摘要：隧道地質(zhì)復(fù)雜多樣對(duì)施工安全造成威脅較大，黃土地質(zhì)屬于隧道施工的不良地質(zhì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，再疊加淺埋、大斷面因素等，使得施工安全風(fēng)險(xiǎn)大大加劇。本文以西延高速鐵路新延安隧道為例，針對(duì)該隧道大斷面下穿黃土淺埋溝谷段落的施工難度，以監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為指導(dǎo)，選擇合理的開(kāi)挖工法和支護(hù)參數(shù)，通過(guò)嚴(yán)密的施工組織及有效的控制措施，控制了圍巖變形量，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)類似大斷面黃土地質(zhì)淺埋隧道施工具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞： 大斷面隧道、淺埋溝谷、三臺(tái)階預(yù)留核心法、圍巖監(jiān)控量測(cè)

1 工程概況

1.1 新延安隧道工程概況

新延安隧道位于甘泉至延安市寶塔區(qū)之間，起訖里程DK273+756～DK289+756，全長(zhǎng)16.0km。隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線，最大埋深約250m，最小埋深約13m。隧道進(jìn)口洞身主要穿越黃土溝壑梁峁區(qū)，地面高程1125m～1280m，黃土梁頂狹窄，地形被呈西北-東南走向的大型“U”型溝谷切割，支脈“V”型沖溝均強(qiáng)烈發(fā)育，多呈樹(shù)枝狀，溝谷下切劇烈，兩側(cè)岸坡陡峻，黃土滑坡、溜坍等不良地質(zhì)發(fā)育。

洞身主要地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，屬于弱富水區(qū)，隧道單位正常涌水量920 m3/d·km，正常涌水量為2501 m3/d。最大涌水量為7502 m3/d。部分沖溝內(nèi)有常年流水，湫沿山以北地表水匯入延河，以南地表水匯入洛河。

1.2 淺埋溝谷段概況

新延安隧道進(jìn)口工點(diǎn)施工區(qū)域洞身分別在DK274+150～+260段穿越地表淺埋溝谷，溝谷隧道頂部覆土為黃土，淺埋段隧道埋深分別為14m（DK274+223）及13m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，溝谷地表干燥、無(wú)低洼積水處，溝谷兩側(cè)山體為砂質(zhì)黃土，直立性較好，見(jiàn)下圖：

2 西延高鐵新延隧道下穿淺埋溝谷段施工技術(shù)

2.1? 設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

新延安隧道洞身穿過(guò)溝谷淺埋段時(shí)，對(duì)溝內(nèi)水疏導(dǎo)，以防止地表水下滲，并加強(qiáng)量測(cè)。DK274+150～+260淺埋溝谷段超前支護(hù)采用9m長(zhǎng)Φ89中管棚，外插角6-8°，環(huán)向間距0.6m，縱向搭接3m;配合Φ42小導(dǎo)管進(jìn)行，長(zhǎng)3.5m，外插角10-15°，環(huán)向間距0.6m，縱向搭接不小于1m，拱部140°范圍設(shè)置;襯砌類型采用Ⅴ膨脹土：初期支護(hù)采用工25a型鋼鋼架，縱向間距0.6m/榀，設(shè)φ8雙層鋼筋網(wǎng)，全環(huán)設(shè)置，邊墻范圍設(shè)φ22砂漿錨桿長(zhǎng)4m，間距1.2×1.0（環(huán)×縱）;C25噴射混凝土35cm。二次襯砌采用C40鋼筋混凝土，厚60cm。

2.2 施工方法及步驟

新延安隧道進(jìn)口淺埋溝谷段開(kāi)挖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工。

施工步驟：施工準(zhǔn)備→地表處理→超前地質(zhì)預(yù)報(bào)→監(jiān)控量測(cè)→超前支護(hù)→開(kāi)挖→初期支護(hù)→初期支護(hù)封閉成環(huán)→監(jiān)控量測(cè)→下循環(huán)開(kāi)挖、支護(hù)→施作鋼筋混凝土仰拱、填充混凝土→施作復(fù)合襯砌。

①施工準(zhǔn)備

1）穿越溝谷前， DK274+150～+260段淺埋下穿淺埋為防止地表水下滲，對(duì)溝內(nèi)排水進(jìn)行疏導(dǎo)。

2）加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)、洞內(nèi)沉降及變形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取加固措施。

②超前支護(hù)

拱部140°范圍內(nèi)采取9m長(zhǎng)Φ89中管棚，環(huán)向間距0.6m，縱向搭接3m;配合長(zhǎng)3.5mΦ42小導(dǎo)管進(jìn)行，環(huán)向間距0.6m，縱向搭接不小于1m。

