谈黄土地区长大隧道施工技术及质量控制

王 智 勇

(太原路桥建设有限公司第一工程公司,山西 太原 030400)

0 引言

黄土作为一种特殊类型的土，广泛分布于我国的华北和西北地区，另外在东北和华中的局部地区也有分布。黄土最主要的不良地质问题就是具有湿陷性，其湿陷性又可以分为自重湿陷性和非自重湿陷性，尤其是对于自重湿陷性黄土地区的长大隧道，这种不良地质问题对隧道施工建设和运营管理的危害性会更大。因此，我们不论是在隧道的开挖、支护和衬砌过程中，还是在事中和事后的监测中都应给予足够的重视，对其中的每一个环节都应该抓好施工技术，做好质量控制，保证施工过程中的每一环节不出现任何问题。

1 工程概况

太阳高速阳曲二号隧道位于山西省阳曲县东黄水镇境内,是京昆高速中连接太原至阳泉的重要组成部分。隧道全长约6 km，设计隧道衬砌断面内轮廓采用三心圆，建筑界限采用单洞洞宽14.50 m，建筑界限高度为5.0 m，设双侧检修通道。在隧道行车方向的右侧每隔750 m左右设置一处紧急停车带，其断面也采用三心圆设计，洞宽为一般断面净宽(14.5 m)再加上2.5 m，高度不变。

该隧道地处山西—冀北地区的黄土高原，属于自重湿陷性黄土区，且湿陷等级多为Ⅲ级，局部已达到了Ⅳ级。隧道所穿越的山体黄土沟壑和黄土洞穴极为发育，且多呈竖井状或串珠状。在很多区域，黄土沟壑和洞穴的地下已经连通，地表出现大面积的塌陷现象。该山体表层湿陷性黄土厚度为15 m～35 m，主要为风成黄土，虫孔和空隙较大，垂直节理裂隙极为发育，在遇水的情况下极易发生塌陷，给隧道的施工建设带来了很大的困难。

2 施工方案

由于湿陷性黄土的粘滞作用，在天然工况下黄土围岩的整体稳定性都比较好，在短时间内一般不会发生掉块和崩塌。湿陷性黄土只有在遇水后，其抗剪强度就会急剧下降，围岩的稳定性会大幅降低。鉴于此，我们制定了太阳高速阳曲二号隧道工程的具体施工方案和措施如下：

1)在隧道施工前，将靠近隧道洞门仰坡段的洞穴和沟壑进行封闭处理，然后在洞顶边坡坡顶和两侧施作截排水沟，防止雨水在洞顶和两侧汇集。

2)对于浅埋洞口段的Ⅰ类围岩、洞身处的Ⅰ类围岩段在开挖时采用全断面钢拱架支撑和锚杆的形式进行支护。

3)对于深埋洞身处的Ⅱ类围岩段采用拱部钢拱架支撑和超前锚杆进行支护，拱部采用双眼镜法的开挖方式进行,墙部采用左右错开式或双侧壁导坑的开挖方式进行。

3 施工方法

3.1 洞顶黄土洞穴或沟壑处理

太阳高速阳曲二号隧道山高坡陡，地表基本全由黄土覆盖，植被很少，且黄土冲沟和黄土洞穴极其发育。为了保证隧道在施工和使用过程中的安全性，在隧道施工前，就对靠近隧道洞门仰坡段的洞穴和沟壑进行了封闭处理，以防雨水大量汇集从陷穴中渗入引起隧道塌方。具体的处理方法为:1)首先将黄土洞穴和沟壑中的杂物清除，将洞穴修整成比较规则的形状；2)将洞底部夯实，再采用3∶7灰土分层夯实回填；3)灰土垫层回填至地表约1 m时，将洞穴口的尺寸外扩约1 m，然后再用3∶7灰土分层夯实回填至高出地面30 cm；4)在洞穴外围2 m外，挖临时的截水沟和排水沟，用水泥砂浆将其表面抹平，且沟底纵坡坡度宜大于5%，保证截排水沟的畅通。

