复杂地质长大黄土隧道施工技术研究.docVIP

复杂地质长大黄土隧道施工技术研究 刘伟：中铁三局集团有限公司桥隧工程分公司，工程师，河北 邯郸，056003 摘　要:以西平铁路1标黄土隧道施工为例,探讨长大黄土隧道的施工技术。从洞口开挖及边仰坡临时防护、洞身开挖及初期支护、通风防尘及施工运输等几方面进行了论述复杂地质条件下黄土隧道的施工技术。 关键词: 黄土隧道 施工技术 安全 1　工程概况 西平铁路1标位于陕西省咸阳市境内,黄土隧道大小共3座, 其中丁家山隧道长5774米,为西平铁路1标最长的黄土隧道,隧道在洞身中部设斜井一座。丁家山隧道地貌上属于黄土残塬区，主要地层为第四系全新统冲积黏质黄土、上更新统风积黏质黄土、中更新统风积黏质黄土。黏质黄土以黏粒为主，多孔隙，直立性强，上部具有湿陷性。柱状节理发育,易坍塌、掉块,成洞性差。 2　具体施工技术 2. 1　洞口开挖及边仰坡临时防护 黄土隧道施工首先要考虑确保进洞施工的安全,因此,洞口开挖边仰坡坡度的选择、临时防护及超前支护参数的选定相当重要。以丁家山隧道出口为例,丁家山隧道出口位于一突出黄土梁咀上。洞口里程为DK55＋679，洞口仰坡坡率为1：1，采用分级开挖，每级边坡高8米。经现场核实地形情况，洞门挖方作业场地狭小，且高陡，洞口段隧道线路左侧覆盖土体较薄，局部有松散堆积土，且存在偏压，影响洞门及洞口段隧道结构安全。依据实际地形条件，洞口里程变更为DK55＋657，即洞口里程向小里程方向移22m，洞口仰坡高，仰坡坡率变更为1：1.25，采用分级开挖，每级边坡高8米，边仰坡采用骨架护坡防护。 2. 2　超前支护 超前支护参数根据黄土类别的不同进行选定,洞口土质为松散的新黄土,采用超前大管棚进行支护,洞身地段超前支护采用φ42超前小导管，而且注浆固结效果好,其参数:水泥浆水灰比1∶1,最大注浆压力均为1.0MPa , 试验发现新黄土中浆液扩散半径大于50cm,老黄土中仅为2cm。超前大管棚施工时,其联结部位必须确保有足够强度及刚度,施工中优先考虑丝扣连接,也可以套管焊接,不允许两钢管直接对焊使用。 2. 3　洞身开挖 丁家山隧道原设计为单一黄土隧道,施工中出现了灰岩地层,并存在大量的土石分界地层。考虑到黄土隧道的特殊性，结合现场施工实际情况，从黄土隧道过度至石质隧道围岩共出现四种情况：纯黄土断面；土石分界断面；灰岩断面（拱顶灰岩厚度小于10米）；灰岩断面(拱顶灰岩厚度大于10米)。根据以上四种情况开挖方法对应四种方法：上下台阶预留核心土法；土石分界施工法；台阶爆破法；全断面爆破法。 2.3.1纯黄土断面 由于黄土隧道属于软质围岩,多为Ⅳ、Ⅴ级围岩,最忌扰动,尤其围岩柱状节理发育时,极易坍塌、掉块,成洞性差,故严禁爆破开挖,施工中一般采取短台阶法、弧形导坑预留核心土的方式进行,核心土的留设可对掌子面土体处于三向应力状态,从而对掌子面土体起加固作用,如图所示,以丁家山隧道为例,开挖中先以挖掘机挖除核心土周边的土体,然后人工修整轮廓线周边20～30cm土体,以避免出现大的超欠挖,当局部夹含少量钙质结构、土质较为坚硬时,以风镐辅助作业。 2.3.2土石分界施工法 土石分界施工法主要适用于隧道断面上部为黄土，下部为灰岩地段。 上部采用人工配合挖掘机的方法开挖。下部施工时采用弱爆破的方法,下部左右两侧分开爆破，最大程度减小爆破震动。上台阶控制在5m左右。下部左右两侧分开爆破的间距控制在2榀拱架间距以内。为保证拱顶不易产生失稳、坍塌现象，爆破时严格控制好炮眼的深度、数目以及装药量等。 2.3.3台阶爆破法 台阶爆破法适用于拱部覆盖层小于10米的全断面灰岩地段。 因受强风化灰岩地层影响，拱部灰岩覆盖层稳定性较差,采用台阶法爆破。开挖时先爆破上台阶，之后再爆破下台阶。上下台阶错开5m左右。为控制隧道断面爆破掏槽时产生的垂直震动速度，选择先引爆掏槽眼，再进行上半断面爆破的方法。下部施工时采用弱爆破的方法，左右两侧分开爆破。 2.3.4全断面爆破法 全断面爆破法适用于拱顶覆盖层大于10米的灰岩地段。 全断面爆破法是整个断面按设计爆破参数同时爆破的方法。爆破完成后为消除围岩应力集中和掉块现象，及时初喷。严格按照设计参数安装药包锚杆。不需要安装超前支护和初支钢架。 2. 4　初期支护 黄土隧道拱部土体自稳性差,易坍塌及掉块,故支护必须紧跟。根据“短进尺、强支护、勤量测、早成环”的施工原则,每循环开挖后应立即施作锚喷挂网联合支护,认真进行初喷作业,初喷厚度为4cm,特别对于黄土隧道施工而言，初喷混凝土能迅速封闭岩面,减少围岩暴露时间,又能增强拱圈的自承能力。喷射混凝土时,分多次复喷至设计厚度,这样可以保证喷射混凝土的施工质量,又能减少回弹,节约施工成本。 施工中在拱架底部增设混凝土垫块塞实,以避免拱架及初期支护不必要