湿陷性黄土地质条件下隧道进洞施工技术分析

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074)

引言

湿陷性黄土隧道一般是指建筑结构处于湿陷性黄土地层中的隧道，我国的黄土地区公路和铁路工程分布比较广泛[1]。公路工程中的黄土隧道大多穿越黄土塬。由于铁路工程的工程特性和交通要求，所以铁路工程往往需要贯穿黄土塬、黄土高阶地和台地[2]。由于湿陷性黄土特殊的地质特征，以及易受扰动、易浸水和湿陷敏感度高，对隧道工程建设带来影响，增加运营维护经济成本。《铁路隧道施工技术规范》虽然要求在工程条件允许的范围内适当延长洞口的长度。在确保边、仰坡稳定的地质情况下，施工单位应及时且快速施作洞口，及“早进洞、晚出洞”。但在实际工程中施工单位往往需要大面积刷坡，从而导致山体边、仰坡不稳定，有可能导致山体滑坡使洞口加固防护费用增加。为保证后期洞口营运安全，应尽可能不破坏边仰地表原生植，如有破坏，需要及时且彻底治理。王玉成、郑修利等研究表明[3-4]：隧道未开挖时，山坡是稳定的。在隧道洞口施工方案中如何明确“零进洞”[5]需要结合隧道设计和实际地质、地貌选择洞口位置和进洞施工方案，合理的施工组织，是保证隧道施工安全快速施工的关键。

一、洞口段工程施工方法

我国隧道土建部分一般包括洞门、明洞、洞身几个部分。常见的施工程序如下：(1)洞口排水系统：《铁路隧道施工技术规范》中要求在洞口边、仰坡开挖线外大于5 m设置天沟排水，避免边坡杯地面水冲刷。(2)清除设计边仰坡开挖线内的地表植被(3)开挖洞口设计边仰坡土石方。(4)边仰坡防护：边仰坡地质环境不稳定时，应在开挖前对洞口加固，如对地表注浆，安装锚杆等。(5)施作洞门：传统的隧道洞口段施工，要求在洞口先形成仰坡确保洞口稳定再进行施工。这样的施工方法会造成山体的失稳，破坏洞口的生态环境。

二、零进洞

零进洞是在“早进洞、晚出洞”的施工基础上采用先进的支护措施和正确的开挖方法，使隧道在最小刷坡下安全进洞，这要求结合洞口的地质条件，采取必要的加固措施，尽量少或不开挖边坡，形成自然洞口，避免施工对洞口自然环境的破坏。零进洞施工需要注意如下几点：(1)施工中尽量减少对原地表植被的破坏，保护土体稳定；(2)大幅度减少开挖，特别应避免山体清方大开挖；(3)采取由下而上的施工方法，先支护、后开挖，以减少高边坡滑坡；(4)隧道洞口地质条件不良时应先治理，防止滑坡、沉降、泥石流等灾害，然后再进洞。

三、实例分析

(一)工程概况。某隧道全长8140m，为双线铁路隧道。隧道工程地质复杂、隧道进口位于梯田上，洞口里程为DK172+320，洞口埋深为2.5m，DK172+320—+620段300m为Ⅴ级围岩。

(二)隧道进洞施工方案。综合隧道洞口地质、地貌、岩体情况等因素，以坡体稳定为施工原则，根据施工现场实际情况，选用暗进的零进洞法。

1.暗进起点选择。根据现场施工情况，经设计代表、施工单位现场反复论证选择桩号DK172+320为隧道进洞暗进起点。

(三)隧道进洞施工技术

1.施作洞口段排水系统。《铁路隧道设计规范》要求黄土隧道应在边、仰坡线10m外，结合现场地形地貌开挖天沟，天沟要求为梯式，以减少雨水冲刷。

2.套拱施工。在DK172+320处采用人工开挖边槽，边槽尺寸要满足套拱施工，导向墙拱脚应采用放大基础，确保支撑稳定。

3.超前管棚施工。为保证进洞施工时洞口安全，应先对洞口加固后再进行洞口施工。

(1)加筋与堵孔注浆。将按设计要求加工的钢筋伸人管棚内，封堵钢管与孔壁的间隙。孔口用厚3.5mm钢板焊接和小导管来封堵管与孔壁间隙。利用注浆工具将配合比为1:1.2的水泥砂浆注进孔口进行封堵，要求注入的水泥砂浆长度不小于1.2m，以确保封堵质量。

(2)高压注浆。利用注浆泵将配合比为1:1.2的水泥砂浆压人孔内，利用钢管上通过钢管上预留的三浆孔来对地层进行加固。灌浆时应注意，当排气管底部孔出纯泥浆时，应迅速用螺母封住排气口。注浆压力为0.5-2.5mpa，设计要求维持注浆稳压4-8min。

(3)钻孔顺序。钻孔注浆应按照先两侧拱脚再拱顶，先单序孔，后双序孔。总体为左右对称同步钻孔注浆。

(四)进洞开挖。管棚施工完成后，按三台阶七步(图1)作业法组织隧道暗洞开挖施工。

图1 三台阶七步法施工示意图

四、结语

我国黄土地区集中了大量的公路隧道和铁路隧道，本文结合黄土的物理力学性质和隧道工程的工程特性，针对湿陷性黄土隧道进洞施工提出了“零进洞”施工方案，减少了隧道施工对洞口自然环境的破坏、保护了隧道洞口附近的原生植被，在保证洞口稳定的情况下节约了建设成本。为特殊地形地貌的隧道进洞施工积累了经验，具有一定的借鉴价值。