摘"要：本文先分析大跨度覆水黃土隧道施工中的風險，然后以雄忻高鐵山西段楊家莊隧道工程為例，介紹適用于大跨度富水黃土隧道施工的技術，并簡述加強施工管理的方式。通過分析得知，基于工程項目實際情況，選擇合適的大跨度富水黃土隧道施工技術，不僅可以加強施工風險點的管控，還能為工程施工質量、 效率提高奠定堅實的基礎。希望通過本文研究，為相關行業(yè)提供借鑒。

關鍵詞：大跨度；富水；黃土；隧道施工技術文章編號：2095-4085（2024）07-0070-03

0"引言

受黃土水敏性、結構特性特殊的影響，在黃土地區(qū)開展隧道施工時，突水、涌泥、變形量過大、塌方等工程災害出現概率偏高，不僅阻礙了工程項目的順利推進，還會威脅施工人員的人身安全。現階段，為保證隧道工程項目施工能夠有序推進，施工方需要將適宜的大跨度覆水黃土隧道施工技術應用于施工，以便保證施工成效。

1"大跨度富水黃土隧道施工的風險點

從整體上看，大跨度富水黃土隧道施工過程也是施工區(qū)域地層內應力重新分布的過程，在工程項目正式開展前，施工區(qū)域的土體處于天然應力平衡狀態(tài)，在隧道開挖施工進行過程中，施工區(qū)域原有的土體應力平衡狀態(tài)被打破，隧道周邊的土體因失去原有支撐而向開挖空洞處位移，隧道圍巖土的相對平衡被打破，施工區(qū)域應力狀態(tài)發(fā)生改變，施工區(qū)域周邊土體顆粒在應力的作用下，向周邊流動，隧道圍巖發(fā)生形變，若形變量過大將會出現坍塌這類的工程問題。

2"大跨度富水黃土隧道施工技術應用實例

為保證大跨度富水黃土隧道施工技術在應用過程中，既能保證隧道施工活動的安全性，又能避免施工活動污染地下水，保護周邊的生態(tài)環(huán)境安全，本文以某高鐵隧道工程為例，分析了特大跨度黃土隧道施工活動中應用的關鍵技術，并結合本次工程項目中隧道圍巖沉降、收斂變形、物理學參數等信息變化情況的方式，分析了相應施工技術在本次施工活動中的應用效果，并簡述了這一施工技術在圍巖加固工作中的具體作用機理，以期為后續(xù)大跨度富水黃土隧道施工活動的開展提供技術支持。

2.1"項目概況

雄忻高鐵山西段楊家莊隧道工程中，大跨度富水黃土隧道形式為雙線單洞，最大開挖高度為13.4m，開挖斷面積約為170m2，參照《鐵路黃土隧道技術規(guī)范》的要求，可以認為該隧道為特大斷面大跨度黃土隧道。該隧道工程全長5 750.39m，其中DK210+640—DK212+360段長度為1 720m，占總隧道長度的30%，圍巖等級為Ⅴ級，屬于富水軟質黃土地段。在地質勘察階段可以發(fā)現，該區(qū)域的第四系孔隙水水位埋深2.0～52.6m （高程1 173.00～1 212.60m），水位變幅3～5m，在施工過程中，該區(qū)域雨季的最大涌水量可達7 950m3，正常涌水量可達4 350m3。

