黄土偏压隧道进洞施工方案

陈 雅

（中国水电十五局路桥公司，陕西 西安 710068）

1 工程简介

延安市新区北区贵人卯隧道复线工程施工G3 标段起讫桩号为K0+000～K1+386.389，路线全长1.386 km。其中隧道部分长945 m（起止桩号K0+280～K1+225），隧道东联尹家沟，西接杨家岭，属于新区南部环路重要组成部分，为新老城区的交通要道，它的建成，将原来贵人卯隧道双向两车道升级为双向四车道，将极大缓解此路段交通拥堵现象，对新区的路网结构优化起到十分重要作用。

贵人卯隧道地处陕北黄土高原丘陵沟壑区，属黄土梁峁沟壑区，山高坡陡，沟壑纵横，地形破碎，地表植被稀疏，沟底水流切割侵蚀较强，梁峁黄土广泛分布，沟底多见基岩出露或埋深较浅。工程区内各种流水侵蚀很活跃，谷坡的崩塌、滑坡、泄溜现象普遍，水土流失严重。遂址总体地势中间高、两边低，地面标高1121.83 m～1062.79 m，相对高差59.04 m，隧道进口明洞20 m，出口明洞 35 m，Va 级浅埋段 340，V 级深埋段 550m，隧道最大埋深约60 m。

2 工程难点

（1）偏压

贵人卯隧道复线是在原贵人卯隧道旁新建一个隧道。因为老隧道在选线时选择了地质良好的位置，新隧道洞口不得不一半坐落在岩石区，一半坐落在黄土区，偏压严重。

（2）杂填土

贵人卯隧道口洞顶为新区滑雪场场平的杂填土，土质松软，结构不均，稳定性极差。

（3）高含水

杂填土在原来冲沟上，为新老地层汇水集中区域，经测量，填土的含水量达20%，极易滑动变形。

（4）施工干扰多

因延安新区环保要求和弃土场位置限制，隧道施工只能从出口段向进口段单向掘进。新、老隧道洞口相距仅17 m，施工中必须保证老隧道的安全和交通顺畅，对施工组织、交通调度、爆破作业等都提出了严格要求。

3 方案比对

对于偏压隧道，通常采用的方案一般有三种：一是进行平衡土压力（一侧填土压重或一侧挖土卸载）后再开挖；二是在弱侧支护（采用浆砌石或砼导向墙、弱侧土体旋喷桩固结或注浆固结等）完成后再开挖；三是开挖和支护交替进行。总结起来就是先平后挖，先支后挖，边支边挖。

如果对回填土进行挖除，将隧道出口往山体内缩35 m 左右，缩短一点洞长，以消除或减少隧道偏压，一是增加洞口明挖土石方量约4.2 万m3，二是总工期将向后延期一个半月左右，三是将会影响到老贵人卯隧道安全和顶部滑雪场建设，因此此方案不可行。

如果从弱侧向山体内挖一道导向墙，采用混凝土置换，加强支撑后再进行隧道开挖，若采用放坡开挖，开挖方量仍然很大，若不放坡开挖，浇筑成墙前，沟槽边坡支护比较困难，实施难度较大。

如果在洞顶采用抓斗式地下连续墙法进行导向墙施工，因为洞顶边坡较陡，无法形成机械作业平台。旋喷桩法、地表注浆法等都存在类似的问题。

所以，无论是先平后挖还是先支后挖，都无法有效地在贵人卯隧道实施，贵人卯隧道进洞只有选择边支边挖。

参考延安地区黄土隧道的施工经验，贵人卯隧道以大管棚作先导支护，以加强后的护拱为支撑点，以大拱脚和锁脚大锚管减少洞顶沉降和隧道收敛，采用预留核心土三台阶的超短台阶开挖方案，超前注浆小导管、注浆锚管、锚喷作临时支护，将隧道变形限制在可控范围内，对仰拱以下进行换填和注浆处理，是能够保证施工质量并实现安全进洞施工的。

