黄土山岭隧道开挖施工技术探讨

周昆

摘 要：黄土隧道施工难点多，风险大、难度大。该文通过结合黄土山岭隧道工程实例，分析了该工程地质特点及其工程难点，结合黄土隧道特点提出隧道开挖及其爆破时的技术措施，严格贯彻“弱爆破”的原则，有效确保该类型土质隧道的施工安全性，为同类工程提供参考借鉴。

关键词：黄土山岭隧道 隧道开挖 洞身开挖

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）02（c）-0094-02

BLTJ-14标段全长15.897 km，起讫里程DK1 012+435.5～DK1 028+332。包括隧道2座、斜井5座、横洞2座、桥梁1座、无砟轨道31.8 km。正线隧道：共有2座，均为单洞双线隧道，总长15 817.4 m，其中特长隧道1座为古城岭隧道，长度为10

364.6 m，长隧道1座为兰山隧道，长度为5 452.8 m。

1 工程地质特点

该工程地处陇西黄土高原西北部，地面高程1 704～1 897 m，沿线地形起伏较大，位于黄土高原梁峁，沟壑纵横区。黄土梁峁区顶部及山坡上为第四系上更新统风积砂质黄土覆盖，沟谷中分布有第四系全新统冲积黄土、洪积圆砾土和上更新统冲、洪积砂质黄土及粗圆砾土，沟心多为第四系碎石类土层，局部第三系底层出露，洞身主要为冲积砂质黄土及第三系泥岩夹砂岩及砾岩，局部为碎石类土。地处陇西系内旋褶带，构造相对简单。晚第三纪以来，区内新构造运动较为活跃，表现为河谷阶地上升显著，现代河流侵蚀、下切明显，河谷两岸阶地发育，构成颇为典型的河谷阶地地貌，新构造运动在区内表现为差异性整体抬升运动，山地断块强烈隆升，盆地相对下沉，形成现今的地貌形态和格局。

2 工程难点分析

古城岭隧道出口及兰山隧道进口无进洞条件，同时还需要采取横洞进洞通过。同时大坪沟中桥两侧存在高差达到140 m的陡崖，这加大了临建规划难度，尤其是加大了场地布置以及施工便道难度。另外，该隧道还存在较多地质灾害风险，如自重湿陷性黄土、黄土陷穴等地质类型以及正线隧道多个工作面为反坡施工，主要的施工难点及重点如下。

（1）古城岭隧道洞身主要为湿陷性黄土不良地质，其Ⅴ级围岩3 434.6 m占33.1%，Ⅳ级围岩6 530 m占63.0%，造成隧道开挖难度大、风险高。在不良地质段进行隧道开挖施工是隧道施工难点。

（2）古城岭隧道出口濒临陡崖，场地布置以及临建规划难度较大，同时存在滑坡风险高，横洞进洞与洞口稳定的确保是该隧道工程施工的难点。

（3）环境保护要求高。工程处于黄土高原丘壑区，生态环境脆弱，为省级重点环境治理区及保护区，工程实施期间，环境保护与建设协调要求高，工程实施期间如何确保环境及生态安全是该隧道工程施工的重点和难点。

3 工程难点处理方案提出

结合上述所总结的该隧道施工难点可以表明，该隧道工程风险大、难度大。基于上述所提出的难点，该工程古城岭隧道出口无进洞条件，通过横洞进洞。正线隧道均为单洞双线断面，辅助坑道除古城岭隧道4#斜井为双车道断面外，其余横洞均为单车道+错车道断面。隧道的正线洞口均位于Ⅳ级自重湿陷性风积砂质黄土地层，需先进行洞顶黄土陷穴填筑、柱锤冲孔桩基底加固，三七灰土基础换填、明洞及管棚施工，以及桥隧相连的古城岭隧道出口洞顶抗滑桩施作，待上述工序施工完成后方可暗挖进洞。

鉴于辅助坑道及正线隧道均为黄土及软岩隧道，4#斜井及古城岭隧道出口横洞、古城岭后半座正线隧道为软岩隧道，穿越地层主要为泥岩，局部为泥岩夹砂岩、泥岩夹砾岩、砾岩，隧道采用松动爆破开挖。辅助坑道采用上、下台阶法开挖，同时鉴于正线隧道属于Ⅳ级围岩，经考虑隧道开挖施工选取三台阶法（图1），对于黄土隧道属于Ⅳ级围岩，隧道开挖施工选取三台阶七步法，针对于一般地段的Ⅴ级围岩隧道开挖，则开挖方法选取三台阶设临时横撑法。