③開(kāi)挖

開(kāi)挖以人工配合機(jī)械開(kāi)挖為主，腳墻、拱墻等隅角處應(yīng)預(yù)留60～70cm厚土體，采用小型設(shè)備或人工開(kāi)挖，且不應(yīng)超挖。各臺(tái)階平行作業(yè)，平行施作初期支護(hù)，各臺(tái)階初期支護(hù)應(yīng)銜接緊密，及時(shí)封閉成環(huán)。

利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護(hù)，環(huán)形開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺不得大于0.6m。開(kāi)挖后及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安裝拱架支撐及鎖腳錨管;擴(kuò)大拱腳在拱部140°兩側(cè)拱腳處，進(jìn)行擴(kuò)大拱腳開(kāi)挖，底部拱背擴(kuò)挖50cm。

④初期支護(hù)

采用I25a拱架，拱部間距0.6m;拱腳位于設(shè)計(jì)標(biāo)高位置;拱架連接板螺栓必須上齊且擰緊，拱架間采用φ22鋼筋縱向連接成整體，在拱架的頂部按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用φ8，雙層滿鋪，環(huán)縱向搭接長(zhǎng)度不得小于1個(gè)網(wǎng)格。

邊墻系統(tǒng)錨桿采用HRB400Φ22全螺紋砂漿錨桿，尾部設(shè)置墊板，單根長(zhǎng)均為4.0m。砂漿錨桿環(huán)縱向間距1.2*1.0m，錨桿必須垂直巖面打設(shè);上、中、下臺(tái)階拱腳處左右兩側(cè)各打設(shè)2根長(zhǎng)4.0mφ42鎖腳錨管，錨管與鋼架連接處采用“L”筋焊接牢固。鎖腳錨管內(nèi)灌不小于M20水泥砂漿。

噴射混凝土采用C25混凝土，35cm。噴混凝土前必須用高壓風(fēng)將巖面的粉塵或雜物清理干凈。及時(shí)埋設(shè)圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)。噴射混凝土必須平順，飽滿，密實(shí)。

2.3 施工控制要點(diǎn)

①超前支護(hù)

超前小導(dǎo)管打設(shè)方向盡量與線路方向一致，角度、間距及導(dǎo)管長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求。超前小導(dǎo)管打設(shè)時(shí)盡量不外露。

②開(kāi)挖

機(jī)械開(kāi)挖時(shí)，派專人對(duì)開(kāi)挖作業(yè)進(jìn)行指揮，防止大型機(jī)械對(duì)已支護(hù)好鋼架進(jìn)行碰撞損壞。臺(tái)階與臺(tái)階距離控制在5m～8m距離，禁止同一斷面開(kāi)挖。仰拱初支一次開(kāi)挖不大于3m。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)掌握圍巖和支護(hù)的變形情況及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量。

③初期支護(hù)

完善洞內(nèi)臨時(shí)排水系統(tǒng)，防止地下水浸泡拱墻腳。拱架連接板螺栓必須上齊且擰緊、連接板密貼。鎖腳錨管內(nèi)灌不小于M20標(biāo)號(hào)水泥砂漿。噴射混凝土必須平順，飽滿，密實(shí)。局部坍塌超挖過(guò)大時(shí)，必須采用同標(biāo)號(hào)混凝土回填密實(shí)。

2.4 施工注意事項(xiàng)及相關(guān)措施

①隧道施工應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)尺，每次開(kāi)挖盡快施作初期支護(hù)并封閉成環(huán)，堅(jiān)持“管超前、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉”的原則。

②隧道施工應(yīng)優(yōu)先采用機(jī)械開(kāi)挖，嚴(yán)禁放炮。腳墻、拱墻等瞬角處應(yīng)預(yù)留60～70cm厚土體，采用小型設(shè)備或人工開(kāi)挖，且不應(yīng)超挖。

③施工中應(yīng)建立完善的地表變化及洞內(nèi)收斂變形監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)，使變形量測(cè)果統(tǒng)化，并作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)作為一道工序認(rèn)真執(zhí)行，使其作為確保施工安全、調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)、信息化施工提供依據(jù)，根據(jù)反饋信息修正設(shè)計(jì)參數(shù)，改進(jìn)施工方法，確保安全和質(zhì)量。

④隧道錨噴施工支護(hù)的施工工序，應(yīng)按開(kāi)挖、初噴、布設(shè)錨桿、掛網(wǎng)或架立鋼架、復(fù)噴的步驟進(jìn)行。在第一次開(kāi)挖完成后，隧道斷面位移速度最大，應(yīng)及時(shí)施做初期支護(hù)，約束圍巖早期變形。

