姚兴国

【摘 要】黄土隧道三台阶大拱脚临时仰拱法取消临时仰拱，大拱脚，加强锁脚锚管，预留核心土施工应用。

【关键词】隧道三台阶；取消临时仰拱；大拱脚；预留核心土；设计变更

1 工程概况

蒙西至华中地区铁路煤运通道工程MHTJ-7标段共计13坐隧道，隧道全长31.862Km，8座是纯黄土隧道，其中郑庄隧道是控制性工程，两端掘进，设计工期41个月。郑庄隧道进口里程为改DK371+811.58，出口里程为DK376+147.47，隧道全长4335.89m，为单洞双线隧道，隧道最大埋深约195.5m，最小埋深5m；进口为陕西省延安市杜家沟村，沿线经过樊家塬与南沟，出口设在延长县郑庄村，该区是陕北黄土高原茆梁区，冲沟发育，大部分地区覆盖厚层黄土。

2 工程水文地质

郑庄隧道进口改DK371+827～改DK371+847段地质情况为砂质新黄土：稍密-中密，稍湿，呈松散结构；黏质新黄土：硬塑-坚硬，呈松散结构；黏质老黄土：硬塑-坚硬，呈大块状压密结构。隧道洞底以上无地表水系；埋深5～17m；地下水为第四系孔隙潜水，其中改DK372+850～改DK376+147.47段最大涌水量1874m3/d。

3 设计情况

3.1 超前支护

郑庄隧道进口改DK371+827～改DK371+847段设计围岩级别为V级，开挖轮廓尺寸宽11.35m，高11.24m，开挖工法为三台阶大拱脚临时仰拱法。采用？准108壁厚6mm的40m超前大管棚，管棚环向间距3根/米，倾角1～3°，管棚内增设钢筋笼以提高抗弯能力，钢筋笼由4根？准22主筋和？准42*3.5m固定环组成，用M15水泥砂浆充填钢管。

3.2 衬砌支护参数如表1所示。其中，锁脚锚管为无缝钢管（？准42 t=5mm）L=4m，每拱脚节点2根。

3.3 施工工法

（1）三台阶大拱脚临时仰拱法中每榀上、中台阶拱脚设置大拱脚，大拱脚节点钢板与初支钢架间采用尺寸为20*20*1.4cm的等边角钢进行焊接连接，每处大拱脚处连接角钢采用厚度为1.4cm的Q235钢板与等边角钢内缘焊接，钢板尺寸为18*18*1.4cm（长*宽*厚），每块钢板直角边两侧均与等边角钢焊接；大拱脚位置纵向开挖长度为初支钢架基脚处节点钢板纵向长度，大拱脚处钢板安装完成后，在施做初期支护C25喷射混凝土时，同时将将大拱脚位置喷射混凝土封闭。

（2）临时仰拱采用I18，间隔1榀初支钢架设置。

三台阶大拱脚临时仰拱法横断面图如图1 所示。

4 工艺难点分析

4.1 大拱脚

（1）大拱脚开挖因尺寸小，全部采用人工开挖，且开挖完成后容易塌陷，造成拱脚及背后不密实，有虚渣；

（2）在施做初期支护喷射混凝土时，不能保证大拱脚及其角钢内钢板间位置喷射密实，容易形成空洞，无法保证初期支护的稳定。

4.2 临时仰拱

（1）设置临时仰拱无法保证掌子面前方土体的稳定，坍塌严重；

（2）临时仰拱对正常施工的干扰非常大，每循环施工周期长，不能使项目综合效益最大化。

5 变更方案

5.1 开挖方法

将改DK371+827～改DK371+847段原设计的三台阶大拱脚临时仰拱法调整为三台阶预留核心土法，即取消临时仰拱及大拱脚，在上台阶预留核心土，钢架部分采取掏槽施工，掏槽宽度以满足人工开挖为准，隧道预留变形量30cm。

三台阶预留核心土法横断面图如图2所示。

5.2 施工保证措施

（1）为应对因取消临时仰拱导致的初期支护收敛的加大，将上、中台阶每节点处的锁脚锚管由2根调整为4根，型号和长度与原设计一致；取消大拱脚，采用拱脚垫聚氨酯板和泡沫铝（图3），此垫板可循环使用；

（2）采用短台阶快速落底，封闭成环的技术措施，仰拱钢架封闭位置距离掌子面不超过1倍洞径距离，上台阶长度控制在3.5米，中、下台阶长度控制在3.5～4米；

（3）锁脚锚管斜向下45°角安设，与钢架通过？准25“ L”型螺纹钢钢筋焊接连成整体，保证焊接质量；

（4）机械开挖时钢架两侧脚部应预留不小于20cm厚的土体，人工清理，确保钢架坐落在稳定地层上，防止两侧脚部悬空；

（5）上台阶每循环开挖进尺为1榀钢架间距，边墙每循环不超过2榀钢架间距；

（6）开挖过程中，出现渗水，涌水现象时，及时引排至洞外，保证不冲刷拱脚；

（7）加强监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为预留变形量及支护参数的调整提供依据；

（8）根据监控量测结果，及时施做二次衬砌。

6 监控量测情况

现场变更方案施工后照片如图4所示。

施作二次衬砌前，监控量测显示：拱顶累计最大沉降61mm，最大沉降速率12mm/d，最大收敛累计5.1cm，最大变形速率8mm/d，根据数据分析，变形已趋于稳定。

7 效益分析

7.1 节约成本

根据工程量变化计算，取消临时仰拱节约直接成本66736元，取消大拱脚节约直接成本55929元，增加锁脚锚管措施增加直接成本32093元，方案优化后此段里程范围节约直接成本90572元。

7.2 缩短了工期

根据工序增减计算，此段里程范围共节约112小时（表2）。

8 结论

（1）黄土隧道在施工中，开挖后及时支护，短台阶施工，及时施作初支仰拱，封闭成环；加强监控量测，根据现场监控量测数据，及时调整支护参数。

（2）施工中预留的核心土对掌子面土体的稳定起到了至关重要的作用；锁脚锚管来控制拱脚位移，避免了临时仰拱给施工造成的干扰；大拱脚控制拱脚的沉降的作用不明显，施工中客观上不能保证其功能的发挥；采用垫设垫板可以有效的控制拱脚的沉降。

（3）郑庄隧道90%设计采用三台阶（大拱脚）临时仰拱法施工，此种工法循环施工周期长，直接成本高，不利于控制项目的综合效益；通过技术措施简化施工流程，采用三台阶预留核心土法，即取消临时仰拱及大拱脚，在上台阶预留核心土的方法，加快了施工进度，降低施工成本，为项目缩短工期，提高效益，值得推广。

[责任编辑：杨玉洁]