任 愛 林

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的高速公路建設(shè)也進(jìn)入了高潮，特別是中西部地區(qū)的高速公路建設(shè)勢(shì)頭迅猛。西北地區(qū)是我國最主要的黃土分布區(qū)。在高速公路建設(shè)中，隧道穿越黃土層，具有極大的施工風(fēng)險(xiǎn)，坍塌事故時(shí)有發(fā)生，極易造成重大損失。

我省(山西)是我國黃土的主要分布區(qū)之一。在我省的高速公路建設(shè)中，大斷面、超大斷面的黃土隧道相繼涌現(xiàn)，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。黃土隧道施工安全是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，科學(xué)有效的進(jìn)行隧道施工工序控制，重視隧道施工中的質(zhì)量及安全管理，是進(jìn)行黃土隧道施工的一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。

1 黃土隧道

黃土屬于特殊土的一種。黃土顆粒成分以粉粒為主，強(qiáng)度低，遇水易軟化或濕陷。黃土表層多具有濕陷性，對(duì)工程建設(shè)影響很大。在黃土隧道洞體施工中，采取有效的支護(hù)措施是確保施工安全的關(guān)鍵。

修建于黃土體內(nèi)的隧道稱為黃土隧道。在黃土隧道施工中，進(jìn)行的洞體斷面開挖，不可避免形成了黃土層的擾動(dòng)，塌方在支護(hù)缺陷的影響下就會(huì)形成。在高速公路建設(shè)中，黃土隧道施工中易發(fā)生洞內(nèi)坍塌和地表沉陷等問題。新黃土一般覆蓋在老黃土之上，呈松散結(jié)構(gòu)狀，垂直節(jié)理面上易形成豎向軟弱層。老黃土顆粒間的孔隙經(jīng)過地質(zhì)嚴(yán)密積壓而不具有濕陷性，土體承載力與地應(yīng)力相比較低，塑性變形特別容易發(fā)生，當(dāng)土體蠕變過大時(shí)容易導(dǎo)致塌方的形成。

黃土土質(zhì)松軟、承載力低，且黃土變形具有突變性、非連續(xù)性和不可逆性。黃土隧道施工風(fēng)險(xiǎn)非常大，特別是洞體支護(hù)不足時(shí)，出現(xiàn)施工安全問題就不可避免。做好黃土隧道施工中的安全控制，可有效確保隧道施工的安全快速。

2 安全控制要點(diǎn)

黃土隧道施工是一項(xiàng)復(fù)雜的施工工藝。常用的黃土隧道開挖有弧形導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD導(dǎo)坑法等。做好施工中的開挖、支護(hù)、防排水、仰拱等安全控制要點(diǎn)，重視隧道施工現(xiàn)場(chǎng)管理，對(duì)保證隧道施工質(zhì)量和安全具有積極意義。

2.1 施工前準(zhǔn)備

主要是要進(jìn)行圖紙核對(duì)及地質(zhì)條件、地形地貌復(fù)核。

在開工前，測(cè)量人員須記錄對(duì)隧道地處部位地形地貌進(jìn)行的詳細(xì)勘察結(jié)果。相關(guān)人員細(xì)致進(jìn)行施工圖紙核對(duì)，保證存在的問題或疑問達(dá)到提前發(fā)現(xiàn)，提前解決的目的。

2.2 洞口施工

在進(jìn)行洞口施工前，應(yīng)先對(duì)洞口段是否處于偏壓、淺埋或者滑坡范圍內(nèi)進(jìn)行核對(duì)，還須注意進(jìn)行洞口排水系統(tǒng)的完善有效。黃土隧道洞口大多處于黃土峁梁，橋隧相連，具有線位高、坡面陡的施工難題。對(duì)于在洞口開展明洞和橋臺(tái)施工困難的問題，須在設(shè)計(jì)中考慮采取多重有效的防護(hù)措施。

當(dāng)在存在較大偏壓的洞口施工時(shí)，采取有效的減載和反壓或支擋措施須予以考慮，以使得開挖后的初期支護(hù)開裂或變形有效避免。

對(duì)于淺埋段的洞口施工，進(jìn)洞位置須慎重考慮。一般使用“先縮后伸”的進(jìn)洞方式較多，通過明暗交界部位的調(diào)整，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件確保暗洞進(jìn)洞后再及時(shí)施作明洞延長(zhǎng)。

對(duì)于需要在滑坡體內(nèi)進(jìn)行洞口開挖作業(yè)的，應(yīng)先鑒定滑坡體的成因和穩(wěn)定性，根據(jù)鑒定結(jié)果采取合適有效的處治措施。