考慮到該隧道施工過程中，DK210+640—DK212+360段的埋深大于35m，且洞身土層為四系中更新統坡洪積層（Q2 dl+pl）老黃土，其中DK210+600-DK211+040 段老黃土塑性指數（11.86～13.49）黏性較大，含水量（21.57～22.70）較高；DK211+040-DK212+500段老黃土塑性指數（11.33～11.82）黏性較小，含水量（21.13～21.76）較小，呈蠕動的松軟結構，圍巖位于水位以下。受圍巖形態(tài)主要為軟塑狀、流塑狀的影響，在隧道開挖施工過程中，掌子面的穩(wěn)定性極差，出現大變形、突水突泥、坍塌這類問題的概率較高。同時，受地下水高度較高的影響，在施工過程中，隧道圍巖容易在地下水的浸泡、施工擾動等因素的影響下，出現大規(guī)模變形、沉降現象。為保證本次施工活動的安全性與可靠性，施工前施工單位采取地表井點降水及地表袖閥管注漿加固措施，降低地下水位高度，提高圍巖穩(wěn)定性；在施工一段時間后，施工人員不得不使用混凝土防護擋墻對施工區(qū)進行臨時處理，緩解沉降、塌陷等問題。同時，為保證后續(xù)施工活動的有序進行，施工單位經過現場復核、專家會談后，決定先將洞內超前帷幕注漿技術應用于隧道圍巖變形控制工作中，再開展開發(fā)施工活動，以便達到保證本次施工活動安全性與可靠性的目的［1］。

2.2"施工方法

2.2.1"注漿施工要點

為實現DK210+640—DK212+360段隧道施工活動中，圍巖變形、滲水、突水突泥等問題的有效管控，提高開挖施工過程中，周圍巖土的穩(wěn)定性，施工方將帷幕注漿技術應用于本次施工活動的超前預加固工作當中。具體施工要點如下：

第一，在正式開展帷幕注漿施工活動前，應確定注漿加固施工范圍為，洞身拱部邊墻外輪廓線5m的范圍內，同時在注漿加固過程中還需要對靠近震動拱頂位置處安排一圈補孔，通過對其進行注漿加固的方式增強洞身的整體穩(wěn)固性。同時，本次施工活動中，洞身縱向一次加固范圍應為30m，但這一數值并不完全固定，工作人員需要在實際施工過程中，應結合施工現場的具體情況，對數值進行適當調整［2］。

第二，通過試驗可以了解到在本次富水黃土隧道超前帷幕注漿施工活動中，漿液的擴散直徑約為3.6m，結合隧道洞口的截面面積，施工人員在斷面處共布置了48個注漿孔。

第三，在本次隧道帷幕注漿施工活動中，工作人員采用了鉆桿后退式注漿施工工藝，并在注漿過程中使注，將速度控制在20～90L/min的范圍內，注漿壓力控制在4～6M帕之間的方式，避免注漿過程中出現大量氣泡，影響注漿加固操作的可靠性。

第四，在本次施工活動中，孔口管的加工材料為無縫鋼管，加工得到的孔口管長度為1.5m，厚度為6mm，注漿施工過程中，孔口管的埋深為1.2m，并且為使孔口管能夠與隧道周邊圍巖有效結合到一起，工作人員是需要使用水泥基錨固劑對其進行錨固處理。

第五，本次帷幕注漿施工活動中注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿，且注漿液中水與水泥的質量比為0.6～0.8∶1.0，水泥與水玻璃的質量比為1∶1。考慮到本次富水黃土隧道施工過程中不同區(qū)域的地下水高度、土體含水率等信息存在一定的差別，為保證注漿施工活動能夠取得良好的加固效果，工作人員可以在施工過程中對注漿液的配比進行微調。

