黄土隧道浅埋段施工技术

牛新有

【摘 要】隧道浅埋段由于隧道顶面覆盖的围岩较薄，完整性较差，特别是黄土隧道浅埋段，围岩地质条件更为不良，黄土陷穴、直切冲沟等地质问题时常存在，开挖中容易引起地表沉陷，直接影响隧道的安全掘进，本文以新建兰州至合作铁路黄家岭隧道浅埋段施工为实例，介绍隧道穿越黄土浅埋地段的施工技术，以期对类似工程有一定的借鉴作用。

【关键词】隧道；浅埋；黄土陷穴；大管棚

中图分类号： U455.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）16-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.040

【Abstract】due to the thin surrounding rock covering the roof of the tunnel，the integrity is poor，especially the shallow buried section of the LOESS tunnel，and the geological conditions of the surrounding rock are even worse. Geological problems such as the LOESS pit and the straight cut gully often exist，and it is easy to cause surface subsidence during excavation.This paper takes the construction of the shallow buried section of the new Huangjialing tunnel from Lanzhou to the cooperative railway as an example，sand introduces the construction technology of the tunnel through the shallow buried area of LOESS，so as to have a certain reference for similar projects.

【Key words】Tunnel；Shallow burial；Yellow soil trap；Pipe shed

1 工程简介

新建黄家岭隧道全长5881米，隧道出露地层主要为第四系全新统错落堆积砂质黄土，块石土、冲积砂质黄土、粗圆砾土、卵石土，下伏基岩为上第三系泥岩、砂岩等。DK54+000～DK53+934段隧道埋深1.64～35m，围岩为第三系泥岩。开挖至DK54+049掌子面节理发育，有渗漏水现象，基岩顶板比较薄弱，通过TSP隧道超前地质预报分析，地下水弱发育，围岩稳定性有变差的趋势，基岩面较原设计骤降，隧道拱顶位于基岩与黄土交界面，隧道施工易发生坍塌、冒顶，为保证隧道施工及运营安全，设计建议对DK54+049～DK53+934段支护措施进行加强，并对黄土陷穴进行处理，强化地表及隧道内的防排水措施。

2 施工总体方案

施工前组织相关人员对浅埋段原地貌以及裸露岩体进行仔细勘查，组织测量组对该浅埋段进行地形测绘，绘制地形图，将勘查测绘结果与设计图纸进行比对，进一步明确有关问题，研究制定切实可行的施工方案，对施工人员进行技术交底和培训。

施工中做好洞内洞外结合，强化洞外拱顶两侧20m范围内地表空洞陷穴回填灌浆并做好引、排水设施，防止地表水渗漏进，确保洞内施工安全。在原设计基础上对洞内围岩支护参数进行补强， DK54+000～DK53+970、DK53+929～DK53+959两段拱部采用φ89管棚超前预支护、超前小导管探孔注浆、钢拱架加密、反压回填等措施。并加强超前地质预报，做好超前钻探，动态掌握围岩变化，根据围岩变化随时调整施工方法。

3 施工方法

3.1 隧道洞外施工

3.1.1 灌浆及回填

對洞外黄土陷穴空洞、出水暗沟，进行灌浆回填，确保拱顶上方暗沟空洞回填密实，防止拱顶出现空洞，造成冒顶及坍塌事故的发生。DK53+985处黄土陷穴先用M20砂浆回填1m，砂浆强度达到设计要求后采用2%水泥土回填，周围陷穴群也用2%水泥土进行回填，按照规范要求分层夯实，表层0.5m范围内采用三七灰土回填夯实。

