铁路黄土隧道施工要点及注意事项

文章编号：1009-6825（2012）35-0200-02

铁路黄土隧道施工要点及注意事项

收稿日期：2012-09-26

作者简介：赵志国（1977-），男，工程师

赵志国

（中铁三局集团有限公司，山西太原030013）

摘要：通过对黄土的特性及对隧道施工的影响进行分析，从施工准备、洞口施工、开挖、初期支护、防排水、二次衬砌、附属洞室施工等方面对铁路黄土隧道施工要点进行了叙述，提出了施工中的注意事项。

关键词：铁路，黄土隧道，施工要点，注意事项

中图分类号：U455．4文献标识码：A

1黄土的特性

1．1概述

我国华北和西北地区黄土广泛分布，是世界上黄土分布最广、厚度最大、类型最复杂的一个地区。其面积大约60万km2，厚度一般为20m 30m，最厚可达200m左右，形成典型的黄土地貌。基于黄土普遍具有遇水后易崩解，并发生大量沉陷（湿陷）的特性，因此黄土地区隧道施工一直是困扰工程安全的一个重要课题。1．2黄土的特征及分类

黄土是一种在特定地理环境条件下第四纪以来沉积和成壤的地质体，在第四纪干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，基本色调是棕黄或者浅黄色；颗粒成分以粉粒为主，约占整个颗粒的60% 70%，不含大于0．25mm的颗粒，具有孔隙，孔隙度达40% 50%；同时黄土层理不明显，垂直节理发育，直立性强；一般黄土天然含水量小，遇水易剥落侵蚀，容易产生潜在的剥蚀而形成坍穴。

TBJ12-85铁路工程地质技术规范将黄土划分为黄土和黄土质土两大类。按形成时代和结合工程建设的特点，又将黄土分为老黄土和新黄土、非湿陷黄土和湿陷黄土等。

1．3黄土对于隧道施工的影响

1）老黄土地层中常具有各方向的构造节理，在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。如果这种地层位于隧道顶部，则易出现“坍顶”；如果位于侧壁，则易出现在侧掉土、坍塌。2）新黄土一般具有多孔性和垂直节理，有肉眼能看到的大孔隙，呈松散结构状态，密度较低，垂直节理面上因节理切割形成竖向的软弱层，软弱层之间粘聚力很小，在下部隧道开挖过程中面状体容易塌落形成临空面，受开挖扰动和支护缺陷的影响，在自身重力的作用下形成塌方。同时由于新黄土地区的围岩应力释放快，即变形速度快，具有突然性，属于脆性破坏，所以现场施工中变形监测和控制尤为重要。3）当隧道修建在黄土溶洞上方时，有基础下沉的危险。而由于黄土强度较低，浅埋隧道上部土体在隧道开挖过程中受到扰动而整体下沉。地表下沉造成围岩松动压力而变。4）在含地下水的黄土地层中修建隧道，由于黄土受水浸湿，呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如果支护措施满足不了变化的情况，极易造成坍塌。

2铁路黄土隧道施工要点

2．1施工准备

隧道施工前要对施工图和地质条件、地形地貌进行核对，并做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查，根据调查、核对情况做好施工方案及应对措施，并做好施工材料、机械、设备的准备工作。

2．2洞口施工

1）洞口工程施工前，应先清除悬石或土体、处理危石。采用人工或机械，严格按设计坡度自上而下开挖，应尽可能保护土体原状结构。边仰坡开挖与设计的坡面防护应紧密衔接，开挖后的坡面应达到稳定、平整的要求。施工期间实施不间断监测和防护。2）隧道进洞前应核对隧道洞口是否处于偏压、浅埋或者滑坡体范围内。如果存在较大偏压，应考虑减载和反压或支挡的措施，避免开挖后洞内初期支护受偏压影响而发生开裂和变形；如果洞口段存在浅埋，则应慎重考虑进洞的位置，可采取浅埋段明做，调整明暗交界的位置，暗洞进洞后根据现场条件及时延长明洞。3）为了保证进洞安全，黄土隧道进出口和明挖段交界处一般设有大管棚超前支护，大管棚长度根据土体的稳定性设计一般在18m 30m为宜。