2.2.2"注漿施工過程

工程項目施工過程中，帷幕注漿階段注漿壓力、注漿量隨時間的變化曲線，隨著時間的增加，注漿壓力先迅速增長，再緩慢增長，然后輕微下降，最后急劇增長；注漿流量則先急劇下降，再緩慢增長，然后緩慢下降，最后急劇下降。對上述變化趨勢的產生原因加以分析，可以了解到在剛開始注漿操作時，受注漿區(qū)域土體裂縫、孔隙較多的影響，注漿區(qū)域的注漿壓力偏低，而注漿速度較快，此時注漿液的填充速度也比較快，但隨著注漿量的增長，注漿區(qū)域的注漿壓力逐步增加，并且在注漿時間達到三小時后，此時土體中的注漿壓力等于設計壓力，土體在注漿液的影響下逐漸被擠壓。在注漿時間達到十小時后，黃土內層的軟弱層被劈裂加固，使得注漿液的流量出現微小增長的現象，此時注漿壓力也達到了一個極高點。此時土體的穩(wěn)定性與密實度大幅度增長。隨后隨著注漿液的繼續(xù)注入，土體中的注漿壓力即便已經達到最大設計壓力，但是注漿液注入量的急劇下降，證明該階段土體已達到密實狀態(tài)，可以停止注漿操作。從總體上看，經過18h的注漿操作該區(qū)域土體中的裂隙、孔洞已被完全填充，且土體緊密壓實，土體整體穩(wěn)定性大幅度提高，能夠滿足后續(xù)開挖施工過程中，土體擾動對圍巖穩(wěn)定性的要求［3］。

2.3"施工效果

2.3.1"注漿效果

在帷幕注漿施工活動結束后，工作人員正式開展隧道開挖施工活動，此時通過對開挖區(qū)域周邊圍巖狀態(tài)加以分析的方式，可以了解到本次帷幕注漿施工活動，使得開挖施工區(qū)域周邊的黃土土體中的孔隙、裂縫被注漿液有效填充，注漿液在黃土土體間呈連續(xù)狀分布。且黃土被擠壓密實，黃土的滲透性大幅度下降。同時，注漿區(qū)域內圍巖的含水率有所下降，圍巖的形態(tài)從原本的可塑向硬塑方向轉化，圍巖結構整體的穩(wěn)定性得到了有效增強，隧道開挖施工活動的風險性大幅度下降。

2.3.2"圍巖物理學參數的變化

結合本次開挖注漿施工活動的需要，工作人員分別在上、中、下臺階的不同位置，選取了三組土樣，并對其進行了物理學參數實驗分析工作，分析工作注漿前后三處臺階共54組土樣的物理學參數變化情況。在帷幕注漿后，注漿區(qū)域的土體物理力學參數的極限值與平均值均有所增加，而含水率均值，液性指數均值均有所下降。因此，可以認為帷幕注漿操作有效改善了大跨度富水土隧道施工區(qū)域的土體物理學性質，降低了圍巖的含水狀態(tài)，提高了圍巖的可塑性與穩(wěn)定性，為后續(xù)隧道開挖施工活動的有序開展提供了可靠的支持。

2.3.3"圍巖變形分析

通過研究可以發(fā)現在帷幕注漿前后，施工區(qū)域圍巖變形情況發(fā)生了明顯改變。具體來說，在帷幕注漿施工活動正式開展前，施工區(qū)域相鄰斷面上臺階開挖后六天變形量基本達到穩(wěn)定值，此時拱頂沉降變形量、拱腰水平收斂變形量、掌子面向洞內擠出的變形量分別達到了111.6mm、 46.2mm、 55.4mm。中臺階開挖后五天，邊墻水平收斂變形量、沉降變形量分別達到了123.3mm、 42.6mm，掌子面擠出變形量達到了58.4mm。同時，在掌子面施工21d后，拱頂變形沉降量、邊墻水平收斂變形量和臺階掌子面的擠出變形量，分別達到了251.4mm、 191mm、 123.5mm，遠超相關施工規(guī)范的要求。此時為保障施工人員的安全，工作人員暫停斷面開挖施工活動，并使用混凝土防護墻對該斷面進行了臨時封閉處理。

