黄土隧道施工工法

中隔壁法开挖修建黄土大断面双线铁路隧道施工工法
中铁三局运输工程分公司机械工程段张华
修建大断面浅埋黄土铁路双线隧道，是隧道施工中的一项新的课题，也是隧道施工的一个难题，其难点是隧道开挖断面大，土质松散,整体性差，拱顶下沉量大，开挖后变形量大。

由中铁三局运输工程分公司机械工程段承建的石太客运专线Z9标段牛家滩2号隧道，全长500米，其中暗洞300米，穿越Ⅳ、Ⅴ级黄土，洞顶埋深浅，围岩软弱，变形不宣控制。

为确保施工安全和质量，施工中利用中隔壁法施工，使支护结构快速封闭成环，同时以监控量测数据信息为指导施工的重要手段，有效控制了地表沉降、拱顶下沉、净空收敛，使隧道已开挖段在处于稳定状态的前提下快速有效的开挖，取得良好的效果，经总结形成本工法。

一、工法特点
1、综合新奥法与矿山法的施工特点，实施分部开挖，分块成环，快速有效
地控制隧道变形，并使之处于稳定状态。

2、严格控制地表及隧道内部的变形，确保变形值在规定范围之内。

3、以超前注浆小导管、型钢及格栅钢架、钢筋网片、锚喷混凝土、中隔壁
以及临时仰拱辅助构件形成封闭支护结构，保证施工安全可靠。

4、施工过程中全程进行量测监控，并将监控信息进行总结分析，据此对开
挖及支护等方案进行调整，使施工全程处于受控状态。

5、在Ⅳ级黄土段使用格栅钢架进行支护，分四部进行开挖，Ⅴ级黄土段使
用型钢钢架进行支护，分六部开挖。

作业简便，不需使用特殊的施工机械，易于应用推广。

二、适用范围
本工法适用于围岩软弱，覆盖层薄，围岩稳定性差。

基底承载力低，需严格控制地表沉降和洞体变形的大跨度隧道和类似地下工程。

三、工艺原理
中隔壁施工法的工艺原理即在隧道断面中部设置中隔壁支撑及横向支撑，利用横向支撑及中隔壁支撑将断面分为多个小的部分，降低开挖跨度及开挖高度，开挖时掘进面由上至下，由左至右分部交叉开挖，以尽量减小对周围土体的扰动，通过使用超前小导管，挂网锚喷，型钢或格栅钢架、中隔壁、临时仰拱将各分部依次及时成环，环环相接，将整个断面的各分部开挖部分封闭成环（图示见附录Ⅰ），以控制主体变形，并使开挖完毕的洞体处于稳定状态。

与此同时，二衬紧跟，使隧道整体成型。

施工中对洞体变形进行不间断测量，通过分析再用来指导下步施工，并用来保障施工安全。

四、工艺流程
1、Ⅴ级黄土段开挖（见附录Ⅳ）
2、Ⅳ级黄土段开挖（见附录Ⅴ）
五、施工工艺
〈1〉超前小导管施作〈见附图Ⅲ〉
①隧道每开挖循环前，以隧道中轴线为基线，在两侧各75°扇形范围
内以R（Ⅳ级R=7.26m、Ⅴ级黄土R=7.36m）为半径施作注浆小导管，
纵向每2榀打入1环小导管,小导管采用ø42热轧钢管，每环环向每米
n〈Ⅳ级n=3、Ⅴ级n=4〉根。

②钻孔、插入小导管并注浆
钻孔采用2.2KW旋转煤电钻钻孔，孔径Φ=60mm，沿开挖轮廓线向
外倾斜，偏角10°～15°，每钻完一孔即插入导管并进行注浆。

注浆采用体积比1：0.5的水泥-水玻璃双液，水灰比1：1，注浆初始压力
0.5～1.0Mpa，终结压力为2Mpa。

〈2〉开挖与支护
①开挖顺序：1部先行开挖，随即依次开挖下列部分，Ⅳ级黄土为
5-3-7，Ⅴ级黄土为3-5-7-9-11，上部〈Ⅳ级黄土包括1、5两部分，Ⅴ级黄土包括1、3、5、7四部分〉采用人力及风镐开挖，架子车出土至下台，下部〈Ⅳ级黄土包括3、7两部、Ⅴ级黄土包括9、11两部分〉采用挖机开挖，自卸汽车运输清渣，开挖次序见附录Ⅱ，开挖进尺Ⅳ级黄土每次1.0m、Ⅴ级黄土每次0.75m。