進(jìn)行洞口的邊仰坡施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按支護(hù)設(shè)計(jì)要求一次性支護(hù)到位，開挖作業(yè)自上而下一次到位。對(duì)于高邊坡的開挖，可通過預(yù)留一定寬度的臺(tái)階來確保土體穩(wěn)定。為應(yīng)對(duì)突發(fā)性大雨，還應(yīng)設(shè)置足夠的防排水設(shè)施。

2.3 洞口段施工

洞口段施工會(huì)造成一次山體整體性的擾動(dòng)。

為確保順利進(jìn)洞，須按照“穩(wěn)扎穩(wěn)打”原則進(jìn)行施工。在進(jìn)洞施工中，為有效提高管棚超前支護(hù)效果，分短臺(tái)階分部開挖進(jìn)行支護(hù)，仰拱作業(yè)及時(shí)在掌子面施工一定距離后進(jìn)行。

對(duì)于洞口段設(shè)計(jì)有明洞的，明洞仰拱施工應(yīng)首先施作完成后，須按設(shè)計(jì)要求在靠近洞口一定范圍內(nèi)的暗洞仰拱施工應(yīng)迅速施作完畢。同時(shí)，當(dāng)隧道掌子面按設(shè)計(jì)要求完成開挖支護(hù)一定距離后，須使用二次襯砌臺(tái)車開始并完工洞口處第一組襯砌的施工。

2.4 洞體開挖

1)開挖方法。臺(tái)階法、三臺(tái)階七步開挖法和三臺(tái)階臨時(shí)仰拱等是最常用的黃土隧道洞體開挖方法，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理選擇開挖方法。

為確保洞體穩(wěn)定，施工中須采用短臺(tái)階，對(duì)于同一臺(tái)階同一斷面上出現(xiàn)同時(shí)開挖應(yīng)嚴(yán)格禁止，要求同一臺(tái)階兩側(cè)開挖須錯(cuò)開一定距離。

對(duì)于因圍巖情況變化需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換開挖方法的，須嚴(yán)格做好工藝轉(zhuǎn)變中的安全質(zhì)量控制，對(duì)掌子面及時(shí)進(jìn)行封閉施工尤其重要。

2)循環(huán)進(jìn)尺和開挖步距。對(duì)各臺(tái)階的單次開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，上臺(tái)階按1榀～2榀拱架進(jìn)行控制，中臺(tái)階及下臺(tái)階按2榀拱架以內(nèi)進(jìn)行控制。

對(duì)于采用三臺(tái)階或二臺(tái)階法進(jìn)行洞體開挖時(shí)，臺(tái)階長(zhǎng)度分別按5 m和10 m進(jìn)行控制。

3)開挖方式。在隧道洞體開挖施工中，須采用人工配合機(jī)械的方式進(jìn)行開挖。按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行機(jī)械開挖后，人工將預(yù)留的20 cm～30 cm開挖斷面修面至標(biāo)準(zhǔn)斷面。使用大型機(jī)械一次開挖到位應(yīng)絕對(duì)予以禁止。

4)控制超挖，杜絕支護(hù)缺陷。在黃土隧道洞體開挖過程中，應(yīng)密切關(guān)注開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)，將機(jī)械對(duì)土體的擾動(dòng)降至最低。還須進(jìn)行開挖質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制超挖出現(xiàn)次數(shù)，及時(shí)進(jìn)行欠挖的修整。

為確保施工安全，對(duì)發(fā)現(xiàn)的一定程度的超挖應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修整。一般使用噴射混凝土填平，對(duì)用棄碴或片石回填的應(yīng)嚴(yán)格禁止。

5)核心土。黃土隧道施工中，核心土具有隧道初期支護(hù)的效果，對(duì)約束掌子面和臺(tái)階底部的變形具有重要意義。

應(yīng)進(jìn)行核心土留置長(zhǎng)度和寬度控制。在隧道設(shè)計(jì)的考慮因素中，核心土大小不能僅通過作業(yè)臺(tái)架的大小來考慮。

6)初期支護(hù)。支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)依據(jù)“寧強(qiáng)勿弱”的原則進(jìn)行，施工中應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)施工。在隧道開挖后，須及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)施作，及時(shí)封閉成環(huán)。

對(duì)鋼拱架成品做好出廠前的質(zhì)量檢測(cè)，嚴(yán)格杜絕質(zhì)量缺陷。在鋼拱架安裝時(shí)，應(yīng)設(shè)專人對(duì)鋼架、錨桿等連接或錨固質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，重視邊墻錨桿安裝后的質(zhì)量控制，對(duì)于腰部連接處質(zhì)量應(yīng)予以重點(diǎn)檢控。

