大跨度黄土隧道施工技术探讨

摘 要：本文以贺家庄隧道为工程背景，分析了工程概况、水文地质特征和施工中出现的问题，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：隧道 施工 技术 地质

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0053-02

《中长期铁路发展规划》的实施和国务院批准的9条客运专线的立项，标志着我国高速铁路建设高潮的到来。郑西铁路客运专线是路网规划“四纵四横”中徐州至兰州快速通道中的一段。郑西客专黄土隧道是目前我国在黄土隧道地区修建的断面最大的隧道，开挖断面在170 m2以上，同时隧道内采用无碴轨道，对基础要求高，对结构的控制要求严，因此给施工带来一系列问题需要我们在工作中加以研究探讨。

结合贺家庄隧道目前施工情况，阐述了预留核心土法开挖黄土隧道施工工艺以及施工中应该注意的问题，以供有关人员探讨、参考。

1 工程概况

贺家庄隧道全长1815m，起止里程DK241+620～DK243+435，线路纵坡5.50/00，隧道按行车速度200 km/h以上客运专线双线隧道设计，洞内采用旭普林无碴轨道结构，进出口均采用1∶2.5椭圆台面帽檐斜切式洞门。隧道设计Ⅴ级围岩96 m，Ⅳ级围岩1671 m，进出口明洞48 m。

1.1 地形、地貌

隧道所处区域为黄土台塬地貌，地面高程400～600 m，相对高差约60 m。进出口黄土“V”字型冲沟切割强烈，相对高差较大，岸坡陡峻。洞顶地形平坦，垦为旱地或果林，植被差。

1.2 水文地质特征

地表水不发育，为沟内季节性流水。地下水为黄土内空隙潜水，由于黄土塬地势较高，黄土垂直节理发育，冲沟切割较深，地下水排泄畅通，隧道所遇空隙潜水水量有限。

1.3 工程地质

（1）地层岩性：本段分布地层有第四系全新统坍滑堆积（Q4SL）黏质黄土、上更新统（Q3）黏质黄土、中更新（Q2）统黏质黄土、砂质黄土。

（2）地质构造：未见构造形迹。

（3）不良地质：不良地质为坍滑、黄土陷穴。

①坍滑：位于出口DK243+320～+377段，主要由于连霍高速公路三门峡生活服务区的下水管道断裂，废水下渗形成表层黄土坍落，范围57×30 m，厚2～10 m，分布于隧道出口洞身上。②黄土陷穴：DK243+400～+425线路左侧分部一黄土陷穴，主要为地表水沿节理下渗，带走黄土中细小颗粒，引起土体泄落形成。

2 施工方法

施工中严格按照“先探测、管超前、非爆破、严控水、强支护、勤量测、早衬砌”的原则组织施工。Ⅳ级围岩段采用弧型导坑预留核心土七步流水法施工，设计支护参数为：Ⅰ20a型钢钢架，间距0.8～0.9 m。

施工工序见下图1。

3 施工中出现的问题

2006年7月2日当隧道掘进至DK243+333.7里程时（设计Ⅳ级围岩地段，距离洞口71 m），发现土层含水量增加，地质条件变差，与设计Ⅳ级不符，土层结构较为松散，随即发现地表出现裂纹，同时监测到已施工段拱顶下沉加剧，之后至7月13日的开挖施工中，发现地表裂缝随掌子面向前发展，因此于7月14日停止掘进。

4 原因分析

引起该段变形较大的原因主要有以下几个方面。

（1）该段分布不良地质体，地层岩性差，而支护参数未考虑加强。（2）由于洞顶高速公路排污管道污水下渗，导致土层自稳能力下降。（3）根据地表裂缝显示洞身存在偏压现象。（4）施工中仰拱未能及时闭合。

5 采取的主要措施

（1）根据监控量测反馈，在发现拱顶下沉量较大后，随即采取了抬高钢架的措施，确保了二次衬砌厚度。

（2）增加锁脚锚管，增加初期支护的强度。

（3）扩大拱脚增加拱脚受力面积，提高钢架支承能力。

（4）至7月13日发现地表裂缝随掌子面向前发展，并根据裂缝走向判定隧道存在偏压现象，并且山体有滑动迹象，因此于7月14日停止了掘进，等待设计处理方案。之后按照设计方案采取了如下措施。

①洞顶局部清方减载，线路左侧进行反压回填，回填高度至隧道拱顶处。②地表高速公路生活区排污管道进行了改移。③洞口边仰坡尽快按设计边坡刷方。④洞内掌子面暂时停止掘进，弧形开挖暴露面采用锚网喷封闭，参数：喷砼厚15 cm，Φ8钢筋网，间距20×20 cm，Φ22砂浆锚杆，每根长5.0 m，间距2.0 m，梅花型布置。⑤DK243+328～+324采用编织袋装土码砌至拱脚位置。DK243+328～+310段设C20钢筋砼临时仰拱进行封闭，临时仰拱厚度30 cm，内设Ⅰ18型钢，间距0.8 m，及双层Φ8钢筋网，间距20×20 cm。根据量测值必要时加设钢筋砼横撑。⑥尽快施作洞口段二次衬砌及明洞。⑦DK243+310～+150段采用CRD法工法。

6 总结或体会

通过采取了以上处理措施，洞内及地表变形已趋于稳定，确保了隧道的安全，达到了预期的效果。同时，需要我们解决采用弧型导坑预留核心土七步流水法施工中如何能更好地解决隧道沉降变形的问题。

（1）根据贺家庄隧道变形量测资料显示，隧道下沉的主要形式为初期支护的整体下沉。变形发展一般分为3个阶段。

第一阶段：上导开挖后1～3天，变形下沉小，拱部仅轻微下沉拱脚轻微内移，变形量一般为1～3 cm。第二阶段：迅速发展阶段，该阶段从下半断面落底挖边墙马口开始，洞室变形发展迅速，变形量达到3～10 cm。第三阶段：变形趋于稳定阶段，该阶段从仰拱初期支护闭合成环，仰拱混凝土施工完成后开始，至二次拱墙模筑衬砌施工完成止。

隧道开挖后总的变形量值和迅速变形阶段结束的时间，完全受控于仰拱封闭的时间，仰拱早封闭则总变形量小，仰拱晚封闭则总变形量大，仰拱封闭的时间是变形的一个关键控制点。

（2）加强监控量测，切实做好监控量测工作，及时反馈信息、指导施工，以便及时调整预留变形量及初期支护参数，确保初期支护不侵入二次衬砌界限。

（3）施工中应经常注意黄土含水量、地质状态等的变化，及时提出设计变更，确保施工安全。

（4）重视地表冲沟、陷穴对隧道的影响。

黄土隧道另一大特点是地表冲沟、陷穴发育，形成地形浅埋、偏压以及地表水下渗，从而降低围岩物理力学指标，恶化隧道结构的受力条件。施工前应收集相关资料，必要时对冲沟、陷穴采取回填夯实、填土反压、改变地表水径流条件等工程措施，避免地表水下渗危及隧道工程。雨季施工时应特别予以重视。

参考文献

[1]刘祖典.黄土力学与工程[D].西安理工大学，1996，19.

[2]GB50025-2004.湿馅性黄土地区建筑规范[S].北京：中国计划出版社，1992.