白 洪 星

(中鐵十七局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

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黃土隧道快速施工技術(shù)

白 洪 星

(中鐵十七局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

以石樓隧道為工程背景，介紹了黃土隧道快速施工的工藝特點(diǎn)，從施工人員及機(jī)械配置、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、黃土地質(zhì)處理、通風(fēng)及排水等方面，闡述了黃土隧道的快速施工技術(shù)，為類似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

隧道，黃土地質(zhì)，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，通風(fēng)，排水

1 工程背景

1.1 隧道總體設(shè)計(jì)

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與臨汾市隰縣境內(nèi)，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252 m，最小埋深約為10 m。

本隧道為單洞雙線隧道，直線段線間距為4.0 m。隧道進(jìn)口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長12 810 m。

隧道Ⅲ級圍巖段長3 400 m，Ⅳ級圍巖段長8 750 m，Ⅴ級圍巖段長660 m，分別占隧道全長的27%，68%，5%。

1.2 隧道工程地質(zhì)條件

地貌：本隧道位于呂梁山西坡，黃河左岸黃土梁峁區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。海拔高程1 055 m～1 297 m，相對高差10 m～252 m。隧道山頂有深切沖溝，溝底距洞頂3.27 m～97 m。隧道進(jìn)口端與出口端均處于黃土與第三系粘土分界處。

水文特征：隧道區(qū)地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，賦存于第四系老黃土、第三系粉質(zhì)粘土及三疊系中統(tǒng)二馬營組砂巖、泥巖裂隙及風(fēng)化層中。

1.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)洞身二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 洞身二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) cm

2)初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

2 施工方法及工藝

通常黃土隧道施工多采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，此方法最大的特點(diǎn)就是安全，但工序繁瑣，進(jìn)度緩慢，不適合長大隧道施工，為保證施工安全，又不影響施工工期，所以我們采用三臺階七步法施工。三臺階七步法分上中下三個(gè)臺階七個(gè)作業(yè)面,三臺階七步法的特點(diǎn)：一是施工空間大，可以多個(gè)作業(yè)面平行作業(yè)；二是中下臺階左右錯(cuò)開開挖，有利于作業(yè)面的穩(wěn)定；三是當(dāng)圍巖有變形時(shí)，可以很快調(diào)整閉合時(shí)間。

3 機(jī)械設(shè)備選用及電力配置

3.1 機(jī)械設(shè)備選用

表2 初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)施工能力和工作量，單個(gè)工作面主要機(jī)械配備表如表3所示。

表3 單個(gè)作業(yè)面施工機(jī)械配備表

3.2 洞內(nèi)照明

長大隧道超過1 000 m，由于供電距離過長，電壓損失過大。所以我們在石樓隧道出口設(shè)一臺630 kW變壓器，在淺埋段(也就是進(jìn)洞1.2 km處)設(shè)一臺315 kW變壓器供洞內(nèi)施工用電；4號斜井洞外設(shè)一臺1 000 kW變壓器，洞內(nèi)設(shè)一臺315 kW移動(dòng)式變壓器，保證施工正常用電。

4 施工人員配置與管理

由于黃土隧道開挖進(jìn)尺短，人員安排多了又浪費(fèi)，安排少了不能正常施工，人員配置很重要，通過一年多的實(shí)踐，總結(jié)出比較理想的人員配置表(見表4)。

表4 單工作面人員配備表

5 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測

5.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

采用TRT6000地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)，利用地震波的反射原理進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。

5.2 監(jiān)控量測

在石樓隧道監(jiān)控量測中結(jié)合實(shí)際施工情況，水平收斂采用了收斂儀器測圍巖的水平變化，拱頂下沉采用了全站儀免棱鏡激光量測。石樓隧道屬于Ⅳ級和Ⅴ級圍巖交替。Ⅴ級圍巖按里程10 m布置一個(gè)量測斷面，Ⅳ級按5 m布置一個(gè)量測斷面，地下水量大圍巖增設(shè)量測斷面。

6 特殊黃土地質(zhì)施工方法

6.1 淺埋地段施工方法

石樓隧道其中DK232+990～DK232+920段位于一個(gè)溝谷內(nèi)，由于當(dāng)?shù)厮亮魇?yán)重，當(dāng)?shù)卣跍瞎认掠涡拗r沙壩積淤造田，因此溝谷內(nèi)常年積水，形成較厚淤積層，地質(zhì)鉆探揭示表層50 cm為積淤層，中間1 m～2 m為卵石層，下層為粉質(zhì)粘土，含水量豐富，地質(zhì)情況如圖1所示。

6.2 富水地段施工方法

石樓隧道出口4號斜井雖為土質(zhì)隧道，隨著隧道掘進(jìn)，含量逐漸加大。根據(jù)設(shè)計(jì)勘查，土體中含水主要為孔隙潛水和裂隙水，在最初開挖時(shí)無肉眼可見的滴、滲水，但土體相對濕潤，隨著時(shí)間推移，在初噴以前，滲水由滴水狀變?yōu)榫€狀水，最后出現(xiàn)大面積滲水，如圖2，圖3所示。