DK53+985～DK53+943段出水暗沟采用地表钻孔灌浆法回填，在隧道拱顶20m范围内采用梅花型布置孔位，孔位横纵向间距均为1.5m，钻孔采用小型洛阳铲，成孔直径0.5m，成孔后用M20砂浆通过灌浆管将砂浆注入底层中，采用同排隔孔错开灌浆的方式，使其充分流入出水暗沟内，利用砂浆液速凝且凝固时间可控，砂浆液结石率高，结石体早期强度大的特性，砂浆以填充、渗透和挤密等方式，迅速填实暗沟，并与周围黄土迅速凝结，形成结石体，使原来松散的黄土胶结成一整体，提高自稳能力，从而保证隧道开挖安全。暗沟顶灌浆孔灌浆后，待砂浆强度达到设计要求，灌浆孔采用水泥土夯实回填，夯实采用卷扬式梨型锤，保证灰土压实度。

3.1.2 地表排水

地表陷穴及暗沟灌浆回填完成后，修筑临时截、排水沟等设施，防止施工期间地表水汇聚侵泡洞顶，地表临时排水设施完成后，进行洞内施工，待洞内二衬施工完成，混凝土强度达到要求后，对陷穴漏斗地形回填顺坡，修筑永久性混凝土排水渡槽，将影响范围内地表水引排至右侧冲沟，使地表排水通畅，防止积水浸泡隧顶，确保隧道主体结构的安全。

3.1.3 冲沟处理

DK53+943处“V”字型冲沟，水流冲刷严重，待暗挖施工通过后对冲沟地表50米范围采用C20混凝土铺砌，混凝土厚度为50cm，避免山洪冲刷，确保运营期间安全。

3.2 隧道洞内施工

3.2.1 超前大管棚

在黄土陷穴及冲沟两处浅埋地段（DK54+000～DK53+970和DK53+959～DK53+929），采用大管棚进行超前支护，管棚布设在隧道拱顶120°范围内，管棚采用Φ89的无缝钢管，管棚长30m，外插角3°，每环18根。由于单线隧道断面空间有限，管棚施工长度较长，采用跟管法施工。

（1）管棚加工：大管棚所用钢材的规格、型号、材质要满足设计要求和国家有关技术标准的规定。采用φ89的无缝钢管，壁厚6mm，材质为Q235，管棚内设置钢筋笼，钢筋笼采用φ18螺纹钢与固定环焊接，固定环设置间距为1.5m，钢管间的连接通过车公母扣对接，每根钢管的一端都车15cm长的外丝扣，钢管间采用一根长30cm带全内丝扣的φ102、壁厚6.5mm的无缝钢管进行连接。加工长度每根2～3m不定尺加工，让接头自然错开，满足在同一截面内接头数量≤50%，相邻钢管接头至少错开1m。

（2）管棚工作室：洞身管棚施工前预先施做管棚工作室，管棚工作室应综合考虑钢管外插角、使用机械型号、支护情况及施工可操作性。为了施工方便，保障钻机移动的灵活性及管棚的顶进，断面前方预留6m×0.5m管棚操作室。

（3）导向墙：为缩短施工时间，导向墙采用C25喷射砼，长度1m，导向墙内设置3榀I16工字钢拱架，钢架间距为30cm，钢架纵向采用φ22螺纹钢焊接，环向间距0.5m，每榀钢架打设双锁脚，与钢架焊接牢固，导向管采用φ114钢管与钢架翼缘焊接，导向管设置角度为3°，长度为100cm。

（4）钻孔：钻孔是管棚施工的关键工艺环节，钻孔质量的优劣直接关系到管棚的整体质量，管棚钻进采用工程地质钻机全跟管施工，为确保钻头正确插入导向管，平台台阶高度控制在3m左右，钻机角度调节采用数显角度仪控制，管棚钻头直径为φ102，当钻头前进时管棚紧跟其后，马上将孔填充，防止孔内塌陷，当每节管棚跟进至尾部时及时连接下一节管棚，直至一次性钻至设计深度。施工中认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为开挖洞身的地质预探预报依据指导洞身开挖。

（5）注浆：管棚注浆采用由左到右，奇偶数间隔注浆，即先按顺序注奇数管，奇数管注浆完成后，再按顺序注偶数管，注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满，注浆过程应认真做好记录，以便分析解决施工中出现的问题。