②初期支护组成
A Ⅳ级黄土区段
初期支护由厚0.25m的C25喷射纤维混凝土，〈由Ⅰ～Ⅷ部组成〉，格栅钢架1榀/ m、20×20cm ø8单层钢筋网、法向Ф22砂浆锚杆组成，每2榀打入一环超前注浆小导管，环向3根/m。

B Ⅴ级黄土区段
初期支护由厚0.3m的C25喷射纤维混凝土，〈由Ⅰ～Ⅷ部组成〉，22aⅠ字钢型钢1榀/ 0.75m，20×20cm ø8单层钢筋网，法向Ф22砂浆锚杆。

相邻型钢钢架间设纵向连接筋，使用ø32×80×3.5的套管进行联结，环向间距1.0米。

③施工工序
A Ⅳ级黄土段施工
a 1部开挖循环1.0米/次，开挖后对N1、N2、N3部位喷射5cm厚C25
混凝土，挂N1、N2部位钢筋网，架设N1、N2、N3、N4部位格栅钢架，施工N1、N2部位法向锚杆，最后复喷N1、N2、N3部位混凝土至设计厚度。

b 1部开挖2～3米后，开挖5部，每开挖循环1.0米，开挖后对N5、
N6部位喷射5cm厚C25混凝土，挂N5、N6部位钢筋网，架设N5、N6、N7部位格栅钢架，施工N5、N6部位法向锚杆，最后复喷N5、N6部分混凝土至设计厚度。

c 5部施工开挖2～3米后，开挖3部,每开挖循环1.0米，初喷N8、
N9、N10部位5cm厚混凝土，挂N8部位钢筋网，架设N8、N9、N10部位钢格栅，施工N8部位法向锚杆，最后复喷N8、N9、N10部位混凝土至设计厚度。

d 3部开挖2～3米后，开挖7部，每开挖循环1.0米，初喷N11、N12
部位5cm厚混凝土，挂N11部位钢筋网，架设N11、N12部位格栅钢架，施工N11部位法向锚杆，复喷N11、N12部位混凝土至设计厚度。

B Ⅴ级黄土段施工
a 1部开挖，每循环0.75米，开挖后对N1、N2部位喷射5cm厚C25
混凝土，挂N1部位钢筋网，架设N1、N2、N3部位型钢钢架，施工N1部位法向锚杆，最后复喷N1、N2部位混凝土至设计厚度。

b 1部开挖2～3米后，开挖3部，每循环0.75米，开挖后对N4、N5
部位喷5cm厚混凝土，挂N4部位钢筋网，架设N4、N5、N6部位型钢钢架，施工N4部位法向锚杆，最后复喷N4、N5部位混凝土至设计厚度。

c 3部开挖2～3米后，开挖5部,每循环0.75米，初喷N7部位5cm
厚混凝土，挂 N7部位钢筋网，架设N7、N8部位型钢钢架，施工N7部位法向锚杆，最后复喷N7部位C25混凝土至设计厚度。

d 5部开挖2～3米后，开挖 7部、9部，每循环0.75米，初喷N9、
N11、N12、N13部位5cm厚C25混凝土，挂N9、N11部位钢筋网，架设N9、N11、N12、N13部位型钢钢架，施工N9、N11部位法向锚杆，最后喷N9、N11、N12、N13部位混凝土至设计厚度。

E 9部施工2～3米后，开挖11部，初喷N14部位5cm厚混凝土，
挂N14部钢筋网，架设N14、N15部型钢钢架，施工N14部法向锚杆，最后复喷N14、N15部混凝土至设计厚度。