2．3隧道开挖

1）开挖方法。黄土隧道开挖应根据隧道断面大小、围岩级别采用台阶法、三台阶弧形导坑法、双侧壁导坑法、CRD法等开挖方法。单线Ⅳ级围岩宜采用台阶法开挖；双线Ⅳ级围岩单线Ⅴ级围岩宜采用三台阶弧形导坑法开挖；双线Ⅴ级围岩宜采用交叉中隔壁法（CRD法）分部开挖；双线V级围岩洞口浅埋或偏压段宜采用双侧壁导坑法开挖。开挖方法除考虑围岩级别外，还应结合土层含水量、施工中变形监测结果综合考虑。

施工中围岩发生变化即施工开挖方法需要变化时，应做好工艺转变的严格控制，尤其做好掌子面的封闭施工工作。

2）开挖步距。小型机械作业宜选择上台阶长5m，下台阶长15m。开挖工作面距仰拱和填充的距离20m 30m。开挖循环进尺根据不同围岩级别采用0．5m 1．5m。Ⅴ级围岩地段及洞口浅埋段、斜井交叉口段上弧导每循环进尺限制为1榀钢架，边墙落底不得超过2榀，仰拱全幅开挖不得超过4m；Ⅳ级围岩地段每循环进尺限制为2榀钢架，边墙落底不得超过4榀，仰拱全幅开挖不得超过6m。

3）黄土隧道开挖，应严格人工配合机械开挖，杜绝使用大型机械设备一次开挖到位。由于黄土本身的抗扰动性较差，使用大型机械设备一次开挖至设计断面，大面积的扰动往往出现超挖、损坏钢架等。施工中应预留一定的开挖断面（一般为预留20cm 30cm），后期由人工进行修面开挖至标准断面。

4）黄土隧道开挖施工中，制定可行的开挖过程控制手段，减少机械设备对土体的扰动，开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理，不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全。减少上、下台阶施工的相互干扰，并及时封闭成环。杜绝和减少超

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·第38卷第35期

2012年12月

山西建筑

SHANXI ARCHITECTURE

Vol．38No．35

Dec．2012

挖，一旦出现一定程度的超挖，必须用喷射混凝土填平，杜绝用弃碴回填。

5）隧道核心土的留置至关重要，隧道洞身多位于老黄土内，掌子面的核心土留置可从一定意义上等同于隧道的初期支护，受老黄土塑性形变和蠕变特性的影响，核心土可有效约束掌子面（凌空面）和台阶底部的变形。施工中留置的宽度和长度至关重要，不能仅仅根据施工作业台架的大小来考虑核心土的大小。

6）仰拱开挖不得扰动、掏空边墙底脚基础；尽量单侧落底或双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空。7）当开挖工作面不能自稳时，应根据具体地质条件进行超前支护和预加固处理。

8）施工期间应做好量测、地质核对和描述，并根据实际情况修改开挖方法和参数。

2．4初期支护

1）黄土隧道施工要本着“宁强勿弱”的原则，必须严格按照设

计的初期支护参数进行施工，初期支护必须在隧道开挖后及时施作，及时封闭成环。

2）要坚持开挖后立即初喷的原则。黄土隧道在开挖后由于受地下裂隙渗水影响，极易坍塌或出现大面积掉块，开挖合格后对轮廓面及掌子面立即初喷C25级早强混凝土3cm 4cm 封闭围岩，充分发挥围岩的自稳能力，有效地解决掉块问题。

3）黄土隧道施工，宜先做仰拱，如不能先做仰拱，为防止边墙向内位移应在开挖与灌注仰拱之前在拱脚处加设横撑梁顶紧，以防墙体变形。仰拱施工前，必须将隧底虚碴、杂物、积水等清除干净，超挖采用同级混凝土回填，施作一次成型，严禁分幅施工。

4）黄土隧道锚杆宜采用早强砂浆锚杆，若拱部位围岩含砂率较高时，为防止喷射混凝土层塌落，可先铺设直径为8mm 的密钢筋网，紧贴开挖面，作为初喷混凝土固定支撑。5）施工中严格控制钢拱架成品和半成品的加工质量，控制好腰部钢架的连接、锁脚锚管（锚杆）的锚固和连接。施工中出现初期支护变形开裂甚至垮塌的部位多数发生在腰部的连接部位。