在帷幕注漿施工活動完成后，上臺階開挖5d后變形量相對穩(wěn)定，此時，拱頂沉降變形量、拱腰水平收斂變形量、掌子面向洞內擠出的變形量分別為56.2mm、 25.3mm、 45.2mm。同時，中臺階開挖后5d邊墻水平收斂量、沉降變形量分別為47.2mm、 22.7mm，中臺階掌子面的擠出變形量為35.0mm。下臺階開挖7d后，工作人員開展拱腳水平收斂變形量測定工作可以發(fā)現，此時的變形量數值為72.7mm，符合相關標準要求，工作人員開展仰拱開挖施工活動。在仰拱開挖施工活動進行5d后，隧道斷面變形相對穩(wěn)定，此時進行二次襯砌施工活動，在斷面施工時間達到21d后，可以發(fā)現斷面拱頂沉降量，邊墻水平收斂變形量，上臺階掌子面積處變形量分別為145.6mm、 105mm、 97.2mm。對注漿前后的變形量加以分析，可以了解到，注漿施工后斷面圍巖的穩(wěn)定性大幅度增長、沉降量大幅度降低，并且施工后的開挖穩(wěn)定等待時間有所縮短，這在一定程度上提高了本次施工活動的質量與效率。

3"加強大跨度富水黃土隧道施工管理的方法

3.1"加強施工現場的監(jiān)控

在當前的大跨度覆水黃土隧道施工活動中，工作人員需提高對施工區(qū)域監(jiān)控測量工作的關注度，通過準確掌握隧道圍巖沉降、收斂、支護壓力等參數，并結合施工需要對其進行合理調整的方式，在降低安全風險出現概率的同時，為二次襯砌施工活動的開展提供了可靠的數據參照。具體來說，由于當前大跨度黃土隧道開挖過程中，會在富水條件的影響下呈現出極強的崩解性，因此隧道開挖時的立壁性能將會無法滿足施工活動的實際需要。同時，受隧道開挖施工前支護圍巖瞬時彈性位移產生的應力已經完全釋放，作用于支護結構上的壓力主要來自圍巖蠕動變形引起的支護變形壓力，因此在圍巖、支護變形趨于穩(wěn)定后，應力仍會隨著時間的推移而逐步增加。此時，為滿足二次支護施工活動的需要，工作人員需要結合自身的工作經驗，合理應用傳感器、監(jiān)控攝像等設備，對施工區(qū)域的圍巖應力、位移、變形情況加以分析。

3.2"加強隧道施工活動的管理

在大跨度富水黃土隧道施工過程中，首先，施工人員需要加強初期支護工作的管控，并通過緊密銜接仰拱、下導、襯砌等施工工序的方式，保證施工活動的安全性與可靠性。其次，為實現施工階段圍巖變形情況的有效管控，施工人員在將帷幕注漿施工技術應用于隧道開挖施工前期的基礎上，可以在隧道開挖施工過程中使用強支護技術對圍巖變形情況加以限制，降低隧道內土體因應力變化而出現坍塌問題的可能性。再次，在隧道開挖施工過程中，若受某些因素導致施工活動無法繼續(xù)進行，工作人員需及時采用合適的措施對工作面進行加固處理，降低黃土斷面在水體的影響下出現軟化沉降這類問題的概率。最后，考慮黃土層的穩(wěn)定性在地下水的影響下極易出現問題，因此，為實現相應問題的有效管控，工作人員不僅需要在隧道工程設計階段，預留足夠的沉降量，還需要在施工過程中加強對沉降情況的監(jiān)控，并采用加固、支護等措施，保證黃土層的穩(wěn)定性。

4"結論

總而言之，在開展大跨度富水黃土隧道開挖施工活動時，為降低圍巖滲水，大變形等問題，給施工安全帶來的威脅，工作人員可以在明確施工現場具體情況的基礎上，采用現場帷幕注漿施工工藝，提高圍巖結構的穩(wěn)定性，滿足后續(xù)隧道開挖施工活動的實際需求。

參考文獻：

［1］梁慶國，陳星宇，劉曉杰.富水黃土隧道圍巖大變形控制技術研究——以銀百高速甜永段榆林子隧道為例［J］.安全與環(huán)境工程，2022，29（4）：55-65.

［2］蔡寧過.黃土隧道塌方風險評估及變形預測方法研究［D］.西安理工大學，2022.

［3］劉曉杰.富水黃土隧道圍巖變形特征與控制技術研究［D］.蘭州交通大學，2022.