梁棟

摘要：隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，在道路施工過程中，所面臨的地質(zhì)地貌狀況也越發(fā)復(fù)雜，通常會(huì)遇到一些會(huì)穿越隧道的情況，在此過程中，黃土隧道的開挖是一個(gè)技術(shù)性很強(qiáng)的環(huán)節(jié)，黃土容易坍塌，對(duì)隧道造成影響，因此，加強(qiáng)對(duì)黃土隧道開挖研究具有十分重要的意義。筆者將從黃土隧道坍塌的原因作出分析，并探究黃土隧道開挖的施工工藝，提出施工質(zhì)量的控制措施。

關(guān)鍵詞：黃土隧道；開挖過程；存在問題；施工工藝

一、前言

我國(guó)是黃土分布很廣泛的地區(qū)，尤其在華北、西北以及東北這些地區(qū)。近幾年來，在公路和鐵路建設(shè)中黃土隧道的數(shù)量很多，在施工和設(shè)計(jì)過程中難度也很大。黃土隧道在我國(guó)具有很獨(dú)特的特點(diǎn)，比如說在施工過程中很難預(yù)注漿、很容易出現(xiàn)塌方的現(xiàn)象，也很容易被水濕陷等。而且在造價(jià)上黃土隧道的成本也比較高，我國(guó)修建隧道和隧道連拱的經(jīng)驗(yàn)比較少，這樣很不利于我國(guó)黃土隧道的大規(guī)模建設(shè)。所以，在施工過程中，必須要使用具有可行性的工藝，還要注意隧道施工的質(zhì)量，這樣才能保證隧道的正常使用。

二、黃土隧道易坍塌的原因

1.土體強(qiáng)度低

粘性土的抗剪強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、受力歷史、孔隙水壓力和土密度等因素有關(guān)。含水量越大，土粒間連結(jié)力越小，即土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，粘聚力就小，黃土的抗剪強(qiáng)度就低；飽和土體受壓時(shí)，土中應(yīng)力由有效應(yīng)力及孔隙水壓力兩部分承擔(dān)，而實(shí)際上只有土顆粒間的有效應(yīng)力才能增大土的抗剪強(qiáng)度。

2. 應(yīng)力重分布

隧道開挖的過程也是地層內(nèi)應(yīng)力重新分布的過程。隧道開挖前，土體處于天然應(yīng)力平衡狀態(tài)，隧道開挖后，隧道周邊土體失去原有支撐，向洞室空間松脹位移，改變了圍巖土的相對(duì)平衡關(guān)系，破壞了天然應(yīng)力的平衡狀態(tài)，應(yīng)力進(jìn)行重新調(diào)整，引起原有天然應(yīng)力大小、方向和性質(zhì)改變。應(yīng)力的重新分布改變了土體顆粒流動(dòng)方向，從而引起開挖面周圍一定范圍內(nèi)土體產(chǎn)生一定量的移動(dòng)，即圍巖產(chǎn)生變形，若變形過大，就會(huì)塌陷。

3.土體內(nèi)自由水的滲透

由于開挖前黃土中的孔隙裂隙水存在于被封閉的環(huán)境中，處于平衡狀態(tài)，是近乎靜止的，在沒有外來壓力的情況下，不會(huì)產(chǎn)生滲流。而開挖后形成的空間使周圍土體 及孔隙裂隙水失去支撐環(huán)境，形成新的水力坡度，破壞了地下水的靜力平衡。當(dāng)新水力坡度大于黃土的起始坡降時(shí)，地下水開始在土體中滲透，其結(jié)果是：地下水的流動(dòng)及溶蝕帶走細(xì)顆粒及可溶性礦物，并在開挖面附近對(duì)黃土產(chǎn)生崩解破壞作用，產(chǎn)生滲透變形，使臨空面失去平衡而變形甚至塌陷。

三、黃土隧道工程的施工探討

1.臺(tái)階法的施工

先拱后墻的雙側(cè)壁導(dǎo)坑臺(tái)階法，適用于含水量低但穩(wěn)定性好的黃土巖段，具有施工進(jìn)程快、安全性好的優(yōu)點(diǎn)，采用這種方法可以保證二次襯砌平行作業(yè)和防水層建設(shè)的質(zhì)量。具體的操作工序是、

第一，在進(jìn)行洞口長(zhǎng)管棚和洞內(nèi)小導(dǎo)管的施工以后，再開始進(jìn)行上臺(tái)階和拱頂?shù)男?dǎo)坑挖設(shè)工作，于此同時(shí)，還要在小導(dǎo)坑處安裝支撐拱架、鎖腳錨管，還要架設(shè)襯砌拱架，這樣才能保證隧道的穩(wěn)定性。接著，就要開始馬口和中槽的挖設(shè)工作了，在馬口和中槽上也要安裝拱架和鎖腳錨管，還要鋪設(shè)橫縱向的排水管道。

第二，要對(duì)隧道的局部仰拱和側(cè)墻進(jìn)行混凝土澆筑工作，澆筑完成后再開始挖設(shè)馬口，還要安裝拱架、鎖腳錨管和縱橫向的排水管。最后一步是在局部的仰拱和側(cè)墻上澆筑混凝土，再將仰拱的拱架密封好，在使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑臺(tái)階法時(shí)候，如果是在一些先墻后拱的情況中，那么這種方法就比較適合用在弱風(fēng)化的泥巖地段和黃土比較飽和軟弱的地方，這樣就能夠控制好隧道發(fā)生的變形，但是這種方法的施工時(shí)間較長(zhǎng)，而且造價(jià)也比較高。

