董亮亮（甘肅萬泰建設(shè)工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

大斷面黃土隧道施工方法

董亮亮
（甘肅萬泰建設(shè)工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

隨著我國黃土地區(qū)交通的大力發(fā)展，出現(xiàn)了大量黃土鐵路隧道和黃土公路隧道。黃土的多孔性、濕陷性、透水性較強(qiáng)、層理不明顯和垂直節(jié)理發(fā)育等特性造成黃土隧道具有圍巖強(qiáng)度低、圍巖變形量大、自穩(wěn)能力差的特點(diǎn)，對大斷面黃土隧道施工提出了極高的要求。文章對此開展了相關(guān)討論。

大斷面黃土隧道 施工工法 開挖

1　工程概況

某高速公路一標(biāo)段通過黃土地區(qū)，該標(biāo)段地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積砂（黏）質(zhì)黃土、砂類土及碎石類土，上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土、沖積粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黃土、砂類土及碎石類土，中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土，沖積碎石類土，下更新統(tǒng)沖積黏質(zhì)黃土，底部為上第三系泥巖。特殊巖土主要為濕陷性黃土、松軟土及膨脹巖。

2　黃土隧道濕陷性成因及特點(diǎn)

黃土地區(qū)巖層，自上而下一般為新黃土、老黃土、第三系泥巖。新黃土土體疏松，蟲孔及針孔發(fā)育，透水性好，具有自重濕陷性。濕陷性是黃土的一種特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)：在自重或外部荷載下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞發(fā)生突然下沉。引起濕陷的原因是因?yàn)辄S土以粉粒和親水弱的礦物為主，具有大孔結(jié)構(gòu)，天然含水率小，由具有黏粒的強(qiáng)結(jié)合水連結(jié)和鹽分的膠結(jié)連結(jié)，在干燥時，可以承擔(dān)一定荷載而變形不大，但浸濕后，土粒連結(jié)顯著減弱，引起土體結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生濕陷變形。

3　開挖工法

3.1黃土隧道開挖施工工法比較

開挖工法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和地層加固情況確定，實(shí)施中根據(jù)地質(zhì)情況和量測成果及時調(diào)整工法。超前加固，在黃土層水量大地層，須對圍巖進(jìn)行超前加固，確保安全施工。圍巖加固經(jīng)常采用注漿的施工方法。注漿法主要分全斷面注漿和局部注漿兩種。該黃土隧道施工中，主要施工工法有三臺階法、三臺階七步法、三臺階臨時橫撐法。三臺階法：適用于穩(wěn)定性較好、強(qiáng)度較高的圍巖，如泥巖。圍巖級別一般在Ⅳb以下。三臺階七步法：適用于具有一定的穩(wěn)定性，強(qiáng)度一般的圍巖，如Q2的黏質(zhì)黃土、中砂等。圍巖級別一般在Ⅳb－Ⅴa 之間。三臺階臨時橫撐法：適用于具有穩(wěn)定較差，強(qiáng)度一般的圍巖，特別是如Q2的黏質(zhì)黃土、中砂等。圍巖級別一般在Ⅴa-Ⅴe之間。在洞口淺埋，跨越?jīng)_溝多用該工法。

在該黃土隧道施工中，最常用的工法為三臺階七步法。究其原因有以下三點(diǎn)：第一，該公路黃土隧道的地質(zhì)情況較適合該工法； 第二，該工法工效較高，在不需投入臨時支護(hù)的前提下，能基本保證開挖施工的安全；第三，循環(huán)進(jìn)尺時間相對較短，進(jìn)度能夠得到有效保證。

3.2三臺階七步法控制要點(diǎn)

目前，大斷面黃土隧道，多采用三臺階七步法，但關(guān)鍵要點(diǎn)未控制好，也會出現(xiàn)初支侵限、坍方等問題，該工法技術(shù)要求如下：（1）上臺階每循環(huán)開挖進(jìn)尺，Ⅴ，Ⅵ級圍巖不大于1 榀鋼架，Ⅳ級不大于2榀。邊墻開挖進(jìn)尺不大于2 榀。各臺階左右側(cè)應(yīng)錯開兩榀拱架以上。（2）仰拱開挖前，必須完成鋼架鎖腳錨桿（管），每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于3m。初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距掌子面距離不應(yīng)超過30m。Ⅴ，Ⅳ級圍巖二襯離掌子面不超過70m，Ⅳ級圍巖二襯離掌子面不超過90m。（3）上中下臺階的高度分別為5m，3m，3m，核心土長度不能小于3m，臺階馬口左右側(cè)必須錯開，單側(cè)臺階的寬度不能小于2m。