3.2.2 隧道开挖

浅埋段隧道开挖仍按照新奥法原理施工，由于浅埋地段地质围岩稳定性较差，且存在陷穴、冲沟，很难形成自承体系，容易造成坍方甚至冒顶事故，所以开挖时采用机械开挖，尽量减小对围岩的扰动，严禁爆破作业。开挖方法为短台阶法，上台阶长度控制到3～5m，下台阶控制在15～20m，每循环进尺上台阶1榀，下台阶2榀，施工中解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工减少对上部围岩、支护的扰动，以确保开挖、支护质量及施工安全。

3.2.3 支护

本浅埋段初期支护总体按照V加级围岩复合式衬砌施工，部分设计参数进行加强处理，（1）钢架：I16工字钢钢架，设计钢架纵向间距0.8米调整为0.5米，全环设置；纵向采用Φ22螺纹钢钢筋连接，环向间距1米；（2）锚杆：拱部Φ25中空锚杆，边墙Φ22砂浆锚杆；（3）钢筋网：拱墙采用φ8钢筋，规格为20×20cm；（4）喷射混凝土：C25喷射混凝土，全环厚度23cm；（5）钢架锁脚由原设计单锁脚调整为双锁脚形式；（6）每循环开挖后及时封闭掌子面，采用C25喷射混凝土挂网封闭，混凝土厚度为10cm。

3.2.4 衬砌

本浅埋段二次衬砌总体按照V加级围岩复合式衬砌施工，部分设计参数进行加强处理，（1）DK54+000-53+970段主筋采用Φ22螺纹钢，原设计环向钢筋纵向间距由25cm调整为20cm，纵向钢筋环向间距为25cm，钢筋保护层厚度5mm；（2）DK54+000-53+970段拱墙及仰拱的衬砌厚度由原设计40cm调整为45cm；（3）浅埋段环向透水盲管按富水区每5米布置一环。

4 超前地质预报及监控量测

超前地質预报根据需要采用地质雷达法、地震波法、TSP法等，地质预报的信息及时分析并反馈给施工现场，指导现场施工。监控量测是隧道施工中关键的作业环节，浅埋段施工时将监控量测作为关键工序列为现场组织，浅埋区段V级围岩每5延米一个设量测断面，每个断面设5个测点；浅埋段隧道开挖后围岩难以自稳成拱，地表容易沉陷，地表沉降是施工过程中的控制重点，洞外地表处理完成后及时进行地表沉降观测点的布设，在1-3倍的洞径范围进行布点，断面间距为5m，测点走向与线路方向垂直，间距2～5m，每个断面布置11个观测点，隧道中线附近密些，远离中线疏些，并做好观测点的平时维护工作，避免测点的损坏，保证量测数据的准确性及精度，量测数据及时分析处理、综合评价，为施工提供准确信息，确保施工安全。

5 施工关键注意事项

浅埋段施工过程超前管棚为关键工序，长管棚往往会由于地球的重力势能而向下走，另外隧道一般都是有坡度的 ，如果角度过大管棚就达不到效果，角度过小开挖时会造成管棚侵限，所以导向管的倾角控制至关重要。在施工中导向管的安装要运用测斜仪及全站仪精确定位，并加强对钻孔偏斜度的测量，专人盯控记录，严格控制管棚打设方向。

6 结束语

通过对隧道地表黄土陷穴暗沟的合理处理，洞内设置超前大管棚，强化地表及隧道内的防排水，加强超前地质预报监控量测等措施，有效防止了坍塌等事故的发生，保证了隧道安全掘进，顺利通过了该浅埋段施工，为后续的浅埋段和类似工程施工提供了经验和借鉴。

【参考文献】

[1]景学连.隧道浅埋地段施工关键技术探讨[J].科技信息.2012，19（24）：56.

[2]丁健.隧道浅埋段开挖施工技术[J].技术与市场.2011，25（06）：217-219.