淺埋富水黃土地段隧道施工技術(shù)探討
摘要：黃土隧道施工，在技術(shù)與安全方面存在一定的不可預(yù)見性，特別是淺埋、富水、軟弱地段黃土隧道施工更是隧道施工中的一大技術(shù)難題。本文介紹了通過采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開挖，小導(dǎo)管、鋼拱架超前支護(hù)和加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等綜合措施成功通過了淺埋、富水、軟弱地段 , 確保了安全，加快了進(jìn)度，為黃土淺埋隧道安全、快速施工提供了一定的參考依據(jù) ,為今后類似工程施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：淺埋,富水,黃土隧道施工技術(shù)
1、工程概況
新建鐵路麟游礦區(qū)至寶雞二電廠鐵路專用線工程線路從寶中線鳳翔站場(chǎng)接軌，沿途經(jīng)過鳳翔縣長青、尹家務(wù)、董家河、糜桿橋、姚家溝等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，麟游縣招賢、兩亭、天堂等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，終點(diǎn)至麟游礦區(qū)郭家河裝車站。線路全長87.11km。
土建工程TJ-F標(biāo)段正線長12.15km，樁號(hào)DK75+570～DK87+720;裝車線長1.959km，樁號(hào)ZDK0+000～ZDK1+958.58。
主要工程內(nèi)容有：路基全長6684km，挖方1746825 m³，填方1083912 m³，AB組填料62008 m³;橋梁1068.9延長米/3座;隧道4254延長米/3座，涵洞1829.3橫延米/31座等。
2、隧道出口淺埋地段設(shè)計(jì)概況
由我公司承建的寶麟鐵路運(yùn)煤專線林家山3號(hào)隧道全長2518m ,開挖寬度10.2m ,開挖高度10.9m。其中富水黃土隧道長383m，其黃土含水率20%～30%。
淺埋黃土段采用初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，鋼架采用Ⅰ16a型鋼，間距為0.50m，拱部設(shè)置超前φ42小導(dǎo)管(L=4.0m)預(yù)支護(hù)，含水量超過23%地段采用Ⅰ16型鋼，鋼架之間環(huán)向設(shè)置φ22鋼筋連接拉桿(間距為1.0m，含水量大于23%時(shí)，間距為0.8m)，每分部鋼架腳板處采用2根φ42鎖腳錨桿(L=4.0m)固定剛拱架，C25混凝土噴護(hù)，二次襯砌采用模筑混凝土施工，混凝土采用C35防水混凝土。
3、施工技術(shù)
3.1開挖
黃土段隧道采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開挖。預(yù)留核心土，上臺(tái)階人工環(huán)形開挖，臺(tái)階的長度控制在1—2m，采用裝載機(jī)直接出碴。施工中圍巖發(fā)生變化即施工開挖方法需要變化時(shí)，應(yīng)做好工藝轉(zhuǎn)變的嚴(yán)格控制，尤其做好掌子面的封閉施工工作。
開挖順序?yàn)椋荷吓_(tái)階→中臺(tái)階左側(cè)→中臺(tái)階右側(cè)→核心土→仰拱，共五個(gè)步驟。周邊采用人工環(huán)形開挖，中間核心土及隧底采取挖掘機(jī)開挖，人工修整。見圖1。
3.2超前支護(hù)
穿越本地段，拱部采用超前小導(dǎo)管支護(hù)，并進(jìn)行注漿，小導(dǎo)管采用3.5mφ42(壁厚3.5mm)無縫鋼管制作，環(huán)向間距0.3m，間隔一榀施作一環(huán)，縱向水平搭接不小于1m。