4　開挖方法

大斷面黃土隧道以機(jī)械開挖為主，人工輔助修邊。在遇到第三系弱風(fēng)化的泥巖時，機(jī)械開挖進(jìn)度較慢，此時，可采用松動爆破配合機(jī)械開挖。該公路此標(biāo)段開挖常用的機(jī)械有三種，分別為挖掘機(jī)、松土器、銑挖機(jī)。三種機(jī)械有著不同的適用地層及開挖部位，而且有一定的互補(bǔ)性。以下分別介紹黃土隧道施工時三種機(jī)械的適用性。

4.1挖掘機(jī)開挖

挖掘機(jī)開挖是黃土隧道開挖施工中最常用的一種開挖方式，主要適用于第四系砂（黏）質(zhì)黃土。這種土體較為松散，強(qiáng)度較低，一般為150～180kPa。開挖機(jī)械僅采用挖掘機(jī)就能滿足施工需要，開挖速度控制在3.5m/h較為適合。若因圍巖強(qiáng)度高，挖掘機(jī)開挖較為困難，開挖時間增長時，則應(yīng)選擇松土器。

4.2松土器開挖

松土器具有破碎、翻松功能，且有功能互換的松土器分為挖掘機(jī)用松土器和推土機(jī)用松土器，其中挖掘機(jī)松土器也叫斗鉤，設(shè)置一個整體鑄造的松土齒，上部有耳孔，分別與斗桿和鏟斗缸相鉸接，齒尖前端有硬合金堆焊的齒帽。當(dāng)液壓缸的活塞桿伸出時，推動齒尖強(qiáng)制插入并翻動土壤。開挖時先通過松土器將硬土層進(jìn)行松動后，再換上挖機(jī)斗進(jìn)行開挖，一般適用于老黃土或全風(fēng)化泥巖地層中。當(dāng)圍巖強(qiáng)度為200～300kPa時，開挖速度控制在4～5m/h較為適合，當(dāng)圍巖強(qiáng)度高，松土器開挖較為困難，開挖時間增長時，則可考慮更換為銑挖機(jī)。

4.3銑挖機(jī)開挖

銑挖機(jī)可以安裝在任何類型的液壓挖掘機(jī)上，能夠高效替代挖斗、破碎錘、液壓剪等器械，銑挖機(jī)應(yīng)用于露天煤礦、隧道掘進(jìn)及輪廓修正、渠道溝槽銑掘、瀝青混凝土路面銑刨、巖石凍土銑挖、樹根銑削等方面。銑挖機(jī)在施工中的應(yīng)用，為隧道開挖提供了一種嶄新的施工方法。在黃土隧道隧道施工中，銑挖機(jī)較適合的巖層為第三系強(qiáng)（全）風(fēng)化泥巖，圍巖強(qiáng)度為300～400kPa，將銑挖機(jī)和松土器配合進(jìn)行開挖施工，開挖速度應(yīng)控制在3～4m/h。其中上臺階全部采用銑挖機(jī)開挖，時間約1.5小時；下臺階首先采用松土器進(jìn)行開挖中間部位，然后再使用銑挖機(jī)修邊，開挖時間約1.5小時。如果上臺階開挖完成后，立即進(jìn)行初支立架施工，還可以縮短施工時間。采用銑挖機(jī)進(jìn)行周邊的銑削施工，對超欠挖的控制效果較好。

4.4松動爆破開挖

當(dāng)黃土隧道圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，比如第三系弱風(fēng)化泥巖，強(qiáng)度達(dá)到400 kPa 以上時，則可考慮采用松動爆破，當(dāng)爆破松動圍巖后，再采用機(jī)械開挖。此時，松動爆破效果尤為關(guān)鍵，它直接決定了開挖循環(huán)時間。以吳家岔隧道進(jìn)口爆破施工為例，僅上臺階采用松動爆破施工，其余仍采用機(jī)械開挖，每循環(huán)進(jìn)尺2.5m左右。爆破參數(shù)的選定：選擇適當(dāng)?shù)谋茀?shù)，布置合理的炮眼孔位和炮眼數(shù)量，以保證爆破效果和安全生產(chǎn)，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。單位炸藥消耗量是計算炮眼數(shù)目的重要依據(jù)。爆破參數(shù)的確定，應(yīng)先進(jìn)行計算，參考規(guī)范規(guī)定，最終通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

5　結(jié)語

施工過程中加強(qiáng)圍巖量測，對量測結(jié)果及時進(jìn)行分析，得出結(jié)論指導(dǎo)施工?，F(xiàn)場做到24小時監(jiān)控，是遵循“短進(jìn)尺、少擾動、勤量測、早封閉”的原則，確保大斷面黃土隧道施工的安全和施工質(zhì)量。

［1］楊嚴(yán).淺埋黃土隧道下穿公路施工技術(shù)［J］.中國西部科技，2014 （07）.

［2］樊東.鄭西客專黃土隧道基礎(chǔ)沉降問題研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（07）.

［3］高宏剛.淺析黃土隧道選址要點(diǎn)［J］.山西建筑，2011（12）.