浅谈兰青增建二线铁路小峡隧道黄土围岩施工技术

浅谈兰青增建二线铁路小峡隧道黄土围岩施工技术

【摘要】本文主要以兰青增建二线小峡隧道为例，主要针对隧道黄土围岩施工进行分析，从施工的过程进行论述，提出了在黄土隧道施工的一些方法，通过在施工中的反复实践，并解决了黄土隧道围岩软弱易坍塌及防排水困难的问题，可供同行参考。

【关键词】：浅谈湿陷性黄土隧道施工技术

1 工程概况

小峡隧道位于青海省西宁市湟水河小峡段马营村北侧。隧道洞身通过湟水河峡谷左侧的中、低山区，峡谷内河床狭窄，山势陡峻，地形起伏较大，冲沟发育，地面高程2180m～2300m，相对高差50~100m,自然坡度10%%D~50%%D。隧道洞身有数条冲沟，宽约5~10m，埋深较浅和露空的有四处。隧道为单线隧道，起讫里程DyK159+425~DyK163+417，总长3992m，进口1365.53m位于R-2800m的曲线上，出口192.06m位于R-3500m的曲线上，其余位于直线上。隧道围岩复杂多变，主要以III级、IV级、V级围为主，其中Ⅴ级围岩占隧道总长的34%，围岩主要第四系上更新统风积砂质黄土，具Ⅲ级自重湿陷性，黄土中夹有圆砾土和卵石土；III级、IV级围岩主要有侏罗系中、下统泥岩夹砂岩、页岩，加里东期闪长岩和震旦系下统片岩。

2 施工方法

2.1 隧道进口端黄土围岩开挖施工

隧道进口端洞口主要以黄土为主，施工采用挖掘机开挖，装载机装渣，自卸汽车运输。明洞主要是以拱墙采用整体模板台车整体浇筑，钢筋在钢筋加工场弯制，就位绑扎。混凝土浇筑采用泵送混凝土，捣固采用附着式振动器和插入式振动器联合振动。边坡防护与明洞开挖同步，明洞衬砌后及时回填，洞顶采用土工格式植草护面。洞口施工避开雨季，成洞面及时防护。进行连续观测，掌握围岩变形特性和其他力学性质，指导洞口施工。

2.2 洞身黄土围岩开挖

采用台阶分部开挖方法，人工、施工机械组合：拱部环形及核心土人工风镐开挖，下部采用人工挖掘机掘进，20T自卸汽车。洞身施工工序图见图1。

2.3 初期支护及超前支护施工

图1 洞身施工工序图

注：1)隧道施工采用台阶分部开挖法；

2)其具体施工工序如下：a．上半部开挖’b．拱部进行锚喷支护．C．中心核部开挖：d．下部开挖；e．边墙锚喷支护；f．浇筑仰拱；g．模筑二次衬砌；

3)该开挖法的台阶长度一般为1．5倍～2倍的洞跨，在施工中根据围岩稳定情况，适当调整台阶长度、台阶个数，同时根据初期支护施作情况，采用长短马口结合，错开施工。马口长度Ⅳ级不宜大于3m，V级不宜大于2m；

4)黄土隧道施工中坚持“短进尺、少扰动、勤量测、早封闭”的原则，合理确定施工开挖步骤和循环进尺，仰拱和二衬紧跟；

5)强施工过程中的量测工作，以利设计和施工密切配合，及时发现施工中出现的问题。

2.3.1 洞口长管棚

洞口浅埋段采用大管棚超前支护。管棚采用外径108mm，壁厚6 mm热轧无缝钢管制作，长度20 m，环向间距40 cm，注浆采用水泥一水玻璃浆液，定位和导向采用18工字钢混凝土套拱。配备XY-28—300电动钻机钻进并顶进长管棚钢管。管棚施工先打有孔钢管，注浆后再打无孔钢管，无孔钢管可以作为检查管，检查注浆质量。钻机立轴方向准确控制，每钻完一孔顶进一根钢管。每榀钢架安装时，认真定位，不偏、不斜，轮廓要符合设计要求。安装时使段与段之间的连接板结合紧密，不留有缝隙。为保证钢架整体受力，钢架之间设置纵向连接钢筋。

2.3.2 超前注浆小导管

设置在V级围岩地段，采用ø42×4 mm热轧无缝钢管制作钢花管注浆加固。在钢管管壁四周钻ø8压浆孔，尾部1．2m不设压浆孔。钢管环向间距50cm，纵向间距70 cm，外插角150，每排小导管纵向至少需搭接1.0m。注浆压力0．5 Mpa～1．Mpa。每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架。初期支护完成后，再打另一排钢管。小导管逐根施工，即一根钻孔、安装钢管、压浆、封孔后再进行下一根施工。直接进洞地段以及局部强富水地段采用超前双层小导管注浆加固。