開挖過程中出現(xiàn)不同程度的掉塊，掌子面有時(shí)出現(xiàn)大面積掉塊，最初設(shè)計(jì)均為Ⅳ級圍巖，初支采用格柵拱架，間距1.2 m/榀，變形量較大，在DK233+380～DK233+352段，DK223+270～DK223+290段，DK231+430～DK231+395段，在初期支護(hù)完成后，均出現(xiàn)不同程度的拱部開裂，變形達(dá)到60 cm左右，甚至坍塌。造成事故的主要原因?yàn)橥馏w內(nèi)的含水引起了土體結(jié)構(gòu)的改變，使土體間應(yīng)力發(fā)生改變和重新分布，土體顆粒間的粘聚性大大降低，尤其在隧道開挖后引起斷面周邊土體出現(xiàn)松動(dòng)圈，松動(dòng)圈內(nèi)的土體受水影響而產(chǎn)生的應(yīng)力分布均勻或者重新改變，同時(shí)在土體應(yīng)力隨時(shí)間逐步釋放的作用下，由于格柵拱架剛度不足，受不均勻力的作用，易發(fā)生變形，導(dǎo)致初支大變形。經(jīng)專家討論研究采用Ⅴ級圍巖施工，格柵拱架更換為Ⅰ18工字鋼，間距調(diào)整為1 m/榀，目前施工正常，收斂在5 cm以內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常。

7 通風(fēng)及排水方案

7.1 通風(fēng)

隧道施工通風(fēng)主要按長管路獨(dú)頭壓入式，利用風(fēng)管對單獨(dú)掘進(jìn)的工作面供風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定。在進(jìn)、出口區(qū)以及斜井洞口各選配2臺2×55 kW軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，風(fēng)管直徑為160 cm。

高壓風(fēng)采用洞外電動(dòng)空壓機(jī)組成的壓風(fēng)站集中供風(fēng)方式，高壓風(fēng)管直徑采用150 mm無縫鋼管，進(jìn)洞后采用托架法安裝在邊墻上，沿隧道通長布置，高度以不影響仰拱施工為宜。

空壓機(jī)配備按洞內(nèi)風(fēng)動(dòng)機(jī)械同時(shí)工作耗風(fēng)量及管道漏風(fēng)系數(shù)等計(jì)算。

Q=∑Q×(1+δ)×k×km。

其中，δ為安全系數(shù)，電動(dòng)取0.3～0.5；k為空壓機(jī)本身磨損的修正系數(shù)，取1.05～1.10；km為不同海拔高度的修正系數(shù)，取1.14;∑Q為風(fēng)動(dòng)機(jī)具同時(shí)工作耗風(fēng)量總和，∑Q=∑q×qn，qn為管道漏風(fēng)系數(shù)，取1.15，同時(shí)工作的各種風(fēng)動(dòng)工具耗風(fēng)量∑q=N×q×k1×k2，N為使用臺數(shù)，q為每臺耗風(fēng)量，k1為同時(shí)工作系數(shù)，取0.85，k2為風(fēng)動(dòng)機(jī)磨損系數(shù)，取1.10。

根據(jù)計(jì)算所得總耗風(fēng)量，在隧道進(jìn)出口區(qū)及斜井區(qū)分別設(shè)一組4×40 m3/min高壓風(fēng)站，供應(yīng)洞內(nèi)高壓用風(fēng)。

7.2 排水

由于石樓隧道出口和4號斜井均為反坡掘進(jìn)，所以采用機(jī)械接力式排水，洞內(nèi)水流入集水井，用水泵將水抽出排至洞外污水處理池，洞內(nèi)另一側(cè)水，利用過軌管線預(yù)留槽引入集水池內(nèi)。正洞內(nèi)500 m設(shè)一個(gè)集水池，集水池尺寸為2.5 m×2.5 m×1.5 m，見圖4。

出口淺埋段處排水采用地表排水及洞內(nèi)排水相結(jié)合的方法排水。

8 結(jié)語

長大隧道的施工組織及施工方案的選擇，除考慮成本外，更重要的是如何保證隧道的安全快速施工。通過石樓隧道實(shí)踐證明，在組織施工的方案選擇上，考慮了不利因素，方案合理，可實(shí)施性強(qiáng)，為同類工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

Fast construction technology of loose tunnel

Bai Hongxing

(China Railway 17th Bureau Group Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)

Taking Shilou tunnel as the engineering background, the paper introduces fast construction technology features of loose tunnel. Starting from aspects of construction staff and machine distribution, advance geology prediction, loose geology treatment, ventilation and drainage, it describes fast loose tunnel construction technologies, which has accumulated experience for similar engineering construction.

tunnel, loose geology, advance geology prediction, ventilation, drainage

1009-6825(2016)12-0142-03

2016-02-17

白洪星(1980- )，男，工程師

U455

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