④中隔壁地基加固
为控制地表及洞内拱顶的沉降，中隔壁地基基础的承载力大小起着至关重要的作用，对地基进行加固，提高中隔壁基础的承载力是控制拱顶下沉的关键所在，在架立N3、N9〈或N2、N5、N12〉之前，对地基进行注浆，并垫设钢垫板，可极大地提高中隔壁的稳定性，有效控制拱顶下沉。

〈3〉中隔壁拆除、仰拱及填充的施工
7部或11部临时仰拱超前设计仰拱10米后，紧靠设计仰拱端拆除N9（或N12）底部中隔壁喷射混凝土，保留工字钢，拆除长度9米，施工设计仰拱及填充，做到仰拱紧跟。

〈4〉施工二次衬砌
二次衬砌为模筑钢筋混凝土，采用自行定型模板台车，混凝土采用混凝土输运车及输运泵施工。

仰拱及填充超前衬砌8m后,施作一环二次衬砌,长8～9米。

灌注10～20h后喷雾养护。

当混凝土强度达70%后，
拆除台车并移至下一循环部位。

〈5〉监控测量
A 对地质及支护状态，已开挖掌子面进行观察，对地质状况进行描
述并与设计进行对比，以确保施工得法。

对已施作初期支护进行观察，以先期察明隐患，确保施工安全。

B 测量地表沉降。

在地表埋设测点，使用水平仪进行测量，测量时
必须正对水平仪进行摇尺。

测量段在开挖前面方H+h〈H：隧道埋深，h：隧道高度〉处开始，直至衬砌结构封闭，下沉终结，每日测量一次并进行比较分析。

C 拱顶下沉量测。

在中隔壁两侧开挖部的拱顶各设一测点，每日测
量其下沉量并进行比较分析。

D 洞内收敛测量。

在洞内拱脚，最大跨度线，边墙角共设三条水平
基线，采用张力自鸣电子数显收敛仪进行每日测量，并对每日数据进行分析。

E 拆除中隔壁过程中拱顶下沉及洞内收敛的监控测量。

洞内洞外下沉观测点，洞内收敛观测点均埋设于同一断面，断面间距5m，每日进行测量后将数据进行整理，绘制变化曲线并及时反馈给指挥人员以采取相应技术措施。

六、机具设备
主要机具设备
七、劳力组织
八、质量要求
1、严格执行《铁路客运专线隧道施工指南》、《铁路客运专线隧道工程质量
检验评定标准》.
2、加强质量教育，提高全员质量意识。

3、钢架及钢筋安装准确，锚杆数量充足，长度符合设计要求，钢筋网安装
准确到位，初期支护及二次衬砌厚度符合设计要求，中隔壁基底牢固可靠。

4、做好技术交底及现场指导控制工作，认真执行复核制。

5、加强QC活动，争取技术突破。

九、安全要求
1、针对各项工序，严格遵守有关安全生产条例，针对工序制定各项具体的
安全措施及防范预案。

2、进行岗前培训，提高操作人员的安全意识。

3、实行动态巡视制度，对各种潜在危险状况时刻监控。

4、严格执行交接班制度，确保工序紧密衔接。

5、各种机械必须专人操作，专人维护。

6、各分部开挖处，专人防护，统一指挥。

7、注意环境保护，加强对废弃物的管理力度。

8、加强测量监控工作力度，确保施工安全。

十、经济效果
1、施工过程安全可靠
2、中隔壁法施工时充分发挥中隔壁作用，分部开挖，步步成环，总结出浅
埋黄土大断面隧道暗挖施工原则与工艺。

3、工程质量可靠。

使用此法施工确保了洞体截面尺寸，且围岩支护稳定，
与二次衬砌结合紧密。

4、使用此法施工，在保证质量的同时加快了隧道的进度。

十一、施工环保、水土保持措施
1 .施工环保、水土保持目标
施工过程中采取完善的环保、水保措施，环保水保设施严格与主体工程同时施工、同时完工、不留后患。

废水、弃碴、泥浆以及工程垃圾按规定处理、排放，确保因施工生产活动产生的气体排放、地面排水及排污等，不超过规定数值，满足国家及工程所在地地方政府主管部门颁布的法律规定的数值。