7)淺埋地段處理。當(dāng)隧道洞體穿過淺埋段時(shí)，在地形條件允許的前提下，采用地表處理法能有效確保施工作業(yè)安全。明挖、半明挖或蓋挖法是最常用的地表處理辦法。

8)圍巖變更。在洞體施工中，當(dāng)存在圍巖分級(jí)交替現(xiàn)象變化頻繁時(shí)，應(yīng)從圍巖較差地段向較好段延伸5 m～10 m。

大量的工程實(shí)踐表明，施工斷面突變是誘發(fā)塌方的一個(gè)重要因素，應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注斷面突變的情況，提前調(diào)整支護(hù)參數(shù)。常見的斷面突變有斜井向正洞開挖、下錨段開挖以及避車洞開挖等。

9)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)。進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)是降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)的一種新技術(shù)手段。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，用于指導(dǎo)和優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)施工工序。

2.5 隧道二襯

及時(shí)進(jìn)行二襯施工是降低塌方風(fēng)險(xiǎn)的一種有效手段。

隧道洞體處于淺埋、偏壓及溝谷地段時(shí)，為減少暴露時(shí)間，應(yīng)將開挖面與二襯間距離盡量縮短。在二襯施工中，應(yīng)將圍巖較差段襯砌向較好段延伸5 m～10 m。

2.6 附屬洞室施工

隧道附屬的洞室進(jìn)行的初期支護(hù)應(yīng)與其他部位相同。除避車洞可與二襯施工同時(shí)進(jìn)行外，其他洞室須在洞體二襯施工完畢后方可施作。

為避免完工后的洞室頂部出現(xiàn)裂紋，附屬洞室設(shè)置的鎖口格柵鋼架和超前小導(dǎo)管等支護(hù)施工須在二襯前完工。

2.7 人員培訓(xùn)教育

培訓(xùn)工作要從安全意識(shí)入手，加強(qiáng)管理制度教育，從工藝、工序、工法控制上下功夫，提高管理人員和施工作業(yè)人員的思想認(rèn)識(shí)，從思想上杜絕和減少施工安全問題和質(zhì)量隱患。

2.8 緊急救援

施工中要時(shí)刻做好應(yīng)對(duì)各種險(xiǎn)情和突發(fā)事件的準(zhǔn)備。應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行合理的應(yīng)急救援方案設(shè)計(jì)，開展進(jìn)行多層次的應(yīng)急救援演練，堅(jiān)持做到“及時(shí)反應(yīng)、有效救援”的目標(biāo)，以切實(shí)提高風(fēng)險(xiǎn)管控能力。

3 施工注意事項(xiàng)

1)當(dāng)黃土隧道因故須長(zhǎng)時(shí)間停工時(shí)，隧道襯砌應(yīng)施工至掌子面部位，同時(shí)濕噴混凝土封閉掌子面。停工期間不得間斷對(duì)洞體的監(jiān)控量測(cè)。復(fù)工時(shí)，進(jìn)行洞體沉降變形分析，對(duì)異常情況采取有效處治措施。

2)水對(duì)黃土的影響很大。應(yīng)重視施工前的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免水軟化黃土。

3)大量的工程實(shí)例表明，一些部位的黃土含水量顯著增加，圍巖強(qiáng)度降低明顯。主要是在地表有沖溝、新老黃土分界及土石分界處較為常見。在該部位施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)鉆探，提前采取預(yù)防措施。

4)施工作業(yè)須嚴(yán)格按照“重核對(duì)、先排水、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、早成環(huán)、勤量測(cè)、快襯砌、工序緊”原則進(jìn)行。

4 結(jié)語

在黃土隧道施工中，為有效降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)嚴(yán)格控制開挖空間，盡量縮短二襯施作時(shí)間，要求各工序間須緊湊銜接。

要解決黃土隧道施工安全問題，先要解決思想問題，從思想中重視是確保施工安全的關(guān)鍵。再做好施工中的安全點(diǎn)控制，可有效確保施工安全和質(zhì)量。

[1] 晉豫魯鐵路通道股份有限公司.黃土隧道安全施工注意事項(xiàng)和應(yīng)對(duì)措施[Z].

[2] 王秉勇.黃土隧道施工及監(jiān)理要點(diǎn)[Z].

[3] 張引江.黃土隧道施工安全問題與控制措施[J].工業(yè)，2016,8(3)：16-18.