3.2 洞口边坡的修整与加固

黄土地区隧道洞口的土质一般比较疏松，直立稳定性差，不适合贴壁进洞，因此隧道洞口的仰坡角度设计一般都比较缓。对边坡的上部采用人工刷坡卸荷，边坡下部采用机械和人工结合的方式进行修整，开挖边坡的坡脚至明暗洞分界处。

进洞前，采用自进式锚杆加固处理隧道洞口，锚杆端头采用φ22的钢筋焊接成网片状，采用5 cm厚的木板将网片与坡体之间的空隙塞紧，最后用φ48的注浆管对周围土体进行注浆加固，达到稳定仰坡的目的。

3.3 洞身开挖

洞身开挖所采取的方式为每开挖一环及进行超前支护一环的方法进行，且两环之间的搭接长度不应小于50 cm。如果在施工中发现局部洞身段的设计锚杆数量不满足设计的要求时，我们可以采取在锚杆缝之间增加钢管蓬的方法来进行支护。

1)Ⅰ类围岩洞口、洞身段采用双侧壁导坑的方法进行开挖。具体为：断面中间预留核心土，拱部和两侧采用人工从上至下开挖方式进行，开挖完后立即采用工字钢和格栅拱架进行支护，最后是安装模板和浇筑混凝土。

2)对于洞身段的Ⅱ类围岩采用矿山法的开挖形式进行，具体为：先开挖拱后开挖墙，且在开挖拱脚时分为上、下两个工作面进行。为避免施工时相互干扰，两个工作面之间的距离应为50 m～70 m。根据我省的黄土隧道施工经验，黄土隧道开挖过程中的一个循环进尺一般为1.0 m～1.5 m。这样不仅方便施工，保证隧道的安全，而且还能加快工程进度，大大缩短了施工周期。

3.4 施工过程中对小面积坍塌的处理

由于湿陷性黄土的土质一般都比较疏松，且节理裂隙较为发育，因此在隧道开挖施工的过程中，经常会出现小体积的坍塌，此时可以采取如下的方法进行处理:

1)浆砌片石支护法：首先采用简易的支撑对坍塌处进行支护，然后采用浆砌片石的方法对坍塌处进行处理。

2)锚杆加固法:采用打设锚杆的方法对坍塌处进行加固。

3)砂石袋支护法:将装有砂、石的混合料的水泥袋垒在土体的坍塌处，而且在袋口处要预留注浆孔，待混凝土凝固后通过注浆管对砂石袋进行注浆处理。

4)混凝土回填支护法:首先用强支撑对坍塌处的土体进行临时支护，待混凝土强度增强后拆掉支撑，最后用同标号的混凝土进行回填支护。

5)木棒方格支护法：将木棒一层层叠成方格状，直至顶死土体为止，待混凝土浇筑且强度增强后再进行拆模、注浆。

3.5 隧道洞身的衬砌

1)一次衬砌在洞身开挖时就进行，且随挖随衬。一次衬砌首先工字钢拱架结合小块钢模板进行支护，然后浇筑混凝土。

2)一次衬砌边墙施工结束后，应立即进行小边墙、仰拱和中心水沟处的填充施工，以保证一次衬砌能够快速闭合成环，保证围岩不发生变形破坏。开挖中心水沟应与仰拱开挖同步施工，挖掘机开挖后再采用人工配合的方法修整成设计要求的形状。在开挖过程中注意超挖，禁止欠挖。

3)二次衬砌一般采用9 m长的全断面液压自行式台车进行施工，且每个循环衬砌搭接的长度不宜大于5 cm。这样不仅可以有效地防止错台，而且可以提高混凝土表面的平整度和光滑度。

3.6 施工监测

监测工作是隧道施工过程中必不可少且非常重要的一个环节。监测不仅可以对隧道的安全性进行预测，而且根据监测结果可以确定衬砌的最佳时间和最有效的方法。

4 结语

由于地质条件的复杂性和施工过程的不可预见性，隧道施工过程中的不安全因素有很多，其中有些我们可以进行有效地预测和控制，还有许多偶然因素我们在施工过程中无法去预测和预防。因此，我们在施工过程中，一定要按照设计图纸和施工规范的要求进行施工，保证隧道工程以及整个线路工程的顺利贯通。