■张华

（福建省第一公路工程公司，泉州　362000）

黄土隧道的矿山法施工技术

■张华

（福建省第一公路工程公司，泉州362000）

在特殊条件下黄土形成了独特的地形地貌，为了适应当前的交通需求，越来越多公路、铁路特别是北方地区需要穿越黄土区，因此黄土隧道施工越来越多，本文主要基于工程实例，着重对黄土隧道施工技术的应用展开分析与探讨，为类似黄土隧道施工积累了经验。

黄土隧道施工技术

0　引言

随着近年来我国社会经济的快速发展，黄土地区的基础设施建设方兴未艾，工程建设也积累了不少技术经验。以前的黄土隧道工程多数为单线，双线仅为少数，加上受到人们认识的限制，有关黄土隧道设计与施工方面的研究比较少，因此有必要针对黄土隧道施工技术进行分析和研究。本文依托于兰州至海口国家高速公路（G75）渭源至武都建设项目实际，重点对三岔隧道进口段洞身穿越黄土、卵砾石层及全风化泥质砂岩地层的各工序施工技术进行分析。

1　工程概况

拟建兰州至海口国家高速公路（G75）渭源至武都建设项目WW2合同段两阶段施工图设计阶段三岔隧道工程，位于漳县三岔镇，隧道采用分离式，起讫桩号为K181+281（Z）/265（Y）～K182+630（Z）595（Y），隧道左线长1349m，右线长1330m。根据隧道洞口地形地质条件，进出口均采用端墙式洞门。隧道进口段 ZK181+281～421/ YK181+260～421，自然坡度39°，为沟谷的高级阶地，穿越地层地质为：呈密实状、大小混杂、土质不均的卵砾石层；黄土；呈褐红色、仅保留泥质砂岩的结构、基本土化、且风化裂隙发育的全风化泥质砂岩。进口段采用TVb复合式衬砌按照矿山法原理设计，其设计参数主要为：开挖后采用10cm厚C25喷射砼支护封闭，架设纵向间距为60cm的I22a型钢拱架，挂φ8间距为20cm×20cm的钢筋网片并焊在拱架上，拱架立好后采用C30P6模筑混凝土一次衬砌50cm，仰拱设间距为60cm的I22a型钢拱架，采用厚度为75cm的C30模筑砼，仰拱填充采用C15混凝土，铺设防水板后浇筑C30P6二衬砼。

2　施工总体方案

按照本工程实际情况，首先，需要提前制定出先进合理的施工技术方案，超前谋划。按照隧道工程地质情况将围岩超前预监测工作做好，优化工序循环作业时间，制定合理施工步距，加强工序的衔接，以保证高效优质的将施工任务完成。其次，应将准备工作中的关键抓好，尽快布置修建临时工程，将洞顶截水沟和洞口的路堑土石方的开挖与平整场地有机地结合起来，为隧道的早日进洞创造条件，以减少施工干扰，同时还要将洞口排水分流工作做好，利用多级泵站加强洞内反坡排水，污水经过处理达标以后才能排放。第三，按照施工条件，由于出口连接烟坡沟2#桥，同时边坡陡峭，进洞存在很大困难，因此考虑从进口进洞，明洞施工采用自上而下分层开挖，遇中硬岩时，辅以浅孔松动爆破。第四，Ⅴ级围岩段采用环形开挖预留核心土法施工，Ⅳ级围岩段上下台阶法施工，Ⅲ级级围岩段采用全断面法掘进。挖掘机安全找顶，施工通风采用压入式通风。出碴采用无轨运输。实施新奥法“光面爆破技术、喷锚支护技术、围岩变形量测技术”三大技术，注重围岩少拢动，避免超欠挖，按照现场监控量测结果及时修正设计参数，调整施工方案和指导施工。第五，仰拱及二次衬砌砼：洞身防水板在隧道外拼焊成大块板，采用充气法检查焊缝强度等指标后，移动式工作台车安装。二次衬砌采用12m长全液压整体式模板衬砌台车浇筑。砼采用输送泵泵送入模。车行、人行横洞与正洞同时进行开挖与衬砌。路面混凝土和其它附属工程采用集中时间，机械化流水作业，一次施工，一次成优。

隧道开挖必须在管棚支护完成后进行，施工严格按照“短进尺、短台阶、强支护、早成环、紧二衬”的原则进行。由于洞口浅埋黄土地层围岩条件差，需严格按要求施工过程中的各项监控量测，控制各交错工序的开挖长度和循环进尺，严格按要求施工锁脚锚管、拱脚，仰拱及二衬需及时跟进，严格控制超挖，尤其掘进方向的超挖，确保钢拱架紧贴掌子面和围岩。

3　黄土隧道施工技术的实际应用

3.1洞口工程施工

首先，应认真将边坡放样工作做好，利用人工方式进行截水沟施工将洞外截水沟做好，然后进行洞口边仰坡土方开挖，详细观察好仰坡顶的危石情况，利用浆砌片石进行危石加固，避免出现雨水渗透等问题的出现；其次，利用明挖法对洞口及明洞土石方进行施工，以挖掘机开挖为主，个别地方利用弱爆破开挖，充分保证山体的稳定性，避免对周边环境带来不利影响；第三，洞口开挖以后，按照设计要求边仰坡利用喷锚挂网支护方式，充分保证边坡的稳定性。第四，边仰坡开挖支护基本稳定同时主洞开挖达到30m以后。