完工后及时恢复植被
2.施工环保、水土保持管理组织机构
作好环境保护工作，是施工企业应尽的义务。

按照ISO14001环境管理体系标准要求成立以项目经理为组长、项目副经理、总工程师为副组长、有关部门负责人参加的环境保护体系，下设安全环保部，项目经理部配备专职环保工程师、工班设兼职环保人员，建立环境保护管理制度，落实环境保护责任制。

3.施工环保、水土保持措施
遵守国家、铁道部、山西省有关环保的法律、法规和发包人有关环保的要求。

健全环境保护体系，把环境保护工作作为一项重要施工管理内容，制定和落实环境保护措施，修建环保设施，处理好施工与环保的关系。

实行环保目标责任制。

把环保指标以责任书形式层层分解到个人，建立环保自我监控体系。

加强检查和监控，加强对施工现场扬尘、噪声、振动、废气、强光的监控、监测及检查管理，定期组织有关人员对环保工作评定。

4.施工期间环境保护措施
施工中，生产、生活区集中布置，并对可能产生的污染种类，制定相应的防范措施，生产生活垃圾分类集中存放、集中处理，达到集中控制，减少污染范围之目的。

施工中对环境敏感地区进行重点监控，对施工中出现的环境污染及时进行调查、总结。

施工中，环保负责人对施工驻地、施工场地、施工便道、取弃土场等重点区域进行检查，对不符合环保要求的下达限期整改通知书并进行处罚。

十二、工程实例
石太客运专线牛家滩2号隧道，全长500米，其中暗洞300米，230米为Ⅳ级黄土地质，70米为Ⅴ级黄土地质，位于坡度-12.8%的直线坡道上。

该隧道开挖高度达12.63米，开挖跨度达14.52米，隧道覆土层薄且具有湿陷性，开挖时拱顶下沉及洞内收敛较大，不宜控制。

针对此特点，采用中隔壁法施工的工法，坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、勤量测，快封闭”的隧道施工原则，使拱顶下沉及洞内土体收敛得到良好有效控制，保证了施工安全和施工质量，取得了成功的经验。

附录ⅠⅣⅡⅠⅢ
Ⅶ
ⅤⅥⅧ
Ⅴ级黄土
Ⅳ级黄土Ⅵ
ⅣⅢⅤ
Ⅱ
Ⅰ
　Ⅳ级2～3m
2～3m 2～3m 2～3m 2～3m 10m Ⅴ级附录Ⅱ10m 2～3m 2～3m 2～3m
附录Ⅲ
1m
注：1.单位米。

2.括号内为Ⅴ级黄土。

附录Ⅳ：
超前小导管钻孔插管、注浆。

↓
1部开挖、进尺0.75m ——————→监控测量。

↓
初喷C25纤维混凝土5cm、封闭掌子面。

↓
↓
进行剩余喷射混凝土施工并闭合成环
↓
依次进行3、5、7、9、11
↓
进行仰拱及仰拱填充混凝土的施工，每次10m。

↓
拆除中隔墙及横向支撑9m。

↓
挂防水板及排水盲管
↓
模筑二衬钢筋混凝土。

附录Ⅴ：
超前小导管钻孔插管、注浆。

↓
1部开挖、进尺0.75m ————————————→监控测量。

↓
初喷C25纤维混凝土5cm、封闭掌子面。

↓
↓
进行剩余喷射混凝土施工并闭合成环
↓
依次进行3、5、7部开挖，进尺尺度
↓
进行仰拱及仰拱填充混凝土的施工，每次10m。

↓
拆除中隔墙及横向支撑9m。

↓
挂防水板及排水盲管
↓
模筑二衬钢筋混凝土。