大断面湿陷性黄土隧道施工控制技术研究

大断面湿陷性黄土隧道施工控制技术研究　刘文武　（中铁二十局集团公司，甘肃兰州７３００４６）　摘要：文章探讨了大断面湿陷性黄土隧道双侧壁导坑法的施工工艺、施工中的防尘、降尘措施、湿陷性黄土　隧道地基加固施工技术，并提出了黄土隧道施工地表裂缝施工预防控制．　关键词：大断面；湿陷性黄土隧道；施工控制标准；双侧壁导坑法　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１　１）０３—００３７—０３　一、工程概况　（二）双侧壁导坑法施工工艺　施工任务起止里程为正线ＨＤＫ３３＋６２０￣ＨＤＫ４ｌ＋９４０　第一步是一侧导坑上台阶开挖。在拱部超前支护保　全长８．３　２　２公里，其中包括北环绕线ＨＤ　Ｙ　Ｋ　３　４＋　护下，人工弧形开挖拱部，顶留核心土。核心土顶部　Ｏ００～ＨＤＹＫ４０＋６５４．３５共长６．６５公里，水源联络线　距拱顶１．６～１．８ｍ，侧边距边墙１．５ｍ，距中隔壁１．Ｏｍ，　ＬＤＫ９７２＋６００～ＬＤＫ９７５＋２ｏ０共长３．Ｏ５公里。主要工程有　核心土顶部留有２．０～３．Ｏｍ长的平台，便于人工施工初　桥梁１１座（总长４儿８．２４米），其中特大桥１座、大桥　期支护。每一次掘进ｌ榀钢架间距，最长不得大于２榀　１０座，隧道ｌ２座（总长１０４４９米），其中Ｌ＜ｉｋｍ隧道６　钢架的间距。开挖至设计轮廓后立即初喷３￣５ｃｍ厚混　座、ｌｋｍ＜Ｌ￣２ｋｍ隧道５座、２ｋｍ（Ｌ＜３ｋｍ隧道ｌ座。　凝土，及时铺设钢筋网、架设钢架，在钢架拱脚以上　重难点工程有大砂坪特大桥、石门沟隧道、枣树　５０ｃｍ处，紧贴钢架两侧按斜向下倾角４５。打设锁脚锚　沟ｌ号隧道、小沙沟隧道，且均为全线控制性工程，工　管，锁脚锚管与钢架采用ｕ形钢筋牢固焊接，锚、喷至　期紧任务重，所有隧道均为湿陷性黄土围岩，安全风　设计厚度。　险大。　第二、三步是一侧导坑下台阶开挖。下台阶应先开　其中石门沟隧道为喇叭口隧道，位于兰州市青白石　挖边墙（或中隔壁）一侧，再开挖中隔壁（边墙）的　乡地中山区，地貌属于黄土梁峁区，地区起伏，围岩　一侧，并错开２．０～３．Ｏｍ的距离，避免上台阶的初期支　为Ｖ级，地层覆盖为风积沙质黄土，冲积砂质黄土，粗　护在同一位置同时悬空。每侧每次开挖长度为２榀，最　沙砾石，这种黄土具有Ⅳ级以上很严重的自重湿陷性。　长不得大于３榀钢架间距。开挖、修整至设计轮廓后立　隧道全长１２０２ｍ，起讫里程为ＨＤＫ３６＋６９６～ＨＤＫ３７＋８４１，　即初喷３￣５ｃｍ混凝土，及时铺设钢筋网、架设钢架，　其中左线Ｈ　Ｄ　Ｋ　３　６＋６　３　９～Ｈ　Ｄ　Ｋ　３　６＋８　３　３和水源　在钢架墙脚以上５０ｃｍ处，紧贴钢架两侧按斜向下倾角　线Ｈ　Ｌ　Ｄ　Ｋ　３　６＋６　５　４～Ｈ　Ｌ　Ｄ　Ｋ　３　６＋８　３　３为单线，　４５。打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架采用ｕ形钢筋牢固　ＨＤＫ３６＋８３３～ＨＤＫ３７＋８４１为双线，两单线隧道在　焊接，锚、喷至设计厚度。　