采用超前管棚支护的辅助施工措施，完成管棚注浆施工后，在管棚支护体系保护下安全进洞。管棚设计37根，每根2m，套拱为C30砼，长度为2m。采用C30砼套拱作超前管棚导向墙，洞口开挖至拱腰标高时，先停止开挖，整平地面后，在其上搭设管棚施工平台，要求钻机平台搭设牢固，以利安固钻机，防止施工钻时产生不均匀下沉、摇摆，位移或倾斜而影响钻孔质量。在洞口衬砌拱圈背部外做管棚套拱。在套拱内设置φ127×4.0mm的孔口管作为管棚的导向管，其间距按管棚设计间距布设，导向管定位用经纬仪测定，确保其角度、方向与设计一致。管棚钢管采用φ108热轧无缝钢管制作，节长分为3.0m和6.0m两种，用丝扣联接，交错联接丝扣长度不小于150mm。管棚施工采用XY-28-300电动钻机钻孔顶管；BW-250/50型注浆泵注浆。

3.2洞身开挖及喷射砼封闭开挖面

隧道开挖采用挖掘机辅以开挖台车，严禁爆破开挖，开挖采用短台阶法，拱顶弧形导坑一次开挖2～3榀钢拱架间距，不得大于3榀；下台阶左、右导坑交错开挖，每次开挖长度以3～4榀钢拱架控制，不得大于4榀；左右导坑交错2～3m。

按设计及预留量开挖完成后即采用湿喷机进行C25喷射砼的支护封闭施工，喷射砼厚度为10cm，进行喷射砼施工时要特别注意施工安全。

3.3I22a型钢架施工与网片的架设

将I型钢拱架、格栅钢架运输到洞内进行安装，和锚杆连接成整体，格栅拱架间设纵向连接筋和定位联系筋，拱架间以喷射砼填平。拱架拱脚必须放在牢固的基础上，架立时垂直于隧道中线。严格按照设计图放大样，放样过程中需留有刨边、切割等加工余量，主钢筋或I型钢需冷弯成型，按照设计图配置钢拱架的加强筋与主筋，焊接加强筋与主筋时注意两边应对称，避免出现变形问题，完成焊接以后应将焊渣及时清理好，按照验收规范要求对焊接质量进行检查。为了可以牢固的将钢拱架置于稳定地基上，钢拱架基脚部位需要预留15～20cm原地基，并在基脚位置上设置高强砼垫块，以增强基层承载力。钢拱架采用I22a型工字钢，纵向间距为60cm，段与段之间采用高强螺栓连接，纵向采用22螺纹钢筋连接，长度0.8m，环向间距为1.0m，支撑均采用双面焊接。在上导及下导设计位置施打R32自进式注浆锁脚锚杆，锁脚锚杆与竖直方向呈30～45°斜向下打入围岩。锁脚锚杆设置于钢拱架两侧，采用角焊缝形式堆焊连接，采用22螺纹钢筋包裹拱架翼缘焊接固定为一体。

钢拱架安装完成后进行钢筋网片的架设安装。钢筋网片的加工采用钢筋焊网机，采用电阻网，避免了钢筋的烧伤，确保了钢筋网的间距和焊接质量。

3.4模筑一次衬砌砼施工

上下导完成钢拱架及喷射砼的支护施工后，即进行模筑一次衬砌砼的施工。一次衬砌砼采用50cm厚的C30P6模筑砼，一衬砼台车为两块1.5m的模板，每循环一衬砌砼长度为2.8m，每当完成累计掘进8榀钢拱架长度时，完成2.8m的一衬砼模筑施工，预留2m左右的开挖搭接施工长度。

3.5二次衬砌施工

首先，在准备阶段，完成围岩开挖以后，经过监控量测，在围岩收敛变形基本上稳定之后进行二衬施工，在衬砌之前铺设土工布、防水板，设置好各种预埋件和管洞，布设好钢筋，工作缝施工期间应将止水带安设工作做好，此外，衬砌之前还需要将以下工作做好：（1）复测隧道中线、高程、断面尺寸和净空尺寸；（2）检查防水板安装质量，检查和检修衬砌台车质量；（3）台车就位后，对其安装位置、模板及其相关空间尺寸进行详细检查；（4）检查砼配合料数量、质量、配合比设计等；（5）检修好混凝土配制、运输等各种机械设备，进行试运转；（6）安装组合式钢模板第一次浇筑仰拱、边墙基础，第二次浇筑边墙、拱部砼。

3.6仰拱砼及填充施工

该隧道进口段设有仰拱，及时施作，使支护结构早闭合，改善围岩受力状况。控制围岩变形，保障施工及结构安全。仰拱开挖采用全断面一次开挖成型，采用长度9m钢栈桥跨越封闭施工，每次施工长度3～5m。仰拱开挖完成后，按设计要求铺设钢拱架并及高强螺栓连接，以确保与边墙拱架的连接质量。上台阶掌子面超前15～25m后，开挖仰拱，一次开挖长度为3-4榀钢架，修整至设计轮廓后及时架立钢拱架，进行仰拱衬砌和边墙一次衬砌，仰拱封闭成环段距离掌子面20～30m，不得大于30m。为了保证仰拱的几何尺寸，端头采用定型钢模板支架，两侧采用弧形移动模架。

4　小结

综上所述，黄土隧道施工是一个全新的研究方向，本文结合工程实例针对部分内容进行了分析和研究，在很多方面都需要进一步完善。在施工实践的基础上，在黄土隧道施工技术上还有很多方面有待改善和发展，例如黄土隧道Ⅴ级围岩段设计通常采用CD、CRD及双侧壁导坑法，这些方法均要求横撑紧跟开挖面，智能利用小型挖掘机施工，根本不能发挥出机械化的施工优势，横撑拆除又费时费力，因此可以利用台阶法，采用双层初期支护、衬砌紧跟的施工方法，以充分保证隧道施工的顺利开展。

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［5］渭源至武都高速公路第2合同段《两阶段施工设计图纸》.