李秋芳

(中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

0 引言

黃土不良地質具有濕陷特性，正常的鐵路隧道施工方法，難以保障施工質量及安全性。開挖和支護結構的合理設計是黃土鐵路隧道設計的關鍵環(huán)節(jié)，要求對其結構設計和力學特性有充分的認識和了解。鑒于此，施工單位需要切實做好地質勘探工作，并立足黃土不良地質的特點，選擇合適的開挖方法，同時加強支護，保證黃土不良地質施工段的施工任務能夠順利完成。因而，開展黃土不良地質下鐵路隧道的開挖及支護的分析研究，具有一定的意義。

1 工程概述

本工程隧道進口(DK292+002)～(DK292+130)段128 m和出口(DK292+940)～(DK293+139.98)段199.98 m穿越地層巖性為第4系上更新統(tǒng)風積(Q3eol)砂質新黃土，具有濕陷性。根據臨近工點車新莊大橋資料，濕陷系數δs=0.016～0.030，為Ⅰ級(輕微)非自重濕陷性場地。根據鉆孔13-SND-687(DK292+450) 土壤含鹽量分析報告結果，環(huán)境土不具侵蝕性。

2 超前地質預報

由于本工程施工中穿越了黃土不良地質，地質條件比較復雜，需針對不同段落里程采取與之相適的超前地質預報方法，才能保證超前地質預報的準確性，為后期鐵路隧道開挖和支護提供必要的參考和指導。例如：本工程(DK292+002)～(DK292+276)段，長度為274 m，地質條件復雜程度中等，采用掌子面素描和地質調查就能滿足要求；而(DK292+276)～(DK292+955)段，長度為679 m，地質條件更加復雜，采用掌子面素描、加深炮孔、TSP、地質調查等相互結合的方法，才能有效保證超前地質預報的準確性。

3 黃土不良地質下鐵路隧道開挖要點

3.1 洞口開挖

在洞口開挖之前，需要通過測量放線，確定洞口開挖的邊線，明確開挖范圍，結合超前地質預報選擇開挖方法。本工程洞口開挖時選擇了從上到下分層明挖的方法。其中洞口表層土比較松軟，為提升施工效率，擬采用機械開挖的方法。在硬質巖和機械開挖難度大的區(qū)域，采取松動爆破開挖方法，尤其是土方和風化軟巖邊仰坡上需要預留出二次開挖層，選擇人工和機械設備相互聯合的方法進行開挖，石方可預留出二次光面爆破層，以保證洞口邊坡和仰坡的平順性及穩(wěn)定性，為后期進洞施工營造良好的環(huán)境。

3.2 洞內開挖

三臺階大拱腳臨時仰拱法適用于雙線隧道Ⅴ級圍巖黃土不良地質施工中，具體的施工工序為：①先利用上一循環(huán)架設的鋼架施作隧道超前支護，開挖上部臺階(含大拱腳)；②施作上臺階支護(含大拱腳)，同時施作臨時仰拱，開挖中臺階(含大拱腳)；③施作中臺階兩側初期支護(含大拱腳)，開挖下臺階；④施作下臺階兩側初期支護，開挖仰拱。仰拱開挖結束之后及時跟進初期支護，進行仰拱填充，做好測量結果分析。初期支護完成收斂之后，利用襯砌模板臺車一次性灌注二次襯砌。

三臺階法適用于雙線隧道Ⅳ級圍巖地段施工中，在黃土不良地質開挖中需要預留出核心土，具體的施工工序為：①利用上一循環(huán)架設的鋼架來施作鐵路隧道超前支護，開挖上臺階；②施作上臺階初期支護，進行中臺階開挖；③施作隧道兩側的初期支護，開挖下臺階；④施作下臺階兩側初期支護，開挖仰拱，填充仰拱，做好量測結果分析，完成初期支護收斂之后，采用襯砌模板臺車進行一次性灌注二次襯砌施工[1]。本工程隧道圍巖等級及開挖方法見表1。

表1 隧道圍巖等級及開挖方法

3.3 爆破開挖

案例工程施工的部分地段穿越了砂巖、泥巖等，硬度較大，機械和人工開挖效率低，因而采用了鉆眼爆破開挖方法。通過測量放線，確定鐵路隧道開挖輪廓線、周邊眼、掏槽眼、輔助眼等，充分利用隧道開挖斷面量測系統(tǒng)測量數據，按照超前地質預報確定的地質條件調整爆破參數，以保證爆破效果。嚴格控制周邊眼的裝藥量，并保證炸藥能夠沿著孔深均勻布置。在本工程爆破開挖中，裝藥結構選擇了不耦合裝藥結構，其裝藥系數為1.4～2.0，選擇2#巖石乳化炸藥，采用塑料導爆管復式起爆網絡電起爆[2]。

4 黃土不良地質下鐵路隧道支護施工要點

4.1 洞口支護

臨時開挖的仰坡和明暗洞分界位置采用噴錨方法進行支護。隧道洞口大管棚支護結構示意圖如圖1所示。

圖1 隧道洞口大管棚支護結構示意圖(單位：m)

錨桿的規(guī)格為：Ф22 mm砂漿錨桿，L=4.0 m，@1.5 m×1.5 m，錨桿布置呈梅花形，并噴射15 cm厚的C25混凝土；鋼筋網的規(guī)格為：Ф8 mm，網格25 cm×25 cm。鐵路隧道進口處的永久仰坡支護采取框架錨桿支護的方法，其余洞口永久邊仰坡采用骨架防護。

