大断面黄土隧道施工关键技术

王华

摘 要：由于黄土具有多孔隙性、垂直节理发育、层理不明显、透水性强以及湿陷性黄土的湿陷性5个方面的特征，在黄土地区修建隧道、尤其是大断面隧道时，黄土对隧道可能产生诸多不利的影响，甚至威胁到隧道的稳定安全，如果施工过程中，所采用的施工方法、支护措施、监控量测手段以及危险应急预案措施不当或者不到位，那么极有可能出现一系列不良的影响。该文通过对大量工程实例方面文献的分析，总结了在黄土地区修建大断面隧道的几项关键施工技术。

关键词：黄土 隧道施工 大断面 关键技术

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0047-02

随着我国经济的快速发展，我国高速铁路、高速公路网在不断加密，尤其是随着施工技术的发展，遇到山体等障碍物时修建隧道通过使线路的长度大幅缩短，并且提高了运营的安全性和舒适性。随着高速铁路的建设，隧道的数目也越来越多，隧道的断面也在不断加大，这都导致了隧道施土难度的成倍增加，特别是在黄土等自稳性较差的地层中修建隧道，其难度也将更大[1]。黄土具有多孔隙性、垂直节理发育、层理不明显、透水性强以及湿陷性黄土的湿陷性5个方面的特征，导致在该地区的隧道工程施工中存在着一定的困难和特殊性[2]。随着郑西客运专线的建设，中国己经建成了大量的开挖面积在160 m2的高速铁路双线黄土隧道。科研人员对大断面黄土隧道施工的过程中控制技术方面进行了大量的研究，并且取得了大量的研究成果[3-6]，提出了不设拱部系统锚杆的支护措施，以及三台阶七步开挖法和变形控制标准等新技术，并且在实际工程中得到了应用。

1 黄土对隧道施工的影响

1.1 垂直节理的影响

黄土中存在较为发育的垂直节理，破坏了围岩的完整性，在隧道开挖卸荷的过程中，土体更容易发生局部破坏甚至塌方。

1.2 黄土冲沟的影响

当隧道沿着黄土冲沟走向时，如果支护措施不当，可能会产生较大的隧道塌方、掌子面滑塌等灾害。

1.3 黄土溶洞及陷穴的影响

在黄土地区，溶洞和陷穴是经常见到的不良地质现象，若隧道修建在其上方，则容易造成隧道基础的下沉；若隧道修建在其下方，则隧道有发生冒顶的危险；若隧道修建在其临侧，则隧道有可能承受较大的偏压，使围岩和衬砌处于不利的受力状态。

1.4 水的影响

由于黄土在干燥时稳固性很好，承载能力较高，但是当黄土浸水后，由于湿陷性黄土的湿陷性，黄土的强度急剧下降，会突然出现下沉现象，开挖后的围岩很快丧失自稳能力。若支护不及时，极有可能造成隧道的失稳坍塌。

2 黄土隧道施工关键技术

由于黄土自身的工程特性，对隧道施工会造成各种不利的影响，因此在黄土地区修建隧道，尤其是大断面隧道时，应当采取特殊的施工措施来保证隧道施工的稳定与安全。

2.1 做好施工前的调查

由于黄土的特殊性，在黄土地区修建隧道之前，需要先做好工程地质的调查，了解隧道所经过区域的黄土的种类、节理的产状与分布、形成年代、工程性质、地下水的情况、地表水的情况、对隧道施工可能产生的不利影响等，然后制定出合理的应对措施。

2.2 选择合理的开挖方式

在大断面黄土隧道的修建中选择合理的开挖方式至关重要，这是因为在大断面黄土隧道的施工过程中围岩可能会产生较大的变形现象，从而可能对施工现场以及施工人员、机械的安全产生威胁。所以在开挖的过程中应当遵循化大断面为小断面，分部开挖和支护的施工原则[7]。在有偏压的浅埋隧道V级围岩时，为了有效地控制沉降，往往需要采用双侧壁导坑法施工。对于黄土隧道应当根据围岩级别和施工条件选择不同的施工方法，通过大量的研究表明，双侧壁导坑法在控制地表下沉方面要优于中隔壁法，中隔壁法在控制地表沉降方法要优于上下台阶法[8]。但是由于每一种开挖方法都具有自身的优缺点，在具体选用时应当考虑围岩条件、施工安全、环境条件、工期、隧道埋深、工程造价等诸多因素，综合考虑确定。

2.3 支护技术

在黄土隧道支护结构设计中，应当遵循“早封闭、强支护”的基本原则。黄土隧道由于其特殊性，支护采用“格栅钢拱架、钢筋网、喷射混凝土和模筑混凝土”组成的复合式衬砌，很多学者对黄土隧道支护参数进行了大量研究的基础上提出，取消拱部系统锚杆、加强拱架锁脚等，这在一定程度上使初期支护的闭合时间大大缩短，对于控制围岩变形和隧道的整体下沉较为有利。在施工中，可以采用加厚初期喷射混凝土的厚度，结合大规格的格栅钢拱架来提高支护结构的支护效应。

2.4 实现信息化施工

在进行黄土隧道的施工中，应当使隧道的变形处于监控的状态，以便于随时了解围岩和支护结构的变形情况，及时采取有效的措施，这也是信息化施工的一项必要要求。在黄土隧道施工中，监控量测应当得到重视。必须有认真负责的专业人员做好监控量测工作，采用先进的量测技术手段，对隧道施工全过程进行监测，同时应当及时掌握地下水以及地面水可能会给隧道的施工带来的不利影响。对于量测的相关数据应当及时处理，分析围岩的稳定状态，并尽快将所得结果反馈到施工中，使施工技术人员对隧道结构的稳定状态有较为准确的了解，以保证隧道施工中施工人员的生命财产安全。

3 结论

该文通过研究大断面黄土隧道的施工关键技术，可以得出如下结论。

（1）由于黄土的特殊性，在黄土区修建隧道时，选择合理的施工方法至关重要，根据围岩条件，优先选用分部开挖法。

（2）在黄土区域修建隧道时，在施工前应当进行详细调查，尽可能地使一切不利因素都在掌握之中。

（3）黄土隧道应当遵循“早封闭、强支护”的基本原则。

（4）在黄土隧道施工之前和施工过程中，应当注意做好隧道的防排水工程，尽量减少水对黄土隧道施工的影响。

（5）实现信息化施工，加强隧道的监控量测，使隧道每时每刻的工作状态都处于可监管状态，形成“施工—设计—监测”一体化。

参考文献

[1] 王钎.大断面高含水量黄土隧道初期支护力学特性研究[J].南阳理工学院学报，2016，8（2）：91-96.

[2] 万利，李振江，吴涛，等.大跨度小净距黄土隧道关键支护参数研究[J].公路，2016（1）：220-223.

[3] 刘赪.郑西客运专线大断面黄土隧道施工方法研究[J].现代隧道技术，2007，44（6）：10-17，31.

[4] 谭忠盛，喻渝，王明年，等.大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究[J].岩土力学，2008，29（2）：491-495，506.

[5] 谭忠盛，喻渝，王明年，等.大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验[J].岩土工程学报，2009，31（4）：628-633.

[6] 赵勇，李国良，喻渝.黄土隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[7] 顾晓君.大断面湿陷性黄土隧道施工技术[J].施工技术，2016（3）：71-72.

[8] 王一新，姚小平，岳华，等.黄土地区软弱围岩隧道施工技术[J].铁道建筑，2016（6）：76-79.