2.新奧法的施工方法

新奧法可以使用在紅色泥巖區(qū)，因?yàn)榧t色泥巖的膠結(jié)性很好，所以承受能力很強(qiáng)。在進(jìn)行雙車道的隧道斷面施工時(shí)應(yīng)該采用單側(cè)壁的導(dǎo)坑施工方法。而雙側(cè)壁的導(dǎo)坑法則適用于緊急停車帶的三車道大斷面隧道的施工。這兩種方法中，安全性能比較好的是單側(cè)壁的導(dǎo)坑方法，這種方法能對(duì)隧道圍巖和支護(hù)的變形起到有效的防護(hù)，而且采用這種方式的施工時(shí)間也比較短。它在施工時(shí)所要遵循的程序是：將預(yù)期支護(hù)設(shè)備安裝在導(dǎo)坑的上方、將鋼拱架安裝在導(dǎo)坑上方的中壁和洞壁上、開始挖導(dǎo)坑的下方，在將鋼拱架、排水管等設(shè)備安裝在下方的洞壁和中壁上，以起到支護(hù)作用。也可以先安裝鋼拱架和初期支護(hù)設(shè)備，然后再進(jìn)行縱橫向排水管的安裝，最后在將導(dǎo)坑下方中壁的臨時(shí)支護(hù)拆除掉。和單側(cè)壁導(dǎo)坑方法相比，雙側(cè)壁導(dǎo)坑方法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)，即施工進(jìn)程比較緩慢、施工更加安全，需要支付的支護(hù)費(fèi)用比較高等。通過分析這些特點(diǎn)我們可以在施工工程中采取以下措施，這些措施可以有效的防止支護(hù)出現(xiàn)變形。第一，先要進(jìn)行導(dǎo)坑的挖設(shè)工作，并且將臨時(shí)的鋼拱架安裝在導(dǎo)坑的洞壁和壁墻上。在進(jìn)行下導(dǎo)坑的開挖工作時(shí)，要將臨時(shí)的鋼拱架安裝在下導(dǎo)坑中的洞壁、仰拱底部和臨時(shí)壁墻上，然后再設(shè)置橫縱向的排水管。第二，在開挖上導(dǎo)坑時(shí)，要將臨時(shí)的鋼拱架安裝在洞壁和壁墻上。在開挖下導(dǎo)坑時(shí)，也要將臨時(shí)的鋼拱架安裝在導(dǎo)坑的壁墻、洞壁和仰拱底部，并且可以在導(dǎo)坑上安裝橫縱向的排水管道。

3.控制黃土隧道開挖及支護(hù)前期的質(zhì)量方法

必須按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行黃土隧道的開挖工作，對(duì)于黃土隧道的斷面要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，將二次襯砌的設(shè)計(jì)輪廓線作為施工的標(biāo)準(zhǔn)，合理放大預(yù)留的變形量、施工誤差以及測(cè)量誤差等。實(shí)際的變形量不宜超出預(yù)留的變形量，以免前期支護(hù)進(jìn)入二次襯砌的混凝土中?；蛘叻乐褂捎陬A(yù)留的變形量過大，而導(dǎo)致二次襯砌的厚度增大、回填增加等。

4.錨桿施工的質(zhì)量控制

錨桿作為隧道施工工程的重要施工設(shè)備，有助于維護(hù)隧道圍巖的穩(wěn)定及安全，是確保工程施工安全的主要支護(hù)方法。隧道工程竣工后，錨桿能有效發(fā)揮應(yīng)有的支護(hù)作用。對(duì)此，在隧道施工工程的過程中，應(yīng)加強(qiáng)控制錨桿的類型、錨桿的長(zhǎng)度、錨桿的墊板以及錨桿的布置情況等方面。結(jié)合黃土隧道工程的施工特點(diǎn)，采取干鉆的方法進(jìn)行鉆孔。選取濕鉆時(shí)，應(yīng)具備合理有效的排水對(duì)策，禁止拱腳浸泡。隧道鉆孔的深度，應(yīng)符合設(shè)計(jì)施工的要求。

5.架立鋼拱架過程的質(zhì)量控制

首先，控制好鋼拱架架立的質(zhì)量，具體內(nèi)容主要有：鋼拱架的橫向尺寸、標(biāo)高、間距、垂直度、螺栓的連接以及各單元連接部位的虛碴與散物處理等。安裝各個(gè)洞口的鋼拱架時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，控制好鋼拱架的寬度、標(biāo)高以及尺寸等。架立后，技術(shù)員或者監(jiān)理員 應(yīng)對(duì)其進(jìn)行多次核對(duì)，以保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)。其次，鋼拱架應(yīng)和隧道的圍巖密切貼近，若無法密切相貼，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求，采用高標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行填塞澆實(shí)，其的點(diǎn)數(shù)單側(cè)必須大于或者等于各個(gè)接觸點(diǎn)，以保證鋼拱架的整體受力。

四、結(jié)束語

黃土隧道的開挖施工是一項(xiàng)全方位、全過程的施工工程，需要各施工部門以及各崗位的團(tuán)結(jié)協(xié)作，重點(diǎn)掌握每一道施工程序以及施工要點(diǎn)，按照規(guī)范要求進(jìn)行施工，以確保隧道施工工程的施工質(zhì)量，從而保證黃土隧道工程的順利完工。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱永全.隧道工程中國(guó)鐵道出版社.

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（作者單位：中鐵五局貴州分公司）