宝兰客专黄土隧道群施工技术

韩磊

【摘要】主要介绍了宝兰客专黄土隧道群施工技术的研究情况和成果，初步探讨了在黄土地质、浅埋的条件下修建大跨度隧道群施工的方法，为今后同类工程的施工提供了很好的借鉴。

【关键词】浅埋；大跨度；隧道群；施工技术。

1 、工程简介

1.1工程概况

隧道群位于甘肃省定西市通渭县。由多座单洞双线客运专线隧道组成，分别是新店隧道（6064m）、三元隧道（4795m）、马营隧道（1897m）、阳坡庄隧道（7672m），隧道开挖断面均大于130m2以上。隧道顶部沟谷深切多呈“Ⅴ”字型，山坡上多为风积黄土覆盖，黄土覆盖地段多为浅埋地段，埋深最浅处仅9米。

1.2工程地质与水文地质情况

隧道洞身通过的地层主要为第四系上更新统风积砂（黏）质黄土，冲积砾砂，第三系上、中新统泥岩，华力西期花岗岩及压碎岩。

地下水类型可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于上更新统砂质黄土中，基岩裂隙水主要赋存于第三系泥岩中。

1.3本工程的特点与难点

隧道群进口、出口端均位于第四系上更新统砂质黄土中，具自重湿陷性，密实程度较差，承载力低，工程性质差，属松软土，湿陷土层厚度分别为7～12m、15～22m，湿陷等级分别为Ⅱ、Ⅴ级，隧道埋深浅9m～20m，并下穿县道施工难度大，易出现坍塌 。

2 、施工总体方案

进洞前按设计做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统，排水沟进行防渗铺砌。地表冲沟、陷穴、裂缝等硬及时回填夯实。洞口施工应在 雨季之前完成。

洞口边仰坡应严格按设计坡度自上而下分层开挖，分层及时防护，当洞口存在不良地质时，应采取稳定边仰坡的措施后，方可进行下部开挖

洞内施工时应按照“先预报、管超前、短进尺，强支护，快封闭”的原则并加强洞内及地表沉降监测，发现变形异常应及时采取支护补强等应对措施。

3 、施工方法

3.1 洞身开挖方案

隧道洞口段浅埋，隧道群下穿县道，极易造成隧道坍塌，开挖均采用鹰嘴钩、钢刀片、挖机配合人工修边，减少围岩扰动，控制超欠挖，装载机配合自卸车出碴。

所以，隧道黄土洞口段施工方法选择是我們研究的重点。

结合本隧道不同黄土地段的特点分别采取以下开挖方法：

1）双线Ⅴ级围岩进洞浅埋段（埋深7m～10m）及采用双侧壁导坑法，其优点是导坑超前，有利于探明地质，分部开挖有利于控制沉降；如图1

图1双侧壁导坑法

双线新黄土围岩洞口特浅埋段埋深10m～20m）采用三台阶临时仰拱法，其优点是可根据黄土情况，灵活预留核心土，使掌子面处于稳定状态，易于控制大的坍塌。分台阶作业，工序简洁，施工进度较快；如图2

图2 三台阶临时仰拱法

2）双线Ⅴ级围岩洞口浅埋段（埋深20m～60m）采用三台阶临时横撑法，其优点是可及时使开挖面拱架成环，稳定掌子面，有效控制沉降，易于控制大的坍塌。分台阶作业，工序更简洁，施工进度较快；如上图所示（临时横撑取消喷射C25 砼）

3.2 洞身支护方案

3.1.1 超前支护措施

1）双线Ⅴ级围岩进洞浅埋段（埋深7m～10m）及采用双侧壁导坑法，其进洞采用φ108管棚（50根、30m/根）+φ42超前小导管（47根、4m/根）+注浆，其余采用φ89管棚（31根、30m/根）+42超前小导管（93根、4m/根）；

2）双线Ⅴ级新黄土围岩洞口特浅埋段（埋深10m～20m）三台阶临时仰拱法，采用双层42超前小导管（62根、5m/根）；

3）双线Ⅴ级围岩洞口浅埋段（埋深20m～60m）采用三台阶临时横撑法，采用双层42超前小导管（62根、5m/根）。

3.1.2 初期支护措施

黄土围岩段采用I25a型钢、间距0.6m、φ8钢筋网片、边墙设置φ22砂浆锚杆（双侧壁导坑法拱墙均设置锚杆）、锚杆间距1.2m（环）*1.0m（纵）、锚杆长度3.5m、拱墙C25喷砼、厚度35cm；