⑤采取有效措施進(jìn)行加固，以防止拱頂鋼架下沉。如強(qiáng)對(duì)鋼架的徑向固定措施、加強(qiáng)錨桿和鋼架的焊接;加強(qiáng)對(duì)鋼架的鎖腳固定措施;必要時(shí)加設(shè)鋼架基礎(chǔ)連接縱梁，擴(kuò)大開(kāi)挖庭腳、防止鋼架懸空，及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行覆蓋;加強(qiáng)對(duì)鋼架的應(yīng)力和變形監(jiān)測(cè);防止施工過(guò)程中的碰撞和損環(huán)。

⑥隧道施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)淺埋地段地表沉降觀測(cè)和巡查，對(duì)天然出現(xiàn)的地表裂縫及時(shí)采用灰土夯填、水泥灌漿等措施封閉處理。

⑦施工前及施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)地表裂縫的分布情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查及監(jiān)測(cè)，并對(duì)地表裂縫進(jìn)行及時(shí)封閉，確保施工安全。

3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

利用地質(zhì)調(diào)查法、電磁波反射法（地質(zhì)雷達(dá)）、地標(biāo)補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)查法（地表調(diào)查）及超前水平鉆孔探明前方地質(zhì)。對(duì)淺埋溝谷段圍巖的地質(zhì)雷達(dá)反射波信號(hào)較少，振幅能量較弱，介電常數(shù)無(wú)明顯變化。根據(jù)預(yù)報(bào)和鉆探確定淺埋段洞身為上黃土，與地表鉆孔資料相符，設(shè)計(jì)參數(shù)能夠確保施工安全不予以調(diào)整。

4 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

本淺埋段布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面21個(gè)，每個(gè)斷面包含地表沉降、拱頂沉降和水平收斂測(cè)點(diǎn)。其中地表沉降單日變形量最大為2.2mm，累計(jì)值最大為6.6mm;拱頂沉降單日變形量最大為3.7mm，累計(jì)值最大為14.9mm;水平收斂單日變形量最大為4.4mm，累計(jì)值最大為19.0mm。

DK274+223斷面地表沉降最大測(cè)點(diǎn)為DK274+223DB00和DK274+223DB01，累計(jì)值均為2.2mm，單次變形值最大為0.9mm，沉降值較小。

DK274+223GD00累計(jì)值為3.9mm，單日變形量變化范圍為0.6-2.5mm。從變形趨勢(shì)上看在該斷面開(kāi)挖后第7天達(dá)到最大累計(jì)值4.5mm，其后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

DK274+223斷面的上臺(tái)階收斂值為0.2mm，中臺(tái)階累計(jì)值為2.9mm，下臺(tái)階累計(jì)值為9.4mm。相比較而言，下臺(tái)階變形明顯大于中上臺(tái)階，下臺(tái)階開(kāi)挖后第5天達(dá)到累計(jì)值8.9mm，占變形總量的94.7%，后續(xù)變形趨于穩(wěn)定。

經(jīng)上述對(duì)圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，淺埋段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較小，隧道開(kāi)挖施工未對(duì)淺埋段洞內(nèi)及地表產(chǎn)生較大變形，施工過(guò)程中方法得當(dāng)未對(duì)圍巖造成較大擾動(dòng)，支護(hù)措施可靠。

5? 結(jié)論

西延高鐵新延安隧道在穿越淺埋溝谷段施工時(shí)，設(shè)計(jì)與施工緊密配合，充分利用地勘和超前預(yù)報(bào)確定淺埋溝谷段地質(zhì)，科學(xué)確定開(kāi)挖方法和支護(hù)參數(shù)。施工前完成地表排水疏導(dǎo)、監(jiān)控量測(cè)樁的埋設(shè)及監(jiān)測(cè)、洞內(nèi)做超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和地質(zhì)核對(duì)等準(zhǔn)備工作，為隧道掘進(jìn)提供有力的技術(shù)保障。施工過(guò)程中超前先行，嚴(yán)格控制開(kāi)挖工藝，工序緊密銜接，及時(shí)施做超前支護(hù)、初期支護(hù)快速封閉成環(huán)，及時(shí)再洞內(nèi)布設(shè)圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)，盡快獲取初始數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)為指導(dǎo)，快支護(hù)、及時(shí)封閉，高效、快速、安全的完成了黃土地質(zhì)淺埋溝谷段的施工，施工過(guò)程中圍巖變形量小，安全得到了保證。充分肯定了施工開(kāi)挖方法和措施得當(dāng)，支護(hù)措施可靠性、安全性。為新建西延高速鐵路后續(xù)大斷面淺埋黃土及泥巖隧道施工提供借鑒，為后續(xù)高鐵大斷面隧道穿越黃土高原提供施工參考。

作者簡(jiǎn)介：王雙存（1985年7月出生），男，甘肅靜寧人，研究生學(xué)歷，現(xiàn)從事鐵路工程施工管理、質(zhì)量安全監(jiān)督工作。

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