高速公路黄土隧道施工技术及控制要点探讨

卫 石 磊

(山西省公路工程监理技术咨询有限公司，山西 太原 030006)

众所周知，在干旱条件下形成的黄土结构比较松散，通常呈垂直节理发育状态，具有结构层次不明显、透水性强、沉陷性的特点。在这种地质条件环境下进行隧道项目的建设施工，对施工技术和组织实施就提出了更高的标准和要求，必须要有针对性地规划和设计好我国黄土区域的高速公路隧道建设施工的技术创新和工艺提升工作。

1 高速公路黄土隧道施工建设特征

黄土地区的地理环境及地质条件非常复杂而脆弱，给高速公路隧道建设施工带来了很大难度。从施工过程来看，黄土地区的高速公路隧道建设具有以下特征：一是隧道施工环境的复杂性。该特征与黄土自身结构松散、透水性强、容易沉陷的特点有较大关系，在建设施工中如果控制不当很容易引发局部地质塌陷，会严重影响到工程建设安全；二是施工工序的紧密性。在黄土隧道建设中，隧道的开挖、支护和排水施工均应采取连续作业形式开展，确保施工工序的紧密性和连续性，最大程度降低施工风险；三是施工方案的差异性。黄土区域地质结构条件较为复杂，在考虑地质环境差异性的同时，更应科学设计更符合本地条件的隧道建设施工方案，确保项目建设施工的安全和质量[1]。在隧道的建设施工过程中，不仅要坚持重地质、管超前、少扰动、强支护的基本原则，还要严格遵循勤量测、修设计、严治水、紧封闭的管理规范，确保高速公路黄土隧道建设项目的安全运行[2]。

2 高速公路黄土隧道施工技术要点

2.1 前期开挖施工

鉴于黄土地质自身的特殊性，建设施工前应提前做好开挖施工技术方案的选定工作。其中，短台阶法是黄土隧道开挖施工的常用方法，该方法能有效促使支护闭合的时间加快，达到增加围岩的稳定性，能够满足黄土隧道开挖施工的条件，但也需要注意台阶的缩短会导致下台阶施工受到干扰。

具体来说，短台阶施工法是在完成项目勘察后，按照上下台阶及仰拱同步开挖的方式进行，根据上台阶出渣、断面检查、清理虚渣、上台阶支护、下台阶和仰拱断面检查及虚渣清理、下台阶和仰拱同步支护及喷浆的施工流程开展。在建设施工中应注意以下几个事项：一是采用短台阶法扩挖下半截面时，容易出现开挖面控制不精准，超挖、欠挖的问题；二是在开挖施工中应做好土层含水量的控制，一方面应通过击实曲线的应用确定达到某一压实标准干容重相应的含水量范围；另一方面，应通过支护与排水措施的应用确保开挖隧道的结构稳定，避免湿陷问题的发生；三是在短台阶法建设施工中，当围岩的等级为Ⅳ级时，则单次开挖进尺应保持在2 m以内。

2.2 隧道支护施工

做好开挖支护的前期工作能更加保证隧道施工的稳定性和安全性。其中，进洞支护和掘进过程支护是黄土隧道支护的两个重要环节，需要引起高度重视。

2.2.1 进洞支护

黄土隧道进洞支护中需要在洞顶位置开挖排水沟工作，以水流走向和水流量作为建设施工的支持条件，稳妥解决地表水聚集和下渗问题。一是当山体存在冲沟、陷穴等问题时，应该采取适当配比灰土、石灰或水泥改良土予以填充塌陷处，利用机械进行逐层逐面的基础夯实，避免开挖施工中出现渗水及湿陷等问题；二是做好坡面的防护措施，在完成仰坡开挖后要用锚喷方式进行加固处理，有效保证仰坡的稳定性。在仰坡喷锚施工中，应注意以下技术要点[3](见表1)，还要做好明挖段作业的支护管理工作，在开挖前要将施工作业范围开挖并平整，并对其进行支护加固，确保下一阶段建设施工的安全。

表1 隧道仰坡喷锚施工技术指标

2.2.2 掘进过程支护

掘进过程支护的建设施工要点包括：1)Ⅴ级围岩段上台阶作业中，针对洞口浅埋地点的支护，应通过超前管棚支护的方式进行处理。在钢拱架支护中，应加强对钢拱架密度的管理，每个环节上的循环开挖进尺都要严格达到0.5 m，在经过浅埋段后，按照循环的方式进行隧道的开挖施工；2)掘进支护作业中，喷锚支护一般采用湿喷工艺，喷锚材料配置工作中，应提前做好水泥及其他材料的选定和配比。喷锚施工中为确保材料使用的连续性和稳定性，应选择使用速凝剂，在喷锚支护中如果出现失稳状况应立刻使用喷射混凝土封闭的方法进行处理；3)在黄土隧道掘进中应做好初期的支护工作，上台阶开挖施工如果遇到坍塌应选择钢拱架支撑，设置纵向的连接托梁以此减少榀架的承受压力，切实保障拱脚的稳定性和牢固性。