3.1.3衬砌支护措施

黄土地段衬砌采用C40钢筋砼，主筋φ22@20，纵向分布筋φ14@25（双侧壁导坑法处主筋φ25@20，纵向分布筋φ14@25）；拱墙厚度60cm、仰拱厚度70cm；

3.1.4 明洞段地基及处理措施

明洞段地基由于处于黄土地段，经试验室检测，明洞段黄土不具失陷性，但地基承载力180kpa，含水率高，地层松软，采用φ125mm钻孔桩加固处理方案，纵向间距5m，横向间距2.5m，桩顶设置C40钢筋砼刚性托板，以有效控制工后基底沉降。

3.3 监控量测

采用监控量测信息化监控系统，加强洞内变形监测及地表沉降监测，及时采集和上传量测变形情况，发现异常时及时采取合理措施。

1）地表沉降点布置

隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布置。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程，地表下沉量测浅设置间距为5 米。在两侧的地表监测点采用长20cm 宽20cm 的现浇混凝土埋设，混凝土底埋设至基岩处，地表观测标采用长10cm 的￠20 的钢筋，在地表上采用电钻钻孔，埋设长10cm 的￠20 的钢筋，钢筋露出地面3mm。浅埋地段（隧道埋深H0≤2倍的隧道最大开挖宽度B）进行，测点应与洞内净空变化和拱顶下沉量测点在同一横断面内，在隧道中心及两侧间距2～5m处布设，每个断面设7～9点。通过测量高程变化来掌握地表沉降情况，量测应在开挖工作面前方，隧道埋深与隧道开挖高度之和处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止时为止。测点布置如下图所示。

地表沉降横向测点布置示意 图6

2）洞内监控量测

洞内监控量测和地表沉降观测点应埋设在同一里程，每隔5m埋设一组观测点，观测频率按相关规定。

隧道内监控量测数据信息采集 图7

3）监控量测值

通过对地表的洞外观察、隧道内相对净空变化值的量测及拱顶下沉量测数据分析，此隧道开挖期间及稳定施工安全措施稳定后，地表沉降值与拱顶下沉量测值相对应：

（1）采用双侧壁导坑法的沉降值为0mm～5mm，收敛值为0mm～5mm；

（2）采用三台阶临时仰拱法的沉降值为10mm～20mm，收敛值为10mm～15mm；

（3）采用三臺阶临时横撑法的沉降值为10mm～25mm，收敛值为10mm～20mm；

根据地表沉降及洞内拱顶观测数据，可以分析出黄土隧道围岩无自稳能力，通过加强支护和减少对围岩的扰动，是稳定黄土隧道围岩变形的有效控制措施。

3.4 黄土含水率及地基承载力测定

每日测定黄土含水率范围10%～18%，及仰拱地基承载力250kpa～350kpa，当含水率大于20%时，工作面必须采用但工序作业，仰拱地基承载力≤150KPa时必须停止施工，对仰拱地基进行钻孔注浆和设置刚性托板加固处理，达到要求后进行下部工序施工；当含水率偏大时，隧道相对净空变化值的量测及拱顶下沉量测值取上限。

3.5 沉降观测

采用精密电子水准仪莱卡DNA03对已施做的二衬仰拱地段进行沉降观测，及时分析数据，查找沉降原因 ，对发现沉降地段进行地基加固处理；

4 、机械设备配置

装载机 ZL925 辆 1

装载机 龙工855 辆 2

砼搅拌机 JS750 台 1

挖掘机 VOLVO210 台 1

输送泵 HBT60A 台 1

空压机 4L-22/7 台 2

湿喷机 PZ-7D 台 3

发电机 TFW-250 台 1

通风机 2X55KW 台 1

自卸汽车 霸龙290 辆 3

农用车 唐骏 辆 1

自卸汽车 斯太尔8吨 辆 1

管棚钻机 Z-GP150 辆 1

5 、劳动力配置

序号 工序名称 人数 工作内容

1 开挖 5 人工修整至设计轮廓线

2 出碴 6 挖机司机、汽车司机、装载机司机、出碴

3 支护 17 喷混凝土、钢架及钢筋网、打锚杆及小导管

4 衬砌 21 立模、防水板、混凝土灌注、输送泵、运输

5 后勤保障 10 管理、电工、空压机、杂工

6 合 计 59

6 、施工进度指标

本着“短进尺，快封闭”的原则，V级围岩上台阶每循环进尺0.6m；中下部循环进尺1.2m～1.8m。根据资料统计显示：

1） 采用双侧壁导坑法月进尺25m；

2） 采用三台阶临时仰拱法月进尺30m；

3） 采用三台阶临时横撑法月进尺35m。

7 、施工安全措施

7.1 安全质量控制标准

7.1.1 台阶开挖长度不得超过5m，预留核心土时高度在1.6m～1.8m，长度1.5m，后部留1：1的斜坡，一次开挖长度1榀拱架；下台阶开挖一次不得超过2～3榀拱架，两侧错开开挖，错开距离不得小于3榀钢架；仰拱一次开挖长度不得大于3m；