ＨＤＫ３６＋８３３处进入喇叭口大断面合并为双线隧道，单线　第四步是另一侧导坑上台阶开挖。另一侧导坑上台　隧道长分别为１９４、１７９ｍ，双线隧道总长为１００８ｍ。　阶掌子面超前５～８ｍ并架设上台阶上横撑钢架后，按第　一步要求进行开挖。　二、施工工艺及控制　第五、六步是另一侧导坑下台阶开挖，与第二、三　（一）施工工序　步相同。　开工前先进行超前地质预报一测量放样一双侧壁错　第七步是中洞上台阶开挖。一侧导坑上台阶掌子　进开挖一立侧壁拱架、临时拱架、连接筋、钢筋网安　面超前１Ｏ～１６ｍ并架设上横撑后，在拱部超前支护保护　装一喷射混凝土一上部人工开挖及防护一中部开挖及　下，人工弧形开挖拱部，顶留核心土。核心土顶部距　防护一下部开挖及防护。　拱顶１．６～ｉ．８ｍ，距两侧中隔壁１．０ｍ，核心土顶部留有　以上双侧壁导洞和正洞的开挖、支护采用新奥法的　３．０～５．Ｏｍ长的平台，每一次掘进１榀钢架间距。开挖　开挖、支护理念，即短进尺；快支护；早封闭；勤量　至设计轮廓后立即初喷３￣５ｃｍ混凝土，及时铺设钢筋　测，以达到安全生产。　网、架设钢架，锚、喷至设计厚度。　２０１　１．０１　ｏ中闺高新技｛　３７　第八步是中洞下台阶开挖。当地层条件较差或隧道　变形较大时，可安设下横撑。隧道仰拱初期支护长度　达到４．０～６．Ｏｍ，施工仰拱二衬和仰拱填充混凝土。　第九步是临时支护拆除。掌子面超前３５￣４０ｍ，隧　道仰拱初期支护封闭后、二次衬砌施工前，拆除临时　支护。每次拆除一环衬砌的长度，最长不得超过１８ｍ，　做到二次衬砌紧跟临时支护。　两侧导坑和中洞上台阶的弧形部分由人工开挖，小　型挖掘机开挖两侧导坑下台阶和上台阶核心土，中洞　下台阶、上台阶核心土及仰拱采用中型挖掘机开挖。　两侧导坑和中洞的上台阶长度分别控制在　２．０～３．０ｍ及３．０～５．Ｏｍ，下台阶左、右侧开挖错开　２．０～３．Ｏｍ，两侧导坑上台阶掌子面的间距控制在　５～８ｍ，仰拱和二衬施工离掌子面的距离分别不超过　２５ｍ和５０ｍ及时跟进。　（三）施工防尘、降尘措施　１．通风除尘。通风除尘是综合防尘措施中不可缺　少的重要环节，是其他措施不能替代的。为保证通风除　尘的效果，必须使新鲜风流有良好的风质。我国有关部　门规定新鲜风流中粉尘浓度不许大于０．５ｍｇ／ｍ　。排尘风　速不超过６ｍ／ｓ，采用压入式和抽出式相结合的混合式通　风。风筒的悬挂位置位于隧道一侧并使风筒轴线保持与　隧道平行，避免由风筒吹出的风流在工作面形成涡流或　直接吹向渣土堆，而增加空气的粉尘含量。　２．湿式作业。（１）洒水降尘。对黄土隧道无轨　运输道路，洒水是最有效的防尘、降尘措施，实践证　明，坚持适量的洒水，可减少粉尘９０％以上。　（２）喷　雾捕尘。喷雾降尘的设备主要是采用风水喷雾器，喷　雾大、雾粒细、射程远、喷射速度高，缺点是消耗压　力、耗水大。　３．个人防护。主要方法是佩戴防尘口罩。普通纱　布口罩防尘效率低，呼吸阻力大，而且潮湿后佩戴不　舒服。专用防尘口罩的阻尘率均在９０％以上。　