6）当洞身黄土含水量较大时，锚杆钻机施钻困难，施工中一般采用煤矿螺旋钻；锚杆宜采用药包式或早强砂浆式锚杆，各种锚杆必须设置垫板，钢架基脚或分布开挖基脚等处设置注浆锁脚锚管，

以控制基脚变形。2．5隧道防排水控制要点

1）隧道防排水按照“防、堵、截、排，因地制宜，综合治理”的原

则组织施工。

2）进洞前做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统，排水沟应进行铺砌，防止地表水下渗。3）地层含水量大时，上、下台阶开挖工作面附近应开挖横向水沟，并采用管、槽将水引至隧道中部纵向排水沟排水洞外，避免浸泡拱脚。必要时应配合井点降水等措施将地下水位降至隧道仰拱底部以下1．5m ，确保施工顺利进行。4）控制施工用水，初期支护喷混凝土和二次衬砌混凝土均应采用喷雾器喷雾养护取代洒水养护，避免混凝土泌水浸泡黄土隧

道基底。

5）衬砌背后的环向、纵向排水盲管的安装、预埋配合衬砌一次施工，其接头连接要密封牢固，确保盲沟、两侧水沟、中心排水沟排水通畅。施工中防止衬砌混凝土或压浆浆液侵入盲沟内堵塞水路。

2．6隧道二次衬砌

1）控制黄土隧道塌方的最有效措施就是二次衬砌及时跟进，在浅埋、偏压、沟谷地段，应尽量缩短开挖和二次衬砌之间的距离，

以减少暴露时间。2）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸，延伸长度宜为5m 10m 。偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m 。3）二次衬砌混凝土应连续灌注，振捣密实，防止收缩开裂，振捣时不应破坏防水层。

4）黄土隧道衬砌完成的地段，应继续观察和监测隧道的稳定状态，注意衬砌的变形、开裂、侵入净空等现象，并作出稳定性评价。

2．7附属洞室施工

隧道施工时，附属洞室位置处拱架应与其他部位相同，一次

安装并落到底部，喷射混凝土时可以预留洞口位置。小避车洞可以在二次衬砌施工到达时割除钢架做好防护和防水，与二次衬砌同时施作。其他所有洞室均应在二次衬砌完成后，单独另行开挖、支护和衬砌。附属洞室衬砌混凝土作业采用钢制整体式模板，与正洞衬砌同时施作，灌注成整体结构。附属洞室防水层，在洞外按洞室三维模型加工防水层，直接镶入洞室内与正洞防水板焊接成一体。施工中应注意衬砌施工缝不得设于附属洞室处。

3黄土隧道施工注意事项

1）黄土隧道施工应采用机械或人工开挖，不宜采用钻爆法施工。黄土隧道施工中要严格遵循“超前探、管超前、短进尺、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则组织施工，施工工序紧凑、初期支护紧跟开挖工作面，并及时施工二次衬砌。2）施工中如发现工作面有失稳现象，应及时喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支架等加强支护。3）施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如挖过大，应用混凝土或浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应立即采取相应措施进行加固。

4）施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，调整施工方案。

5）湿陷性黄土隧道基底，要本着保护后加固的原则进行处理，基底可采用树根桩、灰土挤密桩、注浆、换填等处理措施。6）必须按规定进行超前地质预报及监控量测，并将其纳入正常的施工工序，并指导现场施工。通过对超前地质预报及监控量测的结果分析，实现施工方案和安全施工。参考文献：［1］TZ 204-2008，铁路隧道工程施工技术指南［S ］．［2］TB 10304-2009，铁路隧道工程施工安全技术规程［S ］．［3］楚华栋．黄土地区铁路工程研究与实践［Z ］．中铁西北科学

研究院，

2005（3）：5-8．On construction points of railway loess tunnels and precautions

ZHAO Zhi-guo

（China Railway No．3Bureau Group Co．，Ltd ，Taiyuan 030013，China ）

Abstract ：The paper analyzes the features of loess and its influence on the tunnel construction ，and indicates the construction points for the rail-way loess tunnels from the construction preparation ，the construction at entrance ，the excavation ，the primary support ，the waterproof and drain-age ，and the construction at the auxiliary caves ，and points out the precautions during the construction．Key words ：railway ，loess tunnel ，construction point ，precautions

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102·第38卷第35期2012年12月

赵志国：铁路黄土隧道施工要点及注意事项