可以達(dá)到沉降的15%左右；經(jīng)過對斜孔的測試，可以發(fā)現(xiàn)掌子面到達(dá)前邊墻范圍地中水平位移可以達(dá)到總位移的25%左右；另外，可以通過全站儀器觀測而得到臺階法上臺階掌子面縱向擠出位移約15 mm，一般是在開挖后2 h之內(nèi)產(chǎn)生。

2.2 大斷面黃土隧道穩(wěn)定性技術(shù)的關(guān)鍵要點分析

1)開挖面穩(wěn)定性。這主要是因為黃土的垂直節(jié)理和裸露開挖面的長期缺水和風(fēng)化導(dǎo)致的，工程在開挖大斷面時掌子面和拱部開挖面很容易失穩(wěn)，缺少穩(wěn)固性。

2)拱部整體下沉。它主要是因為黃土隧道拱腳的承載力較弱造成，并且會受到開挖工序的影響，這是最主要的誘發(fā)因素。在一些較新的黃土土層中，這種現(xiàn)象發(fā)生時間很快，并且與埋深有密切的關(guān)系，埋深越淺控制難度就越大[3]。

3 大斷面黃土隧道快速施工技術(shù)

3.1 礦山法方案——留核心土臺階法

從目前我國這方面的施工來看，這種方法是隧道建設(shè)中采用最廣泛的一種，其涉及到全斷面法、臺階法以及側(cè)壁導(dǎo)坑法三者。

鄭西客運專線在施工期間，采用快速施工技術(shù)取得了顯著的成效，施工的安全可靠性得到了控制。在現(xiàn)場施工時，要控制拱部整體下沉，臺階法采取了一系列的防護措施，但是根據(jù)實際的測試來看，它的開挖對黃土擾動性較大，對于地層沉降變形的控制還有很大的不足。

3.2 新意法

這種方法的工作原理主要是借助于對隧道掌子面超前核心圍巖的勘察和測量，對圍巖的應(yīng)力應(yīng)變形態(tài)進行及時的預(yù)報，并實時的把握隧道開挖后穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定以及不穩(wěn)定的狀態(tài)把圍巖劃分為三種有針對性的類型，并在此基礎(chǔ)上進行信息化的設(shè)計和施工，以保證隧道可以安全順利的穿越不同的地層，并實現(xiàn)全斷面開挖的一種隧道設(shè)計和施工的技術(shù)。

新意法的適用范圍十分廣泛，可以在地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜的條件下實現(xiàn)全斷面的機械化施工，可以對隧道的變形進行有效的控制，具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢。依據(jù)于我國的地域特征，它一般是在地層較為復(fù)雜和軟弱的地區(qū)，大斷面黃土隧道在含水量不高的地段，它的穩(wěn)定狀態(tài)是暫時穩(wěn)定的狀態(tài)，只需要對掌子面進行適當(dāng)?shù)某凹庸叹涂梢粤耍绻呛枯^高的黃土層或者是對變形有嚴(yán)格控制的地段，就要選擇這一方法進行施工[4]。

3.3 預(yù)切槽法

這種方法就是在進行隧道開挖工序之前，要利用一種特殊的鏈?zhǔn)綑C械切刀在隧道周邊切出一個窄槽，與此同時，采用和切刀一體化的混凝土灌注設(shè)備把混凝土順利的注入，這樣就可以形成一個具有連續(xù)性的混凝土殼體。如果混凝土的拱殼強度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，要在殼體的保護作用下開始開挖、運輸渣土、防排水以及二次襯砌等的施工流程。我們通過在實際的應(yīng)用中可以總結(jié)出它的主要技術(shù)優(yōu)勢特點：

1)施工中的預(yù)切槽設(shè)備，它的作用就是可以大大降低對周圍巖石的干擾，減少地層應(yīng)力的有效釋放，對拱頂起到控制作用。

2)隧道的橫向和縱向結(jié)構(gòu)可以形成一個連續(xù)的空間拱形結(jié)構(gòu)，其他的一些后續(xù)施工環(huán)節(jié)要在連續(xù)拱殼保護下進行，這樣做的目的是可以確保施工人員的安全。

3)在進行這種施工技術(shù)時，預(yù)切槽和灌注混凝土要采用機械施工的方式，并保證施工進程的一致性，這樣可以有效的減少施工中開挖環(huán)節(jié)出現(xiàn)超挖和短挖的現(xiàn)象，更加有利于施工單位加強施工質(zhì)量控制。

4)這種方法還具有超前支護、施工支護以及永久支護等的功能，可以在很大程度上代替超前小導(dǎo)管、錨桿等的支護設(shè)備，并且成本也不是很高。

這種施工技術(shù)相對來說應(yīng)用較為廣泛，屬于一種新型的施工方法，對于施工建設(shè)單位來說，可以將其作為大斷面黃土隧道快速施工的一種方法，但是，它在實際的工程應(yīng)用中還存在著一些技術(shù)上的問題，需要研究工作者對其進一步優(yōu)化改善，例如對支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

4 結(jié)語

隨著我國建筑工程類型的不斷增多，大斷面黃土隧道工程的施工逐漸得到了廣泛的重視。由于大斷面黃土隧道施工的特殊性并結(jié)合實際的工程案例，它會對工程施工的進度和質(zhì)量帶來一定的不利影響，傳統(tǒng)的隧道施工方法存在著施工強度較大、施工環(huán)境較差等的不足之處，這在大斷面黃土隧道工程中表現(xiàn)更為明顯，當(dāng)前很多新型快速的施工技術(shù)雖然在實際應(yīng)用中有很大的成效，但是也存在著一些不足之處，需要在時代的發(fā)展要求下進行創(chuàng)新和完善，以促進隧道工程施工的高質(zhì)高量。

[1] 王新東.淺埋大斷面黃土隧道安全快速施工方案探討[J].鐵道建筑技術(shù),2012(5):86-90.

[2] 王星宇,孫佰平.淺埋富水地段黃土隧道快速施工技術(shù)[J].吉林交通科技,2010(3):41-44.

[3] 陳雙秦.大斷面黃土隧道施工技術(shù)[J].中華建設(shè),2014(4):152-153.

[4] 石 磊,侯小軍,武進廣.大斷面黃土隧道施工工法研究[J].隧道建設(shè),2013(3):173-178.

Rapid construction technology of large section loess tunnel

Kong Xiangyu

(ChinaRailwayTwelveBureauGroupCo.,Ltd,Changchun130031,China)

Taking Zheng-Xi passenger-special railway line construction engineering as the background, the paper analyzes key points of deformation properties and stability technology of large-section loose tunnel, and mainly illustrates three kinds of large-section loose tunnel fast-construction technologies of core-step-leaving method, ADECO-RS approach and pre-cutting method, with a view to guarantee tunnel engineering construction quality.

large-section, loose tunnel, fast construction technology, stability

1009-6825(2015)30-0165-02

2015-08-16

孔祥宇(1986- )，男，助理工程師

U455

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