2.3.3 超前锚杆

施工顺序：开挖面处理→初喷混凝土→打设径向锚杆→架设钢架→复喷混凝土至设计→检查验收。锚杆施工采用风钻钻眼，其眼口圆而顺直且孔口岩面平整，并使岩面与钻孔方向垂直，不垂直时可用垫板调整，使托板密贴岩面。

2.3.4 湿陷性黄土地基处理

洞门及明洞段湿陷性黄土地基采用掺8％石灰换填100cm厚进行处理；暗洞段湿陷性黄土地基采用钢花管和PVC花管注浆加固。通过黄土段的隧道基础，边墙部分采用Ø42钢花管注浆，间距为80cm×100cm；中间部分采用Ø50PVC管注浆，间距为100cm×100cm。仰拱部分开挖后，进行仰拱初期支护施工，并预留注浆孔，待初期支护强度达到设计强度的70％后，进行花管注浆。

2.3.5 湿喷混凝土。

喷射混凝土采用湿喷法，其作业标准和要求如下：a．喷射混凝土使用的各种原材料经检验合格后方能使用。配合比由工地试验室经试验选定。B．隧道开挖后立即对岩面施喷混凝土，防止岩体发生松弛。C．在喷射混凝土达到初凝后方能喷射下一层。喷射混凝土要分层喷射，首次喷射厚度不小于50 mm。喷嘴与受喷面保持垂直，同时与受喷面距离以0．6 m～1．0m为宜。D．喷射厚度检测采用在隧道全长内每隔10 m-20m取一处试件，从拱中心向两侧边墙每2m取样试验。E．新喷混凝土应按规定洒水养护。

2.4防排水设施施工

2.4.1排水

隧道两端洞口段地表水采用以截为主，排、堵、截相结合的原则。隧道明洞外沿铺设BAC防水卷材，并用砂浆抹面，施工缝处设置10mm厚的橡胶止水带，两侧拱脚横向引水管设置间距为10m。暗洞两侧边墙角处ølO0mm纵向软式透水管通过三通和环向排水管和ø100横向HDPE引水管相接，把围岩渗漏水引排至隧道中心排水管。车行、人行横通道内均设置环向排水管，其截留的水通过三通汇人纵向排水管，最终将水导入主洞纵向排水管，汇入主洞排水系统一并排出。

2.4.2防水。

防水板超前二次衬砌9m～20m施工，铺设采用防水板铺设台车进行。防水层采用BAC防水卷材。采用无钉热合吊挂法铺设。将防水卷材采用简易台车吊装在待铺设部位，由拱部向两侧及边墙的顺序采用电压热焊粘结的办法与固定无纺布塑料垫片逐点紧密连接牢固。拼幅接缝为双焊缝热合法焊接，接缝搭接长度不小于10cm，焊缝宽度不小于2cm，中间留出空腔以便充气检查。隧道主洞防排水立面图见图2。

2.5二次衬砌施工

隧道二衬在围岩及初期支护变形基本稳定后进行施工。本隧道二衬采用全断面模板台车整体浇筑工艺施工。模板台车每循环长度9m，混凝土采用混凝土输送泵入模，插入式捣固器配合附着式捣动器捣固。

仰拱开挖采用跳跃式开挖，每次开挖3m。开挖采用挖掘机开挖，遇到少量岩石采用风钻打眼、松动爆破开挖，仰拱开挖距掌子面不大于60m。仰供及回填混凝土均在洞口拌合站拌和，混凝土罐车运到现场，混凝土输送泵泵送人模，插入式振捣器捣固。仰拱填充在仰拱施工完成后进行，禁止仰拱与填充混合施工。为保证仰拱施工开挖掘进不受影响，仰拱开挖采用工字钢栈桥跨过。

3 黄土隧道施工注意的事项

3.1要做好洞口、洞门及洞顶的排水系统，妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

3.2加强施工中的变形观测，及时反馈信息，以有效地指导施工，确保施工安全。

3.3施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭，加设锚杆，架立钢支撑等加强支护。

3.4坚持仰拱超前施工，及早封闭成环，有效地控制变形。

3.5严格控制超欠挖，尽可能使开挖断面圆顺，以避免局部应力集中。

3.6黄土隧道做好防、排水工作是施工成败的关键。因地制宜的采取“以排为主，防、排、堵、截相结合”的综合治理原则，达到排水畅通，防水可靠，不留隐患的目的。

4 对黄土隧道施工几点体会

4.1黄土隧道施工必须遵循“短进尺、少扰动、勤量测、早封闭”的原则。

4.2根据埋深与地质情况和变化，要及时调整施工方案。

4.3黄土隧道施工风险高，施工方案的调整必须以安全施工为前提。

4.4由于黄土隧道围岩直立性好、自承能力好，施工中可充分发挥围岩自身的承载能力，体现隧道“新奥法”施工的精髓。

5 结语

本文主要通过对黄土隧道的施工，证明了黄土隧道采用新的方法施工是可行的。施工中处理好湿陷性黄土地基、加强变形监测、控制好初期支护和防排水、充分调动和发挥围岩的自承作用，可确保黄土隧道施工的安全质量可控。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看