4.2 內部支護

隧道內部初期支護采用濕噴混凝土工藝，利用鎖腳錨管進行內部支護，隧道內部支護選Ф76 mm鎖腳錨管，每處2根，t=5 mm，L=6.0 m?；炷猎谒淼劳饷婕邪韬秃弥筮\輸到初期支護現場進行濕噴。隧道開挖結束之后及時跟進初期支護，先噴射4 cm厚的混凝土以封閉巖面，再打設錨桿、架設鋼架、掛鋼筋網，對初噴巖面進行全面清理，再復噴到設計厚度。

4.2.1濕噴混凝土

選擇型號為HPS3016S型混凝土噴射臺車進行施工，加大對混凝土質量的控制力度，在具體噴射時，控制噴頭到隧道巖面之間的距離為5～10 m，噴頭呈S型，保證前后2圈噴射的混凝土相互搭接1/3[3]。如果需要噴射的混凝土厚度超過5 cm，需要分2次噴射，第2次噴射需要在第1次噴射終凝1 h后再進行，噴射完成終凝2 h后及時養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不能低于7 d。

4.2.2打設錨桿

初凝之后達到一定強度，及時開展放樣測量，確定錨桿打設的位置，用手持YT-28風鉆進行鉆孔施工，所選擇的鉆頭直徑，要略大于錨桿的直徑。鉆孔達到設計深度之后，及時清孔，將錨桿插入鉆孔中，安裝止?jié){塞，保證錨桿插入的長度不小于設計長度的95%，且位于鉆孔中心位置。在外露的錨桿頭上接上注漿嘴，利用注漿罐、注漿管進行注漿施工，控制注漿壓力在0.4 MPa以內，待孔有漿液溢出時停止注漿。在錨桿注漿時，水泥砂漿要隨時使用，隨時制備，在初凝之前要全部使用完。

4.2.3鋼筋網施工

通過多功能作業(yè)臺架安裝預制好的鋼筋網片，焊接成一個整體。鋼筋網與錨桿及其他固定裝置相互連接，形成一個穩(wěn)定的整體。鋼筋網鋪設之后進行第2次混凝土噴射，在噴射時需要減小噴頭到噴面的距離，合理調整噴射角度，促使混凝土能夠擠入到鋼筋背后，以保證混凝土能夠包裹鋼筋網[4]。

4.2.4格柵鋼架安裝

格柵鋼架安裝是鐵路隧道支護的最后一步，也是較關鍵的一步，在安裝之前需要清除腳下的虛碴和雜物，以保證鋼架底腳能夠牢固的立在基礎上，鋼架間距誤差控制在±5 cm，垂直度誤差控制在±2°。格柵鋼架基腳部位需要留出0.15～0.2 m的原始地基，進行人工開挖，以免發(fā)生超挖和欠挖問題，以保證施工質量[5]。

4.2.5拱架支護

隧道黃土地段拱架需設置錨管，其規(guī)格型號、長度及根數必須符合設計要求，即規(guī)格型號為Φ42 mm，t=5 mm熱軋無縫鋼管，每根長4.0 m(土石交界地段規(guī)格型號Φ76 mm，t=5 mm熱軋無縫鋼管，每根長6.0 m)，每個拱腳部位設置2根，每榀拱架設計4根。施工中若有必要，可按現場情況增加錨管個數，確保拱架加固牢靠。拱架制作完成后，及時施工鎖腳錨管，鉆孔前先標出其位置，在拱腳上方30 cm處，呈30°進行鉆孔，鉆孔深度需超過95%錨管錨固長度，且超長值控制在10 cm內。采用Φ42 mm、壁厚5 mm熱軋無縫鋼管，安裝時用鑿巖機直接將鋼管打入孔中。用L型卡筋焊接固定。

4.3 量測監(jiān)控

為保證施工的安全和質量，需要加強量測監(jiān)控。對本工程而言，量測監(jiān)控的內容包括：對Ⅳ和Ⅴ級圍巖段開展洞內外觀察、凈空變化、拱頂下沉監(jiān)控量測。其中，Ⅳ級圍巖段量測斷面間距為10 m，Ⅴ級圍巖段量測斷面間距為5 m。

在整個量測監(jiān)控中，需要嚴格控制基準，以保證施工的質量和安全性?？刂苹鶞适且豁棻容^復雜的工作，需要結合隧道工程所在區(qū)域的地質條件、施工安全性、長期穩(wěn)定性、重要性等進行合理確定。在本工程量測監(jiān)控中，控制基準包括地表沉降、隧道內部位移、爆破振動等[6-10]。其中，位移控制基準依據測點距開挖面的長度確定。位移控制基準見表2。

表2 位移控制基準

地表沉降控制基準按照周圍建筑物的安全要求和地層穩(wěn)定性分別確定，并取最小值。在二次襯砌測量監(jiān)控中，隧道拱頂垂直位移速度及水平凈空變化速度明顯降低，隧道位移相對值已經達到總相對位移量的90%以上。

5 結束語

采用工程實例結合理論實踐的方法，分析了黃土不良地質下鐵路隧道的開挖及支護。黃土不良地質條件復雜，影響施工質量和安全的因素比較多。為保證施工質量，需要分別對洞口和洞身采取不同的開挖方法和支護方法，需要結合超前地質預報選擇多種方法聯合使用，以最大限度上保證施工質量。