將要進(jìn)行灌漿的小導(dǎo)管鉆眼做成花管，頂入端加工成圓錐形，然后將小導(dǎo)管穿越鋼架，用錘擊或鉆機(jī)頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，往隧道輪廓線外側(cè)成5～10°外插角，尾端露出鋼架50mm，小導(dǎo)管與鋼架焊接連接，保證超前支護(hù)與初期支護(hù)鋼架連為整體。
3.3 鋼架制作及安裝
鋼架設(shè)計(jì)為I16型鋼制作，間距0.50m/榀，型鋼鋼架加工制作在洞外采用彎曲機(jī)胎模冷彎成型。每榀鋼架分5片組裝設(shè)計(jì)，其連接采用15mm厚的鋼板與I16端部焊接后，再用螺栓連接，焊縫高度不小于6mm。
鋼架安裝采取分片安裝，鋼架底部采取方木或混凝土預(yù)制塊支墊密實(shí)，防止鋼架下沉。鋼架每個(gè)分部單元采取鎖腳錨管固定，鎖腳錨管施作時(shí)往下呈30—45°，錨管與鋼架的連接要采取“U”形卡線焊連接，以保證錨管與工字鋼架整體受力。
鋼架的連接采用鋼筋拉桿縱向連接，內(nèi)外交錯(cuò)布置，并保證每個(gè)安裝單元的焊接要滿足焊縫長度要求。凡鋼架與錨桿結(jié)合部位，均采用焊接固定，提高整體穩(wěn)定性。
3.4噴砼
開挖后先進(jìn)行初噴封閉，初噴厚度控制在4cm以上，鋼架支立完成后隨即噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，并在鋼架處加厚噴層以包裹鋼架，確保鋼架穩(wěn)定。
考慮到黃土自穩(wěn)時(shí)間短，要求開挖面盡早封閉，我們選用PZ-9C型大容量的噴砼機(jī)，每小時(shí)噴砼量可達(dá)9m³/h，如一次噴砼量為4.5 m³，采取1臺(tái)噴砼機(jī)，0.5h就可以噴完，提高了工作效率，縮短了圍巖的暴露時(shí)間。
噴砼用水采用從洞外水管供水。水管采用橡膠高壓水管，施工過程中要防止水管接頭漏水或水管破裂，浸泡隧底，造成安全隱患。
為了避免鋼架背后脫空現(xiàn)象，首先在噴砼時(shí)盡量采取小角度噴密實(shí)，另外在下一循環(huán)開挖后，觀察鋼架背后是否存在空洞，采取從前方往回補(bǔ)噴的方式，使鋼架背后噴砼充填密實(shí)，與圍巖形成整體有效的支撐體系，共同受力，防止造成隧道坍塌。
3.5 二襯及仰拱砼
二次襯砌臺(tái)車采用液壓砼襯砌臺(tái)車，長度9m，為了使二襯施工與出碴、噴砼等其它工序交通不受影響，臺(tái)車架采用“∏”型結(jié)構(gòu)，用型鋼制作，襯砌所用的模板，應(yīng)采用定型的金屬結(jié)構(gòu)制作，每段模筑砼一次完成整體灌注，在灌注時(shí)預(yù)留和預(yù)埋照明、通風(fēng)、消防等所需的洞室和線路管、孔、槽。臺(tái)車面板之間設(shè)置公母榫，長度6-10mm，防止模板絞接位置漏漿。臺(tái)車后端50cm范圍設(shè)計(jì)能自由調(diào)整，保證前后兩模混凝土不出現(xiàn)2mm以上的錯(cuò)臺(tái)，整體拼裝在洞外按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，由專業(yè)技術(shù)人員檢查合格后方可進(jìn)行使用。
仰拱采取9m長棧橋分段施工，棧橋采用型鋼制作，同樣不影響掌子面的機(jī)械設(shè)備交通，開挖后要及時(shí)進(jìn)行仰拱混凝土襯砌，并且要控制仰拱距掌子面的距離不超過25m，二襯距掌子面的距離不超過70m，有效避免隧道坍塌。
3.6交通組織措施
