大断面黄土隧道快速掘进的施工措施

黄土作为在工程实践中非常常见的围岩结构表现形式之一，其综合性质具有一定的特殊性。已有的研究中认为，黄土结构强度较低，因此在上部施工作业开展中容易出现结构失稳的问题，具体表现为垮塌或崩解等安全事故。但黄土结构的优势在于其直立性较高，有非常理想的成型条件。从这一角度上来说，在黄土隧道掘进开挖后，比较不容易发生工作面挤出或推移的问题，且由于黄土结构下岩面在开挖期间的稳定性好，成型条件理想，因此即便是对于短进尺的工况而言，黄土结构仍然有一段时间能够确保岩体的整体稳定性，这利用这一特点，工作人员能够在岩体结构尚未出现大规模安全事故之前，及时的完成包括喷锚以及立架在内的相关工作，整体上来说施工安全且可靠。从这一角度上来说，只要立足于对黄土隧道基本性质的分析，选择合理的施工方案，即能够在满足大断面黄土隧道快速掘进要求的同时，确保掘进施工的安全性与可靠性。本文即结合工程实例，对大断面黄土隧道快速掘进施工方面的关键问题展开分析与探讨。

1 工程概况

XX客运专线全长为350.0km，沿线共设置有30座隧道，隧道整体长度为68.0km。90%以上为黄土隧道。随着XX客运专线施工作业的不断推进与发展，黄土隧道所表现出的地质特点以及力学性质得到了更加全面与深入的认识，黄土隧道对施工造成的难度与挑战得到了工程施工人员的高度关注与重视。

本工程实例中的黄土隧道快速掘进工划分为三个台阶进行开挖施工作业，台阶长度按照4.0～6.0m标准进行控制。现场勘察数据显示:台阶开挖过程中核心土两侧距开挖面长度在2.0m左右，上台阶开挖高度为4.2m。台阶开挖过程当中，实际跨度取值为13.7m，矢跨比为0.3，整体开挖面积为65.5m2，中台阶开挖高度为3.6m，整体开挖面积为 28.3m2，下台阶开挖高度为 3.5m，单元长度为 3.4m。

2 施工流程

在本工程中洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工，本施工方法的操作要点是:在隧道开挖期间根据实际情况，将开挖工作面划分为七个部分，七个开挖工作面相互错开，同步展开作业，然后分别做支护处理，各个区域的支护方案相互配合，形成一个支护整体。这种开挖方法的优势在于:分多个区域进行同步开挖，能够有效的降低作业循环时间，逐步向深层工作面推进，开挖作业与初期支护作业相互配合，能够形成一个结构稳固的支护工作体系。按照这一思路，在施工过程当中遵循以下流程展开作业:

首先，在拱部位置搭设超前支护系统，开挖遵循自上而下的基本原则，通过机械开挖与人工风镐相配合的方式实现，开挖期间预留核心土。本工程中，每循环开挖长度按照80.0cm标准进行控制，在完成开挖后安排专人进行混凝土喷射工作，按照4.0～6.0cm标准对混凝土喷射厚度进行控制，完成喷射后即封闭工作面。

其次，混凝土初期喷射作业完成后，根据设计要求架设钢架结构，上弧导分5节进行安装，环向通过钢板螺栓进行连接，纵向选择截面22.0mm标准连接，按照1.0m控制间隔距离。

再次，在完成对锚杆部分，拱架部分，以及钢筋网部分的施工作业后，需要安排专人使用强度C25等级混凝土进行喷射作业，使承载拱结构更加稳定。在此基础之上，以拱顶承载拱支护为前提条件，对左右两侧中台阶马口进行开挖，期间采取交错式的开挖方案，开挖过程当中及时进行支护作业。

最后，对中部上中下台阶预留土进行开挖作业，达到满意开挖效果后，采取分段方式进行仰拱结构的开挖作业，同时配合进行支护施工，根据支护方案完成仰拱混凝土的施作作业。

3 施工期间技术要点

(1)在对超前小管棚支护方案进行设计应用的过程中，需要在一般设计标准基础之上适当加密，以适应本区域的特殊地质情况。在本工程案例施工开挖期间，超前支护间隔距离设置为0.4m/根，前期仍然出现拱部掉块超挖的问题。针对此问题，缩短小管棚支护期间间隔距离，降低至0.2～0.25m/根，从而解决了该问题，对超挖有良好的控制效果。