三、湿陷性黄土隧道地基加固施工技术　（一）加固方法　本工程选择水泥土挤密桩对隧道内湿陷性黄土基　底进行加固处理。挤密桩设计参数：直径０．５ｍ，桩间　距大于１ｍ，桩底深至老黄土地层约２ｍ，仰拱底部间距　１．２ｍ×１．２ｍ，边墙底部间距ｌｍ×１ｍ，呈梅花形布置。　复合地基处理指标：桩问土消除湿陷性，湿陷系数　不大于０．０１５；桩间土平均挤密系数不小于０．９３，最小　挤密系数不小于０．８８。　（二）施工工艺　水泥土挤密桩有两种施工工艺，分别是重锤冲击　成孔水泥土挤密桩（非排土挤密桩）和洛阳铲成孔水　泥土挤密桩（排土挤密桩）。由于重锤冲击成孔水泥　３８　ｏ中闯高新技术企．业２ｏｌ　１　ｏｌ　土挤密桩振动较大，施工时对隧道支护结构有一定的　影响，本工程采用洛阳铲成孔水泥土挤密桩的施工　方法。　，　洛阳铲成孔水泥土挤密桩是洛阳铲由打桩机提升　后，借助重力自由下落切入拟加固地层，掏出原状土　而成孔，该工程属于排土成孔，对桩孔周围土体没有　挤密作用。桩孔达到设计深度，将打桩机上洛阳铲更　换为重锤，并向孔内分层回填水泥土，利用重锤自由　下落时产生的冲击能量对回填水泥土分层夯实。在夯　实过程中，水泥土在重锤冲击能量的作用下被迫向桩　孔四周挤出而压密周边土体。如此反复分层回填、分　层夯实，形成桩土复合地基，达到加固地基和消除黄　土湿陷性的目的。　１．成孔。根据试桩结果，按确定的挤密桩间距进　行梅花形布置。桩位精确放样后，桩机就位使洛阳铲　对准孔位中心，调平、固定桩机架，保证成孔时机架　平稳以确保桩体垂直度偏差不大于１．５％。　施工前在卷扬机的钢丝绳上标出控制孔深的标记，　保证桩体的长度符合设计要求。采用０．５～１．Ｏｍ的小冲　程进行开孔，当孔深超过１．８ｍ后再正常速度成孔。　打桩机将洛阳铲提升至３～４ｍ高度，自由下落切入　地层，在洛阳铲二次提升时，可将铲中的土抖落到已　推至其下方的手推车中运出。经洛阳铲反复的落下取　土、提升弃土，直至桩孔钻至设计深度，实测成孔直　径２５￣２７ｃｍ。成孔后对孔位中心位移、垂直度、孔径　及孔深进行检查。　．　２．回填夯实。回填前将要打桩机上的洛阳铲换　为重锤夯实孔底。成孔后应及时回填夯实，并严格按　工艺试验所确定的施工参数施工，虚填厚度不大于　４０￣４５ｃｍ，重锤落距控制在３～４ｍ，每层夯击次数不少　于１１次。成桩后开挖检查，桩体直径３２￣３７ｃｍ之间。　３．施工进度。１２ｍ长的水泥土挤密桩，成孔需要　４０ｍｉｎ，回填需要１ｈ。　（三）技术要点　１．正式施工前必须根据实际成孔方法和理论计算　确定一个试验桩间距，并通过工艺试验进行验证。当　地基处理效果达不到设计要求时，需对桩间距反复进　行调整直至达到要求为止。　２．成孔顺序采用间隔跳打法，即隔排隔行，间隔　１～２个孔跳打。　３．桩孔回填夯实时，严格按照工艺试验所确定的　回填厚度、夯击次数、重锤落距等参数进行施工、　４．成孔后立即回填，做到每根挤密桩连续施工，　一气呵成。　５．打桩机要准确稳定定位，重锤与桩孔相互对　中，重锤应能自由下落孔底。　６．为了保证桩头夯实质量，桩头超出设计桩顶标　护闭合前的整体下沉量。　