由于單線鐵路隧道，斷面小，洞內(nèi)交通組織困難，為了緩解交通壓力，我們?cè)谒淼纼?nèi)，每60—90m在隧道的同側(cè)設(shè)一調(diào)車洞，有的可以與設(shè)計(jì)上的大避車洞、變電洞室合建，這樣可以解決洞內(nèi)出碴車、挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備的調(diào)頭問題，而且大大地減小了機(jī)械設(shè)備從調(diào)車洞到掌子面這段距離倒車慢行的時(shí)間。每天按開挖3計(jì)算，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)比較，實(shí)踐證明每月可影響進(jìn)尺達(dá)6.2m。
3.7監(jiān)控量測(cè)措施
黃土隧道監(jiān)控量測(cè)是確保安全的一個(gè)重點(diǎn)工作，在洞外要經(jīng)常做地表觀察，注意沉降及開裂情況，洞內(nèi)做好拱頂下沉及水平收斂等監(jiān)控量測(cè)。監(jiān)控量測(cè)工作必須緊接開挖、支護(hù)作業(yè)，監(jiān)測(cè)斷面一般布置在開挖掌子面前約5m，量測(cè)斷面按5m間距布置，斷面垂直隧道軸線，所在監(jiān)測(cè)點(diǎn)都必須在該監(jiān)測(cè)斷面上，不得偏離，量測(cè)頻率根據(jù)量測(cè)斷面距掌子面的距離及日變化速率兩個(gè)指標(biāo)來控制，一旦發(fā)現(xiàn)變化速率大于5mm/d，累計(jì)沉降大于10cm，要加強(qiáng)初期支護(hù)、增設(shè)臨時(shí)水平支撐或及時(shí)進(jìn)行二襯施作，預(yù)防隧道坍塌。
3.8應(yīng)急措施
為了預(yù)防黃土隧道坍塌，減少人員傷亡及機(jī)械設(shè)備損失，在施工過程中我們要儲(chǔ)備應(yīng)急物資及采取相應(yīng)應(yīng)急措施。在掌子面附近備型鋼或鋼管在變形較大時(shí)做臨時(shí)水平支撐用，另外從掌子面到已施工二襯區(qū)備一根通長鋼管作為隧道萬一坍塌后，可以通過管道往里輸送食物、飲料及保持通信。應(yīng)急物資隨著掌子面的掘進(jìn)，同時(shí)往前跟進(jìn)。應(yīng)急設(shè)備采用隧道施工的挖掘機(jī)、裝載機(jī)等，設(shè)備狀態(tài)要保持正常。另外在施工時(shí)，每道工序都安排專人全過程盯班，特別注意觀察掌子面圍巖情況及初支裂縫或掉塊等變形，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)將人員和機(jī)械設(shè)備撤到安全區(qū)，避免發(fā)生不安全事故，造成損失。
4.取得的效果
通過采取以上措施，取得了一定的效果，安全上得到了保證，采取快挖快支，及時(shí)封閉成環(huán)，二襯仰拱通過采取措施，不影響掌子面正常作業(yè)，二襯每3天1個(gè)循環(huán)，每循環(huán)9m，每月進(jìn)尺90m，能跟上掌子面開挖進(jìn)尺及安全距離要求，至今隧道未出現(xiàn)坍塌事件，為隧道正常施工提供了有力的保障;另外開挖進(jìn)度上得到加快，實(shí)踐證明黃土隧道開挖進(jìn)尺得到了很大的提高。
5.結(jié)語
在林家山3號(hào)隧道進(jìn)口黃土富水淺埋段的施工過程中，通過采取三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開挖開挖法，人工配合機(jī)械開挖及對(duì)開挖步距嚴(yán)格的控制，鋼架的精心制作與安裝時(shí)鎖腳錨桿的固定，縱向連接筋的合理連接，噴砼設(shè)備的選擇與型鋼鋼架背后的密實(shí)充填，二襯及仰拱的及時(shí)施作，供水方案的優(yōu)化與合理組織洞內(nèi)交通等措施，確保了安全，加快了進(jìn)度，為黃土淺埋隧道安全快速施工提供了一定的參考依據(jù)。
