黄土隧道开挖施工工艺

黄土隧道开挖施工工艺
摘要：黄土隧道是我国西北地区较为普遍的土质隧道,土质多为湿陷性软弱土穴新黄土雪,土质软塑、脆弱,施工方法不同于石质隧道施工。

本文对几种常用的黄土隧道开挖方法及特点以及相关防排水优化作以总结。

关键词：黄土隧道台阶法新奥法施工工艺
黄土隧道是我国西北地区较为普遍的土质隧道,土质多为湿陷性软弱土穴新黄土雪,土质软塑、脆弱,施工方法不同于石质隧道施工, 是难以修建且建成后病害较多的一类隧道。

如不采取较为安全、可靠的施工方法,极易出现塌方、掉拱等事故,影响施工工期和造成一定的经济损失。

本文对几种常用的黄土隧道开挖方法及特点以及相关防排水优化及动态量测要点做以总结：
一、台阶法
根据不同性状黄土及泥岩的力学特性及稳定性状况，为适应地质条件差、断面大以及对初期支护施工的不利影响，减少隧道及地表的下沉量，隧道开挖均选用台阶分部开挖法与侧壁导坑法相结合的方式，并辅以超前小导管、大管棚超前支护及锁脚锚管等措施，按照“管超前、短进尺、少扰动、强支撑、紧封闭、勤量测”的原则，各道工序紧密衔接，环环紧扣，随挖随支，保证隧道初期支护的结构稳定与施工安全。

1.双侧壁导坑先拱后墙正台阶法
对含水量不高的自稳性相对较好的黄土段可采用该法进行施工，泥岩较少的隧道在泥岩段也可参照此方法进行施工。

1)施工工序如下：
在完成洞口长管棚或洞内小导管施工开挖上台阶小导坑
开挖拱顶架立支撑拱架，打设锁脚锚管，架立衬砌拱架，完成拱部初次衬砌开挖中槽开挖先行马口架设先行侧墙及部分仰拱拱架，设置锁脚锚管，安设纵横向排水管，浇筑侧墙及部分仰拱混凝土开挖后行马口架设后行侧墙及部分仰拱拱架，设置锁脚锚管，安设纵横向排水管，浇筑侧墙及部分仰拱混凝土封闭仰拱拱架，施作中心水沟及横向排水管，封闭初期支护仰拱混凝土。

2)施工优缺点：
该施工方法最大的优点为上下台阶及后续防水层、二次衬砌能实现平行作业，生产均衡，施工进度较快，施工安全性好，缺点为隧道初期支护沉降相对较大，该方法不能用于软弱黄土地质情况的隧道。

2.双侧壁导坑先墙后拱反台阶法
对于软弱的饱和黄土及风化软弱的泥岩段可采用此方法进行施工。

1)施工工序如下：
安设拱部超前管棚开挖双侧壁导坑架立侧墙及仰拱钢架，安设锁脚锚管及纵横向排水管架立导坑临时拱架，喷混凝土
封闭浇筑侧墙初次衬砌及仰拱混凝土上台阶开挖;安设拱部钢拱支撑浇筑拱部混凝土中台阶开挖下台阶开挖封闭仰拱拱架，施作中心水沟，安设纵横向排水管封闭初期支护仰拱混凝土拆除侧壁临时支撑。

2)施工优缺点：
该施工方法主要针对极不稳定土体所进行设计，优点为控制变形效果好，缺点为各工序间相互干扰大、施工速度慢、工程造价高，在软弱地基处基底加固可采用先期施作水平旋喷桩、后期加设放射状树根桩补强地基及换填水稳定砂砾、铺设土工格室等形式进行处理。

如导坑变形过大，需架设临时仰拱进行支撑。

二、新奥法施工
在胶结较好的老黄土及未风化的红色泥岩段，围岩有相对较好的自承能力，可采用新奥法进行施工。

对双车道隧道断面，可采用单侧壁导坑法(CD法)进行施工，对紧急停车带三车道大断面坦拱隧道，可采用双侧壁导坑法进行施工。

1.单侧壁导坑法:
1）施工工序如下：
先行导坑上部超前支护安设、开挖先行导坑上部洞壁及中壁安设钢拱架，锚喷支护先行导坑下部开挖先行导坑下部洞壁、中壁及仰拱底部安设钢拱架，设置纵横向排水管及中心水沟，锚喷支护后行导坑上部超前支护安设、开挖后行导坑上部洞壁安设钢拱架，锚喷支护后行导坑下部开挖后行导坑下部洞壁及仰拱底
部安设钢拱架，设置纵横向排水管，锚喷支护拆除中壁临时支护。

