超大断面浅埋黄土隧道贯通施工探讨

超大断面浅埋黄土隧道贯通施工探讨

李小民

中铁六局交通工程分公司 北京 102300

摘要：随着社会经济的快速发展，高等级公路开始以城市交通网络为原点朝周边扩散，尤其是在我国西北的黄土地区，因为其地质、地形、地貌等的特殊性，往往需要开展超大断面浅埋黄土隧道贯通工程。在贯通的过程中如果处理不当，轻则导致隧道位置的变形，重则引发隧道的坍塌，因此在开展超大断面浅埋黄土隧道贯通施工时，一定要依照项目的实际情况，对其中的重难点作业进行分析，并施以有效的控制手段，来确保其施工作业的质量水平。本文以陕西省宝鸡市高新区西宝高速改扩建工程中的唐家塬隧道贯通施工为例，对超大断面浅埋黄土隧道贯通施工技术展开了相应的分析与探讨，以期为我国后续类似的隧道贯通施工作业提供有益参考。

关键词：超大断面浅埋黄土隧道贯通施工探讨

在进行超大断面浅埋黄土隧道贯通施工时，采用科学合理的施工工法，配以规范安全的施工步距，能够有效提升隧道贯通作业的成效，确保隧道贯通作业的顺利开展。

一、工程概述

唐家塬隧道为典型的超大断面浅埋黄土隧道，它是双向六车道的隧道，其穿越的主要地层为V级围岩，且其中包含夹杂着大量密集的黑色硬质颗粒物质， 含水量高，同时其局部还穿越砂层，作业环境较为复杂。唐家塬隧道全长2.2km， 隧道的最大、最小埋深分别为75m和5m，隧道两洞中轴线间在的距离最大值为38m，隧道的最大跨径为17.59m，隧道的最大断面为172.4m²。洞身段支护的参数值见表1 。

表 1 隧道支护基础参数一览表

注：支护参数可以依照工程实际的沉降观测数据进行动态的调整。

二、贯通方法及方向

唐家塬隧道的断面、跨径值均较大，因此在隧道贯通作业时应该采取更安全的小切口形式。其隧道正洞开挖采用的是单侧壁导坑开挖形式。剩余的10m贯通段落则采用中隔壁弧形导坑形式开挖，并对其核心土进行留存。隧道先行导洞、后行导洞掌子面的贯通则采用弧形开挖方式，并留存核心土。在隧道贯通的过程中其上行、下行隧道贯通的里程必须错开，且其贯通方向相反。

三、贯通距离确定

（一）安全步距保证

严控安全步距是确保超大断面浅埋黄土隧道贯通作业施工安全的关键所在。依据前期勘测数据，唐家塬隧道贯通作业中掌子面与二次衬砌间的安全步距应严格控制在50m以内，隧道两端的掌子面施工不能同步，在其中一个施工时，另一个应暂停，且其中一端的掌子面开展施工时二次衬砌作业应该紧跟其后。

（二）贯通距离确认

为提高隧道贯通作业的连续性，在确定相应的安全步距的基础上，还要对位于隧道进出口位置的掌子面的间距进行相应的明确，该距离是后续贯通距离的直接参考数据。 隧道进出口位置的掌子面的间距要综合隧道贯通的掘进速度、二次衬砌、仰拱及仰拱填充的施工周期数据等来进行综合的确定。唐家塬隧道其一端掌子面的施工暂停后，其前后施工依旧正常进行，其中二次衬砌紧跟掌子面的循环施工时间均值为4d，掌子面的掘进速度控制在1.8m／d，隧道另一端需要将二次衬砌施工至掌子面位置，此时的二次衬砌系数为9 m／循环，以50m安全步距为基础，二次衬砌紧跟掌子面的施工耗时为20d，考虑到二次衬砌强度的提升需要耗费时间，另加5d，合计为25d的周期。综合得出当该隧道贯通其中一段端的掌子面暂停施工时，此时隧道进出口掌子面间的距离应维持在45m以上。贯通施工步距示意图，见图1。

