浅谈黄土隧道“蘑菇型”开挖法

■谢一致

（福建省第一公路工程公司，泉州 362017）

1 前言

黄土隧道根据不同地质条件，开挖方法主要有：台阶分部、环形开挖留核心土、双侧壁导坑、三台阶七步等多种开挖方法，但掘进进度大多都不理想。

“蘑菇型”开挖法即改进型正台阶开挖法，与全断面开挖基本相似,是基于本隧道围岩特征，对围岩稳定性有一定科学依据和开挖安全的前提下，提出一种新的开挖方法。该方法遵循“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、严治水、勤量测”的方针，深入了解地质状态，及时用监控量测反馈围岩与支护动态变化指导施工，是对新奥法认识、探索过程中发展起来的。该方法作业空间大、开挖掘进快、相互干扰少、工作效率高，人力成本低、可同时展开多个工作面施工等优点。可解决软弱围岩的稳定问题和提高施工进度，该方法可供类似地质的软弱围岩（尤其是黄土隧道）隧道施工参考。

2 隧道围岩基本特征

西部大通道,包(头)北(海)线陕西境，黄陵至延安高速公路南秋台二号隧道为分离式黄土隧道，设计净高为5m，净宽为9.75m。隧道位于第四系中更新（Q2eol）离石黄土的中下部，厚度30～80m，为Ⅱ类围岩（相当于Ⅳ级围岩）。仅洞口处表层8～10m（第一层古土壤以上）为上更新统（Q3eol）马兰黄土为湿陷性黄土。

第四系中更新离石黄土（Q2eol）岩性为棕黄色、黄褐色低液限粉土质粘土，局部粉土含量较高，稍湿、致密、低压缩性，具有孔隙结构，偶有白色晶斑和晶线，垂直节理发育，并有数层棕红色古土壤及其下部钙质结合层。主要力学指标见表1。

表1 隧道围岩物理力学指标

进洞后，岩性基本与设计资料吻合，稍湿无水，土质较密实，为棕红色黄土状粘土、棕褐色低液限粉质土。开挖面可见4～6 层钙质结核层，呈水平层分布(见图1)，厚度50～80cm,在距拱顶400cm 和600cm 处结核层厚度分别为150cm 和100cm，结核块为不规则形状,大小10～30cm，最大50cm，钙化程度较深，质地坚硬，类似泥灰岩状，对隧道围岩的稳定性起着至关重要的作用。

图1 围岩地质剖面示意图

隧道开挖后，围岩径向应力释放，环向应力增加，并产生维护自身稳定的弹性应变，随之强度下降产生松动变形，在松动变形之之前，进行初期支护，是确保施工安全必要条件。通过对围岩和初支的周边位移量测，隧道周边相对位移值均小于设计值，表明围岩稳定性较好。隧道内水平分布多层钙质结核层，不仅直接支撑了掌子面围岩不会掉块、崩塌，而且还减轻了洞室的侧压力。为了加快掘进速度，经现场观察，分析，论证，并对隧道围岩的岩石力学性质及支护体系的应力计算，其安全度n 值大于4.5 的两倍之多,安全度是有保证的。

3 “蘑菇型”开挖施工步骤

3.1 “蘑菇型”开挖

“蘑菇型”开挖方法：掘进采用挖掘机开挖，人工修凿开挖轮廓线（半径为R=618cm），开挖的掌子面如同蘑菇状(见图2)。开挖总高度7.89m，两侧边墙留平台宽度各2m，高度2.2m。

图2 活动工作平台示意图

掘进长度：根据设计图钢拱架每两榀间间距为75cm，结合现场地质状况，每循环掘进225cm（安装3榀钢拱架距离）或300cm（安装4 榀钢拱架距离）。

施工工艺流程：挖掘机开挖→侧卸装载机装土→自卸汽车运输→利用自制活动工作平台找顶和风镐修整轮廓线→初喷砼→挂钢筋网→安装钢拱架→施作锚杆→复喷砼厚15cm～20cm（此时，为了实施平行流水作业提高掘进进度和更好地让钢拱架有一定的柔性变形及充分发挥围岩的共同作用，复喷至15～20cm 时可先掘进，一般在钢拱架周围厚些，两榀钢拱架中间薄些，形成一圈圈凹槽。拉开30～50m 距离后,再复喷至设计厚度）→再复喷到设计厚度25cm。每日两循环，日进尺4.5～6m。

3.2 边墙开挖，钢拱架支腿落底支护

边墙开挖，必须采用跳槽开挖法。马口长度不大于安装三榀钢拱架距离（225cm），跳槽长度不小于2.5m，严禁两侧同时开挖，开挖后，必须及时支护。

开挖时严禁碰及已施工拱部的初期支护，尤其钢拱架脚法兰盘及锁脚锚杆。欠挖部分，人工手持风钻凿除到位。边墙地基上部留10cm 土层,用于调节拱架腿部安装高度,马口开挖后,立即安装钢拱架腿部支撑。安装后，立即初喷、挂网、打锚杆、复喷、再复喷至设计厚度，完成边墙初期支护。

3.3 仰拱开挖

仰拱开挖分左右幅和分段进行，纵向每段长度不大于10m，纵向施工缝设于总宽3/5 处（设计中央排水沟位于隧中仰拱之上）。基底应预留10cm 人工开挖整平，使仰拱基底孤线圆滑平顺，拱座与边墙基础平顺相接。浇注砼前，清理基底虚渣→用高压风吹净尘土→抹一层砂浆→浇筑仰拱砼。

4 结束语

南秋台隧道“蘑菇型”开挖掘进，采用挖掘机开挖，侧卸式装载机装土，自卸汽车运输，活动工作平台找顶、修整、支护。一次性开挖落底，施工空间大，可提高工作效率和工程质量；缩短挖、装、运时间；便于450cm 长锚杆施作；避免风管、水管、电力线路多次敷设；相互干扰少，拉开距离后可展开开挖、清渣、支护“一条龙”施工和边墙刷帮、支护以及仰拱、二衬多个工作面同时施工格局，并可实施平行流水作业。

黄延高速公路南秋台黄土隧道，左右洞（两个洞口）合计2485m，除洞口段约20m 采用环形开挖留核心土开挖方法外，其余均采用“蘑菇型”开挖法。实践证明，切实可行，安全有保证。日进尺可达4.5～6m，单口月掘进150m 以上。

[1]JTJ 042-94，公路隧道施工技术规范[S].

[2]陈国新.黄延高速公路南秋台Ⅱ号隧道内轮廓线的控制[J].山西建筑,2008,34(4).

[3]白羚.钢管混凝土拱桥综合施工技术[J].山西建筑,2008,34(4).