4 处理技术实施

针对该工程隧道属于黄土山岭隧道，因此在整个隧道开挖施工过程中，应当对其采取超前探测，可通过采取物探技术方式实施。开挖施工方法主要采取机械开挖为主，人工开挖为辅。

4.1 隧道洞口开挖施工

针对于整个隧道洞口开挖，为了有效确保山坡的稳定性，应当避免雨季实施施工，同时在开挖施工前首先检查边、仰坡以上的山坡稳定，尤其是针对边、仰坡及早做好坡面防护，尽可能地减少破坏山体，另外在开挖施工全过程采取实施监测。

该隧道工程在进行开挖明洞、洞门施工前，为了能有效防止边坡落石等情况，先设置好洞口边、仰坡外的截、排水沟。开挖施工时装碴由装载机或挖掘机实施，运碴则由自卸汽车实施。开挖施工时严格按照设计图纸要求进行，对于开挖接近超前支护相应标高时，必须先采取超前支护处理。为了能有效保证边坡的稳定性，结合边坡地形稳定程度，坡面用锚杆、钢筋网、喷混凝土作为临时防护。边仰坡刷坡开挖采取自上而下进行，控制各层开挖高度为2～3 m范围内，各分层均采取锚杆网喷支护处理。

4.2 洞身工程施工

洞身开挖方法：Ⅳ级岩石地段采用三台阶法；Ⅴ级围岩采用三台阶并设临时横撑。隧道Ⅴ级围岩段采用三台阶法临时横撑法开挖，首先进行超前支护，进行上台阶开挖→初期支护及横向支撑施工→中台阶开挖→中台阶支护及横向支撑施工→下台阶开挖→边墙及底部支护→仰拱浇注→临时横向支撑拆除→拱墙二衬。三台阶临时仰拱开挖法施工工序图如图2所示。开挖过程采用弱爆破或松动爆破时，严格按照爆破设计进行，并不断进行优化。特别要注意断面交界处的超欠挖和成形控制是重点。量测必须及时紧跟，及时分析反馈，指导安全施工。

三台阶法开挖工序为：第1步：开挖①部台阶，同时每循环进尺一次，均应做好超前支护。做好上台阶洞身结构初期支护；第2步：上台阶施工适当距离后，开挖②部台阶，并进行中台阶初期支护；第3步：中台阶施工适当距离后，开挖③部台阶，并进行中台阶初期支护；第4步：开挖④步台阶，及时封闭初期支护，及时施作仰拱混凝土、填充混凝土，及早封闭成环。 台阶法开挖顺序图如图3所示。

4.3 爆破处理时注意事项

钻爆拟用松动爆破、机械配合、人工休整方式进行开挖。作业队根据每次爆破后的爆破效果，分析原因并及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。根据围岩地质情况及开挖断面尺寸，采用复式楔形掏槽。爆破器材选用乳化炸药，规格为Ф32药卷，雷管采用1～7段塑料导爆管非电毫秒雷管，电容式非电毫秒雷管激发器起爆。炮眼直径选用42 mm钻孔直径，采用电钻钻孔。炮眼深度根据有关设计资料及相关标准，上台阶进尺不超过1榀钢架间距（0.6 m），除掏槽眼外，其余眼均采用0.7 m深钻孔，掏槽眼为0.8 m；上断面炮眼布置采用掏槽眼+底板眼+周边眼的松动爆破方式。另外，采用复式楔形掏槽，设置3+2对掏槽眼，掏槽眼间距100 cm；周边眼距离开挖轮廓线10 cm，周边眼间距采用45 cm。

5 结语

文章结合黄土地质隧道施工实例，了解到该隧道施工过程中严格贯彻“弱爆破”的原则，同时施工中加强地质钻探，采用弱爆破开挖，减少对应力集中区的扰动，以及采用超前小导管预支护、支护及衬砌早成型，最终确保了该黄土隧道安全施工，为同类工程提供参考借鉴。

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