4 施工方案

4.1 边仰坡及防排水处理

边仰坡采用反铲自上而下逐层开挖，边挖边支护。支护采用锚管、钢筋网片、C20 喷射混凝土组合加固措施。支护参数：注浆锚管长3.5 m，设置间距1.5 m×1.5 m，喷射混凝土厚10 cm，φ6 钢筋网片间距15 cm×15 cm。具体做法：边坡支护注浆锚管采用直径φ48 普通钢管制成的钻孔花管，钻孔轴线间距30 cm，每截面沿直径方向钻2 孔，孔径8 mm，十字交错布孔，花管头部做成尖嘴形状以便插入。注浆用水灰比为0.28 的纯水泥浆（42.5 水泥），注浆压力0.4 MPa。同时，扩大支护范围，对于坡面未开挖仍裸露的部分和观察发现不稳定区域，全部进行了喷护封闭。

在边仰坡的坡顶、中部、及洞顶以上5 m 预留了3 个马道，马道宽1.5 m，在马道上修筑了3 道截水沟，截水沟围绕边仰坡环向连续，与原贵人卯排水设施相通相连，并引至地面临时排水沟和集水井，汇入新区雨水管道系统。

边仰坡的锚喷封闭及防排水设施对洞口安全十分重要。一是保证边坡自然状态下稳定，二是保证边坡和洞口雨季施工安全。

4.2 大管棚施工

隧道原设计大管棚为环向间距40 cm、数量30 根、长度20 m、直径Φ108 mm、壁厚6 mm 的钢管。根据地勘报告设计变更为间距仍保持40 cm、数量增加到40 根、长度增加到30 m 的Φ108 mm 钢管，在隧道拱部120°范围布置，并要求所有钢管末端须插入岩石1 m 以上。

在施工时，钢管仰角2°、外插角2°～5°，导管上钻注浆孔，孔径为12 mm，孔间距为15 cm，呈梅花型布置，导管尾部2.5 m 不钻孔作为止浆段，管棚打设完成后，进行注浆加固，注浆用强度等级42.5 MPa 纯水泥浆，当注浆压力达到1.0 MPa，并持续5 min 以上，可视为注满，并用M30 水泥砂浆封填管口。

按照延安地区同类型隧道比对，预计隧道口最大沉降量不超过20 cm，管棚按设计断面径向扩大30 cm 布设，防止沉降收敛变形过大对二衬混凝土侵界。

4.3 护拱施工

护拱原设计为3 m 长，实际施工中加长到9 m，采用土牛法进行浇筑施工。边仰坡开挖时预留核心土，修葺为护拱内模，然后浇筑1 m 厚C30 混凝土。护拱浇筑前预埋40 根大管棚导向管，浇筑在护拱之内。护拱在原设计配筋基础上加设I20 a 型钢拱架，设置间距0.6 m。与护拱钢筋共同组成护拱骨架。

4.4 放大脚和大锁脚锚管

护拱上部台阶拱腰处左、右两侧加设放大脚，放大脚宽4 m，高1 m，纵向长度和护拱相同。放大脚能够充分利用边坡的夹持作用和拱效应，分散应力，减少变形。护拱中部每榀拱脚加设Φ108 锁脚大锚管，线路右侧施工长度9 m，线路左侧施工长15 m，每榀8 根，左右两侧各设置4 根。注浆方式和大管棚相同。

护拱、大管棚、放大脚、大锁脚锚管联系在一起，共同组成了隧道进口临时支撑系统。

4.5 隧道开挖施工

2016 年8 月17 日，贵人卯隧道正式进洞开挖，该段施工方法及措施如下：

（1）施工过程中严格控制开挖循环进尺，遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的原则进行；

（2）隧道开挖采用预留核心土环形开挖法施工，开挖方式采用机械开挖，人工清理，以达到减小围岩扰动，控制超欠挖的目的。开挖分上、中、下台阶，仰拱四步进行施作；采用超短台阶开挖方式，上台阶开挖每循环进尺一品拱架0.6 m，及时进行锚喷支护；