高５０ｃｍ，其上虚桩可采用黄土回填并轻夯至地面。　６．加强钢拱架间的纵向连接，加密初期支护钢拱　７．水泥土回填过程中，应认真控制并记录每一桩　架的纵向连接钢管，提高钢架间的整体受力能力。　孔的填料数量和时间，发现问题及时处理。　７．保证钢拱架与围岩密贴，开挖时严格控制超、　８．水泥土拌制根据回填要求随拌随用，已拌的　欠挖。若钢拱架背后与围岩不密贴，可采用同级混凝　水泥土不得超过６ｈ，被雨水淋湿浸泡后的水泥土严禁　土垫块填塞密实或采用注浆保证初期支护钢拱架背后　使用。　无空洞，有利于钢拱架和围岩形成联合支护体系共同　受力。　四、黄土隧道施工地表裂缝施工预防控制　８．严格控制钢拱架的制作安装质量，严格控制　（一）防止有害裂缝形成的施工控制标准　采用　陕开挖、强支护、快封闭”的施工原则，　钢拱架的加工和安装质量，使其线形圆顺避免应力集　使支护封闭距离小于一倍隧道跨度，施工地表沉降变　中。另外钢架拱间连接要牢固，必要时可加焊钢筋。　形小于８Ｏｍｍ，可有效防止出现施工地表裂缝。支护　９．仰拱、二衬紧跟，仰拱及回填混凝土要紧跟掌　封闭距离小于两倍隧道跨度，施工地表沉降变形小于　子面的距离控制在３０ｍ以内，以利于尽早形成完整的封　ｌＯＯｍｍ，可防止出现宽大施工地表裂缝。　闭环。根据监控量测数据及时跟进二衬的施工，以利　于尽早形成完整的隧道受力结构，一般距离控制在距　（二）控制有害地表裂缝的洞外施工措施　完善地表排水系统，对洞顶冲沟、陷穴等及时回填　掌子面６０ｍ以内。　处理。为了防止地表水沿裂缝下渗，对已形成的裂缝　１０．加强对围岩的保护，机械开挖时预留３０ｃｍ由　采用注浆和回填灰土的方法及时进行封闭。　人工开挖，减少对围岩的扰动，保证岩面圆顺，同时　（三）控制有害地表裂缝的洞内施工措施　及时初喷４ｃｍ混凝土以封闭暴露围岩，增强岩体的整体　１．加强施工现场用水管理，严禁浸泡初期支护基　性，为初期支护的后续工作争取安全时间。施工时初　础造成拱顶下沉。　喷是在开挖的渣堆上进行的　待把未被渣堆覆盖的开　２．控制开挖进尺及步长，如采用弧形导坑法施工　挖面初喷完成后再出渣。ｏ　的上中下三部分步长控制在３～５ｍ，上导坑每次开挖一　榀钢架的距离，中下部根据地质情况可一次开挖１～２　参考文献　【１】王晓州，等．大断面黄土隧道建设技术［Ｍ］．北京：中国　榀钢架的间距，仰拱开挖控制在３～５ｍ。　铁道出版社，２００９．　３．保证锁脚锚管的施工质量，增加锚管数量。根　［２］朱永全，宋玉香．隧道工程［Ｍ】．北京：中国铁道出版社，　据实际变形情况，认真施做锁脚锚杆，保证质量。在　２００５．　每分节处可增设两根锁脚锚杆，监控量测结果显示该　【３］铁道部工程设计鉴定中心．高速铁路隧道［Ｍ］．北京：中　国铁道出版社．２００６．　措施对控制初支变形效果显著。　４．扩大拱墙脚，增加拱墙脚的稳定性，从而控制　初支拱顶变形量和收敛值。　５．加强地基承载力，采用在拱墙脚下垫设槽钢或　（责任编辑：赵秀娟）　混凝土垫块，增加初支拱墙脚受力面积，减小初期支　２Ｏｌ　１　ｏ１　ｏ中阊高新技扣金址３９