2）该施工方法施工安全性好，能有效控制围岩及支护的变形，施工进度较快，缺点为临时支护费用较高。

如导坑量测变形过大，需在上台阶底部架设临时仰拱进行支撑。

2.双侧壁导坑法:
1）施工工序如下：
先行上导坑开挖先行导坑洞壁、临时壁墙钢拱架安设、锚喷支护先行下导坑开挖先行下导坑洞壁、临时壁墙、仰拱底部钢拱架安设、纵横向排水管安设、锚喷支护后行上导坑开挖后行上导坑洞壁、临时壁墙钢拱架安设、锚喷支护后行下导坑开挖;
后行下导坑洞壁、临时壁墙、仰拱底部钢拱架安设，纵横排水管安设，锚喷支护中央部拱顶超前支护安设、开挖中央部拱顶钢架安设，锚喷支护中央部中部开挖中央部下部开挖仰拱下部钢拱架封闭，中心水沟及横向排水管安设，浇筑拱架间混凝土拆除导坑临时支护。

2）该施工方法最大特点为安全性好，能有效控制支护及围岩变形。

缺点为施工工序较多，工序间干扰较大，施工进度较慢，工程临时支护费用较高。

在完成初期支护后，应加强初期支护变形量测，并针对软弱围岩地质条件下变形发展快、变形量大的特点，立即施作仰拱及填充层，铺设防排水板，浇筑模筑混凝土二次衬砌。

三、开挖过程中的防排水优化
黄土隧道防排水设计遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合，
因地制宜，综合治理”的原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。

对地表水、地下水及运营废水均采用独立的系统进行处理，使洞内外形成一个完整的排水系统。

施工时要切实处理好排水构造物的衔接，确保隧道安全,加大防排水力度，为减少防排水设施的施工与衬砌间存在相互干扰的问题，需对依托工程防排水设计进行优化。

主要有:
1.墙脚纵向排水系统方面，以往设计均布设于墙脚外侧，在马口施工中由于空间狭窄并向外扩挖，受支撑拱架阻挡，施工不便且安全性差，实施难度大。

由于墙脚与仰拱的连接由平接改为小半径曲线连接，使隧道结构的受力条件得到了很好的改善，隧道墙脚处的纵向排水管及袋装砂砾可置于初期支护(或混凝土衬砌)底部，施工将更加方便。

2.防排水布设:以往设计在二次衬砌拱圈及侧墙外侧布设防水层，防水层阻隔的渗水不能通过管道很快排入中心水沟，只能沿仰拱底部逐渐渗流至中心水沟，造成仰拱下土体软化及湿陷而引起隧道发生变形。

优化后防水层将沿二次衬砌外侧全断面铺设封闭成环，杜绝以往由于施工排水不畅而引起的路面跑水及路面破坏现象。

且防水层施作方便，与二次衬砌施工干扰少。

四、围岩变形监控量测
为了掌握施工中围岩稳定程度与初期支护受力、变形的力学动态及信息，以判断设计、施工的安全与经济性，围绕量测资料反馈信息，开展对施工进行动态管理，必须将现场监控量测列入施工组织计划，
并由专人负责实施与资料管理，进行回归分析，以达到合理安排施工程序，确保施工安全，及时调整设计支护参数，进行日常施工管理和积累资料的目的。

1.量测布置
对黄土隧道，由于围岩软弱，稳定性差，变形产生及发展速度快，如不能及时发现并采取措施，将导致隧道结构出现严重损害，并严重影响到施工人员的生命财产安全。

因此，黄土隧道应在《公路隧道施工技术规范》对量测要求的基础上，加大量测频率，增加量测部位及量测项目。

2.量测数据处理与施工参数、施工方法调整
地下工程测试数据通常是随时间、空间变化的，通过整理数据绘制时态曲线，并根据与后期工序之间距离的关系，判断初期支护随时间变化的变形规律，从而确定初期支护的稳定状态及是否需进行加固处理，后期支护参数是否需要调整，并为隧道二次衬砌最佳施作时间提供依据。

五、黄土隧道开挖施工要点
1.整个施工过程中要贯穿一个思想:快速和干燥。

即:循环快,进尺快;干燥就是要保证隧道内部无水状态下施工。

湿陷性黄土最大的优点是:在干燥的状态下,粘滞性好,整体稳定性好,不容易掉块,不易在短时间内产生坍塌。

2.在上台阶开挖时保证预留核心土弧形开挖,机械为主,人工为辅。

3.在下台阶开挖过程中,单洞左右边墙一定要错开开挖。

4.不同类围岩交接处,严格控制水，开挖后立即进行支护,切宁强勿弱。

5.左右洞错开开挖,其各自开挖断面相距应不小于30 m。

综上所述,黄土隧道,特别是小径距的土质隧道,虽然有不用爆破的有利条件,但也存在着围岩自稳能力严重不足且抵抗施工破坏能力弱的缺点,因此必须针对这些特点,施工前制定可靠、可行的施工组织计划,切实做好开挖方案的选择及工序的严格执行,目的就是要充分利用围岩有限的自稳能力,尽量减少破坏干扰,开挖后及时紧跟支护体系,形成岩体与支护结构尽快整体受力的效果。

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