图一：贯通施工步距示意图

四、贯通难点分析及控制措施

（一）贯通难点

1、掌子面问题

该黄土隧道工程的掌子面因为长时间处于停滞状态，其含水量高，其周围围岩的承载力也相对较低。并且在掌子面施工时，前期的支护只能起到定点支护的作用，其支护力度有限，无法围绕断面形成全闭环的支护结构，当其外部承载力过大时，很容易出现收敛变形的问题，进而导致初期支护出现开裂、侵限等不良现象。

2、围岩沉降问题

围岩沉降问题的发生，是因为在超大断面浅埋黄土隧道的贯通施工时，为了实现对安全步距的控制，在隧道一端开展二次衬砌紧跟掌子面施工作业时，另一端的掌子面施工需要暂停。如果此时的暂停时间没有得到有效控制，时间过长，那么隧道两端会出现不一致的围岩沉降变形，最终导致隧道贯通处的围岩面存在错开现象，此时如果支护设置不当，那么将会引发整个初期支护的坍塌。

3、隧道断面问题

该黄土隧道的断面、跨度、高度值都较大，隧道在贯通作业的后期，因为剩余开挖段不断减少，围岩的直立性无法有效支撑隧道结构，导致剩余未开挖土体向两侧的掌子面产生作用力，从而增加隧道的坍塌风险。

（二）控制措施

1、提高初期支护的承载力

采用刚性支撑和高强度混凝土，来防止围岩的塑性变形。在隧道贯通前后的左右掌子面各插打入2根长5m的Φ108x6钢花管，有效排出多余水分。同时有效落实工程监控量测，在每个断面上要设置5个等距离的围岩变形观测点，每天监测应不少于3次。同时隧道的型钢间距应由最初的60cm降低到50cm，并且所有纵向连接的型钢之间应加设环向八字筋。

2、掌子面的距离控制

在主动贯通端，当先行导洞掌子面之间的距离为10m时，其后行导洞掌子面与先行导洞掌子面之间的距离应维持在7～10m之间，此时二衬端头与先行导洞掌子面间的距离应该保持在30m以内。在被动贯通端，二次衬砌应紧跟掌子面作业，当被动贯通端距的贯通面剩余值仅为10m时，此时初期支护的预留变形量应该在原参数值上提高5～10cm。

3、实施小切口施工

为了确保隧道贯通作业的安全有效开展，在隧道被贯通端的掌子面暂停后，应施以超前小导管，同时采用厚度值为10cm的加筋喷射混凝土对其进行封闭作业，并在隧道被贯通端的二次衬砌完成最后一次循环施工时，要向掌子面堆载核心土，核心土坡率应达到1:1。同时在回填施工作业完后，隧道进出口端的先行导洞掌子面的间距应大于10m（详情见图2），这样既能够防止在贯通过程中剩余土体的无序崩塌，同时还能有效确保隧道贯通时二次衬砌的混凝土强度能够符合工程质量要求，进而提升隧道贯通作业的安全性。

图二：贯通技术处理措施

结语

综上所述，不难看出，超大断面浅埋黄土隧道贯通施工作业有其特殊性和困难性。就唐家塬隧道贯通工程来说，其难点在掌子面处的含水量高，周围岩层的整体承载力低，同时因为其贯通面处于围岩存在错开面，围岩的整体性遭到了破坏，需要额外的支护予以助力。加之隧道的整体跨度大、垂直向的高度高、围岩断面大等现实因素的综合作用，都一再加大了该工程的贯通难度。在现场勘察、研究分析的基础上，该工程最后通过借助围岩的自身的承载力及相互作用力，提升支护的支护力来控制、防治围岩的沉降变形，同时在施工中借助核心土，来对贯通作业中夹岩柱与贯通两侧压应力来进行相应的平衡，并合理的设置安全步距来确保贯通作业的有效运转，最终有效完成整个隧道工程的贯通作业。

参考文献

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