7.1.2 严格按照技术交底要求进行施工，严禁擅自改变工艺工法，仰拱步距控制在25米以内，特殊地段（下穿县道）控制在20米以内；二衬步距控制在70米以内，特殊地段控制在（下穿县道）40米以内；

7.1.3 仰拱填充必须一次浇筑成型不得进行二次浇筑，防止中心检查井顶部填充表面裂纹；

7.1.4 开挖后应立即喷混凝土封闭开挖工作面，及时施作钢架、钢筋网、锚杆及复喷砼；

7.1.5 钢架基脚必须设置锁脚锚管，每侧锁脚锚杆不少于2根，变形大时设置4根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42钢管，长度不小于3.5m，外插角35～40。拱脚、墙脚宜采用大拱脚；

7.1.6 含水量较大，锚杆成孔采用螺旋钻，锚杆应设置垫板；

7.1.7 临时横撑应在仰拱开挖时拆除，并应加强监控量测，拆除长度应于仰拱施工循环相匹配，不得超长度拆除；

7.1.8 安排专人检查洞内支护变形和围岩的稳定。并认真排查浅埋段地表裂缝情况，并及时回填处理，加强监控量测。发现问题及时处理或立即停止施工，将人员和机械撤到安全地带；

7.1.9 加快工序管理，及时施作模筑衬砌，保证隧道洞身安全；

7.2 建立完善的管理机构，设专职安全员；

7.3 各班要有兼职安全员，对生产的日常工作进行系统管理，形成群众性的生产网，实行安全生产无事故目标。

7.4 应急物资储备

为了防止隧道在开挖时出现塌方事故，在隧道洞口应放置必要应急物资，如：麻袋、枕木、砂、灭火器、木板、救生衣、钢管等。

沿隧道墙角地面处至少设置一条应急管道，直径不小于600mm，壁厚不小于15mm钢管。关口距掌子面距离不大于12m，另一端延伸至施做衬砌段外1～2倍洞径。

7.5 为了防止隧道出现坍塌事故，项目部成立安全应急领导小组，由项目经理任组长、项目副经理、项目总工程师任副组长，工程部、安质部、办公室、物设部、机电部分工合作，各司其职分工协作制定各项施工方案。在施工中要严格按照“短进尺，紧支护，及衬砌”的原则并加强洞内及地表监测，发现变形异常应及时采取支护补强及加设临时支撑等应措施，防止隧道出现坍塌事故。

组织人员进行安全救援演练，提前做出应急反应安排，明确应急程序和职责，指导应急反应行动按计划有序地进行，防止因应急反应行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故的应急救援，有效地避免或降低人员伤亡和财产损失。

8 、施工环保、水土保护措施

8.1 环境保护要认真贯彻执行“预防为主，防治结合，综合防治”的原则和国家关于环境保护的法规。

8.2 污水排放管理：施工的废水、污水经过沉淀、初步净化后排入排污系统。采取切实有效措施，不使有害物质污染场地周围的环境以及草地和树木。

8.3 主要交通道路及施工便道采用泥结石路面，在大风和干旱季节对施工场地和路面经常洒水，避免发生粉尘、扬尘。

9 、文明施工保护措施

9.1 创建标准化工地目标

本隧道群文明施工目标为：创建标准化工地。

9.2 标准化施工保证措施

建立健全岗位责任制，把标准化施工责任落到实处，提高全体施工人员标准施工的自觉性与责任性。挂牌施工，标明工程项目名称、范围、开竣工期限、工地负责人、建设、监理、设计单位名称、安全质量目标等，设立监督电话、接受社会监督。

施工内业资料齐全、整洁、数据可靠，办公室内按要求布置各类图表，及时反映现场状况及工程进度状况。

10 、结束语

从工程地质条件、施工方案、支护结构设计、安全保证措施等几方面较为系统地介绍了宝兰客运专线黄土隧道群的建设情况。为隧道群的建设在进度、成本、管理、环保等方面积累了经验，为今后黄土隧道施工提供可靠借鉴。