（3）及时观测、记录、收集、整理隧道拱顶沉降及周边收敛数据，对隧道初期支护稳定及时做出判断，指导施工，及时调整施工方案和支护参数。加大原设计予留沉降量12 cm～30 cm,进洞后根据沉降观测资料做适时调整，确保二衬净空尺寸；

（4）隧道开挖后及时用C20 喷射混凝土封闭掌子面及裸露围岩，喷射混凝土厚度8 cm，确保掌子面裸露围岩稳定；

（5）K1+190-K1+162 隧道围岩开挖拱顶Φ50 超前注浆小导管加强，小导管环向施工间距20 cm，长5 m，搭接长度2.5 m，单层布置，60 根/环；

（6）K1+162-K1+150 隧道围岩开挖拱顶Φ50 超前注浆小导管加强，小导管环向施工间距40 cm，长5 m，搭接长度2.5 m，双层布置，每层30 根，双层施工60 根/环；

（7）将原设计Φ22 系统砂浆锚杆更改为Φ50 注浆锚管,通过锚管注浆，以固结围岩，增强稳定性，锚管长3.5 m，施工环向间距1.2 m，纵向间距0.6 m；

（8）针对拱架下沉量大及基础软弱的难题，制定专项性应对措施，型钢拱架拱脚及墙脚处设置Φ50 注浆锁脚锚管，锚管内加设Φ22 钢筋，上台阶每榀拱架左右两侧拱脚各加设4 根，共计8 根，单根长5 m，K1+190--K1+150 隧道中部台阶钢拱架底部锁脚采用Φ108 mm 注浆钢管，线路左侧锁脚大锚管长20 m，线路右侧锚管9 m，每榀8 根，左右两侧各设置4 根。

4.6 仰拱和基础施工

为便于施工，将隧道出口K1+190-K1+226 明洞段原设计软弱基础处理水泥挤密桩取消（水泥挤密桩需专用设备施工，且施工工期长），更改为C15 片石混凝土换填，同时，基底采用Φ108 mm 注浆钢管加强。注浆钢管桩施工长度8 m，横断面宽15 m，施工间距1 m×1 m。基础和仰拱开挖前，先进行洞底注浆，换填开挖分左、右幅分别实施，每次开挖长度为2 m（不超过三品拱架长度），换填浇筑24 小时后再进行另半幅开挖换填，紧接着进行钢拱架成环和仰拱填充。一般认为，拱架成环和仰拱施作完成后，隧道基本处于稳定状态。

5 施工效果

（1）根据第三方监测数据，贵人卯隧道在洞口K1+189.44处在观测期内沉降值为14 cm，在该处仰拱成环后沉降值趋于稳定，在二衬混凝土浇筑后最大沉降值为16.7 cm，小于30 cm预留变形量，在可控范围内。

（2）在进洞开挖过程中洞顶仰坡喷射混凝土出现了部分纵向裂纹，在完全进洞及二衬混凝土浇筑后，裂纹再无变化。纵向裂纹是因偏压导致隧道两侧沉降值不同引起的，当二衬混凝土浇筑后，偏压趋于稳定，故裂纹再无变化。

（3）截止到2017 年6 月1 日，隧道已实现开挖进尺530 m，二衬进尺476 m，隧道施工正常，安全质量可控，说明前期进洞施工方案取得了成功。

6 结语

以大管棚作先导支护，以洞外护拱为支撑点，以大拱脚和锁脚大锚管减少洞顶沉降和隧道收敛，采用预留核心土三台阶的超短台阶开挖方案，超前注浆小导管、注浆锚管、锚喷作临时支护，实现了偏压浅埋黄土隧道安全快速进洞施工。