2.3 隧道防、排水施工

黄土隧道建设施工过程中应切实做好隧道内部的防水和排水工作。隧道防水工作中要切实保证防水卷材的质量，充分利用台车做好防水板的铺设工作。在防水卷材铺设中应将台车停放在待铺设位置，通过电压热焊黏结方式从顶部向两侧及边墙进行敷设，在拼幅接缝中应注重热合法的有效应用[4]。在基础的排水施工过程中，需要按照防、排、堵、截相结合的方式进行地表水的系统处理，在暗洞墙角处应注意安装纵向水管，在三通设备作用下将横向水管与引水管连接并稳固，随时能将隧道内的漏水及时排出，具体在拱脚处横向水管上要保持在10 m左右的距离，着力提高隧道排水施工的工程效率[5]。

3 高速公路黄土隧道施工控制重点

3.1 深化施工技术的研究分析

黄土隧道工程项目建设受环境影响比较大，在项目建设初期应做好区域地质环境状况的勘查和分析工作，科学选定具体的隧道施工技术。一是施工人员应提前勘查研判，提前准确掌握施工区域黄土地质缺陷的分布范围和地质状况；二是鉴于黄土隧道施工区域本身具有的围岩整体性差、裂缝较多、土体强度低等特点，要求在开挖过程中更要注重快速高效的推进开挖工作进展和施工效率，切实保障施工时间进展。

3.2 加强隧道开挖施工的质量管控

黄土隧道开挖施工具有较大难度，这是因为黄土开挖不仅受渗水影响，地质层也具有一定的扰动因素，对隧道结构的稳定性造成不利影响，容易引起隧道陷落等施工问题。在开挖施工中不仅要考虑隧道出口试验段开挖的技术工艺，还要注意隧道开挖中变形问题的科学分析和及时处理[6]。以短台阶法为例，在开挖质量管理中应注意以下技术要点的控制：

1)在隧道开挖前应做好安全评估及施工技术的前期准备工作，要求在评估过程中切实做好随带上方冲沟、陷穴、落水洞、地裂缝等问题的处理预案及应对措施。要严格按照设计要求和施工步骤有序推进，在浅埋、偏压路段可增加选测项目的量测，量测数据应及时做好回归分析。

2)在开挖中，应做好每循环进尺距离管理，在小净距隧道建设施工时，应确保左右洞掌子面距离大于3D，并做好未开挖侧保护土体的宽度控制工作。监控量测点应严格按照设计尺寸和范围进行布设，特殊地段应该做好加密处理，间距不大于5 m。一旦围岩变形较大，则可在上台阶加设临时仰拱完成支护，要求仰拱与掌子面距离保持在30 m以内。

3)项目施工中应建立及时、有效、完善的监控量测预警机制。当围岩变形速率大于10 mm/d或累计变形值大于10 cm时，必须按照既定的应急处置预案及时处理。

3.3 切实做好隧道内部的防水防漏工作

做好黄土区域隧道的防水防漏工作，对于提升隧道施工进程和整体工程质量具有非常重要的意义，黄土隧道防水施工的关键在于防水卷材的科学合理敷设。具体在敷设防水卷材时，顺边墙铺设、顺拱部环向铺设是两种主要的方式，在敷设过程中应确保防水卷材的黏结度和搭接度，其应分别保持在15 cm和10 cm以上，避免因卷材过松、过紧而导致渗水漏水的问题发生。

4 项目建设中特殊路段施工重点(进出洞口、浅埋段、冲沟、偏压)

4.1 进出洞口施工

1)尽量结合实际地形施工，避免对仰坡进行大开挖，特别是不能挖除洞口两翼的山体。

2)加强对洞口段地表沉降和拱顶下沉的监控量测，频率可适当增加。

3)当洞口前路基需要特殊处治时，如强夯，应先将路基段处理完毕，避免隧道先施工，路基处治时对隧道洞口土体的扰动而诱发坡体失稳。

4)洞门一般应尽早施作，明洞或洞门在进洞达15 m～20 m后施作，以保证洞口的安全。

4.2 偏压浅埋段施工

1)在隧道穿越偏压、浅埋段时，应采取卸载，反压回填，抗滑桩，砌筑工程或地表预加固等综合处治措施。

2)进洞时宜采用管棚进洞，当隧道洞口围岩差而导致进洞困难时，可根据实际情况妥善制定进洞方案。

3)对于进出口段、冲沟段等事故易发地段要采取加固措施，二衬及时施作。

4.3 地质不良段施工

1)湿陷性黄土隧道施工时需进行地基处理，消除黄土的湿陷性，提高地基的整体承载力。

2)对土质松散的围岩、含水量较大的围岩或严格控制地表沉降的地段应分部开挖、分部支护，严禁各台阶都进行开挖后再一起锚喷支护。

5 结语

针对高速公路黄土区域隧道建设施工进行严格规范的管理，能有效提升工程建设项目质量，具有非常重要的意义。新时期，随着我国黄土地区高速公路隧道项目建设数量的逐渐增多，建设施工者必须提前对施工区域开展系统的地质环境勘察，在施工环节中规范隧道开挖、支护、防排水的各项施工工艺，加强施工过程的建设质量管控，切实有效地提升高速公路黄土隧道建设施工质量，促进我国在黄土区域建设高速公路隧道工程的发展积累更多富有价值的经验。