(2)为最大限度的确保隧道掘进的快速性与稳定性，施工期间需要严格遵循短台阶法施工的相关原则。特别是针对本地区实际情况而言，由于掘进区域内的土体结构含水量较大，若预留的台阶过长，则渗水会沿着已经喷射好的初期支护混凝土结构外延，并在拱脚位置汇集，形成自然集水区，甚至会进一步导致初期支护受压影响，下沉量增大的问题，最终可能演变为初期支护开裂或结构失稳。而通过应用短台阶施工的方式，能够确保初期支护迅速连续成环，使整个受力结构具有环状密封的形态，以确保掘进的安全性与稳定性。

(3)从初期支护安全性的角度上来说，锁脚锚杆的应用有着非常关键的意义与价值。有关工程试验中分析得出:在大断面隧道掘进施工过程当中，断面拱脚位置以及墙角位置会受到较大侧向压力作用力的影响，在这一过程当中锚杆发挥着拉杆的作用，从而保障工字钢架在受到侧向压力作用时不会出现洞内位移的现象，因此也能够使快速掘进施工期间支护结构的受力达到稳定可靠的状态。

(4)在隧道快速掘进施工作业的实施过程当中，为实现对拱顶下沉量的合理控制，最关键性的措施在于根据掘进工作面的实际情况，适当扩大拱脚。通过此项措施，促进承压面积的扩大，使掘进施工过程当中的竖向压力传递更加可靠，同时还可使节点横向受力关系更加的稳定。结合本工程项目的实际情况来看，根据对黄土性质的分析，将扩大拱脚设计值控制在0.8～1.2m3区间内。

(5)在掘进施工中，施工人员还可以通过对初期支护钢架纵向连接筋进行加密处理的方式，使钢架结构的整体受力能力得到合理的提升与巩固。本工程施工作业实施期间，将拱脚部位，拱腰部位，以及拱顶部位所对应的纵向连接钢筋间距按照0.2～0.3m标准进行设置，其他区域则按照0.3～0.4m标准设置间距。

(6)在工作面开挖作业的实施过程当中，仰拱施工作业以及混凝土的回调工作需要同步开展，尽量缩小两个工序的间隔时间。同时，按照20.0～30.0m对间隔距离进行合理控制。同时，二次衬砌需要尽早展开施工，其目的在于尽早的完成隧道完整的受力结构，距离按照40.0～50.0m标准进行控制。

4 结束语

本文结合了大断面黄土隧道的工程施工特点，选择某大断面黄土隧道施工实例作为研究对象，系统分析了本隧道在快速掘进施工过程当中的基本施工流程以及技术要点，通过三台阶七步开挖的方式，解决了在黄土隧道施工过程当中容易出现的各种问题，施工工序可控性良好，施工安全且质量可靠，圆满达成了隧道快速掘进施工的基本目标，保障了施工工期。同时，配合对施工期间相关技术要点的实施，使得黄土地质下的隧道施工难题得到了解决，对于同类工程施工作业有一定的参考意义与价值。

[1]刘生秀.大断面硬岩隧道快速掘进施工经验总结[J].铁道工程学报，2007，(z1):349-351，363.

[2]陈文，黄选银.三线大跨软弱围岩隧道快速掘进施工技术[J].中小企业管理与科技，2010，(7):180-181.

[3]刘生秀.大断面硬岩隧道快速掘进施工经验总结[C].//2008年中国铁道学会客运专线工程技术学术研讨会论文集.2008∶349-351，363.

[4]徐赞，谢培才.基于“4M1E”影响因素的敞开式TBM快速掘进保障措施[J].隧道建设，2014，34(6):569-575.

[5]田春厚.雁门关长大隧道钻爆法快速掘进技术[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2004，31(12):56-57.