黃土大斷面隧道非爆開挖成型控制

1、黃土大斷面隧道非爆開挖成型控制銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部2020年5月勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新摘要黃土分布地域廣闊，主要分部于山西、陜西、以及甘肅、青海、寧夏、河南等地，黃土高原在中國北方地區(qū)與西北地區(qū)的交界處，它東起太行山，西至烏鞘嶺，南連秦嶺，北抵長城。隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施 ，黃土隧道設計與施工難度漸趨復雜。黃土隧道有其自身的特點，本身具有一定的結構特性，大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，在特定施工環(huán)境下遇水產生濕陷變形、塑變，失水后其力學性質顯著改變等特點，這些特點對黃土地區(qū)隧道工程設計、施工影響很大。隧道在施工階段，圍巖由開挖前的天然

2、應力平衡狀態(tài)，轉變?yōu)橄蚨词宜擅浳灰飘a生圍巖變形。在開挖施工作業(yè)中表現(xiàn)為黃土結構迅速破壞，開挖施工作業(yè)、變形、塌方、超欠挖控制較為困難，不可預測的因素較多，目前我們針對不同地段的黃土隧道，對施工過程中存在的一些問題認識不完全。本文通過對甜永高速11標西塬隧道施工過程中出現(xiàn)的一些問題，進行了分析與總結，重點介紹了短三臺階在黃土隧道施工中的成功應用，分析論述了黃土隧道開挖成型支護過程中面臨的一些難題及采取的應對措施，如隧道開挖過程中局部垮塌掉塊、變形大、超欠挖失衡等。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（

3、G69）甜永段TY11合同段項目經理部目錄一一、項目概況二、黃土大斷面隧道開挖成型控制難點三、具體措施四、取得成效五、存在的問題及建議目錄CONTENTS銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新一、項目概況西塬隧道位于甘肅省慶城縣，隧道設計為100km/h高速公路雙線隧道，左線長1216m，右線長1248m。全隧道設置緊急停車帶2處，車行橫洞1處，人行橫洞2處。隧道建筑限界寬度11m，限界高度5m，汽車荷載等級為公路級。隧道左右線均為單向2車道。隧址區(qū)為黃土殘梁溝壑區(qū)，穿越黃土梁，黃土梁頂上部多覆蓋松散新黃土，疏松多孔，垂直節(jié)理發(fā)育，下伏為較致密老

4、黃土夾古土壤層。隧道支護采用復合式襯砌結構，初期支護采用噴射混凝土+鋼筋網+型鋼支撐的綜合防護系統(tǒng)，二次襯砌采用整體模筑混凝土結構。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部地質情況地層巖性不良地質水文地質條件地形地貌隧址區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4dl+c）黃土狀土，上更新統(tǒng)風積新黃土（Q3eol）、殘積古土壤（Q3el）；中更新統(tǒng)風積老黃土（Q2eol）、殘積古土壤（Q2el）。隧址區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙潛水。水位高程位于洞室附近，洞開挖過程中有線狀流水現(xiàn)象。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新項目區(qū)內為黃土殘梁溝壑區(qū)，穿越黃土梁，進出口端斜坡均較陡，約20-65，黃土沖溝

5、發(fā)育，溯源侵蝕嚴重，地形凌亂，滑坡、崩塌發(fā)育。隧道洞室最大埋深186. 77m。隧址區(qū) K174+430K174+610 段發(fā)育崩坡積體 B3。寬100米，長約50米，厚1-5米K174+430K174+690 左側發(fā)育崩坡積體 B4。寬約220米，長約 700米，厚 1-8米銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部黃土大斷面隧道開挖成型控制難點二開挖成型效果差2易塌方31易變形難點勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部2.1 控制難點4、工機具配置影響

6、因素3、臺階長度勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新2.2 黃土大斷面隧道開挖成型控制影響因素1、含水率2、循環(huán)進尺（循環(huán)時間）銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部28.429.42617.918.517含水率（%）勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新（1） 含水率對開挖的影響含水率是影響黃土土質發(fā)生結構塑變的重要因素，不同程度的含水率，給隧道開挖成型造成不同程度的超挖、垮塌。西塬隧道正洞土質含水率最大值29.4%，最小值15.4%，正常在18%左右。西塬隧道左線不同里程段含水率變化35302520151050里程銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部工況一15202

7、0工況二2010050工況三233501201520232010020501200含水率范圍（%）開挖掉塊長度（cm)開挖掉塊深度(cm)50100150勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新含水率在15%-19%，穩(wěn)定性較好，約9小時后，中局部出現(xiàn)少許掉塊；含水率在19%-23%，土體穩(wěn)定性較差。7小時后，開始掉塊，頻率較高；含水率超過23%，土質穩(wěn)定性差，易擾動，4小時后開始大面積塌方的現(xiàn)象，長2.5-3.5m，深度40-120cm左右，造成超挖嚴重。不同含水率條件下開挖掉塊長度、掉塊深度隨含水率變化情況400350350300250200含水率范圍（%） 開挖掉塊長度（cm) 開挖掉塊深

8、度(cm)銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部（2）開挖循環(huán)進尺對隧道開挖控制的影響1.開挖進尺控制在5075cm,平均線性超挖610cm;2.開挖進尺控制在150cm,平均線性超挖12cm;3.開挖進尺控制在225cm,平均線性超挖25cm。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部工況一850工況二1275工況三19150工況四25225812192550751502250平均線性超挖（cm）開挖進尺(cm)50100200150250平均線性超挖隨開挖進尺變化情況平均線性超挖（cm）開挖進尺(cm)勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)

9、更新（3）開挖臺階長度對隧道開挖的影響臺階過長直接影響土體裸露時間，機械手在噴砼過程中，需要先后移動12次，下臺階噴砼完成后，需要修坡道，機械手方可噴射上臺階，噴砼過程不連續(xù)，堵管概率高，噴砼時間長約160200分鐘，過程垮塌嚴重。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部20010工況一200102258工況二225824512工況三24512300250200150100500挖機型號（SANY）開挖循環(huán)時間（h）挖機型號（SANY）開挖循環(huán)時間（h）勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新（4）工機具配置對開挖控制的影響1.圍巖較好，采用200型挖機，局部地方開挖困難，增加開挖時間。

10、采用245型挖機，開挖斗容量過大，擾動大、局部地方挖不到位，大超大欠嚴重，循環(huán)時間長；采用225型挖機，可滿足施工需求，循環(huán)時間有保障，但超欠挖控制不理想。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部具體措施三95%6.制定考核辦法1.含水率極限值指導開挖隧道施工中堅持“短進尺、少擾動、早封閉、勤量測”的原則。開挖過程中根據(jù)掌子面圍巖變化情況，動態(tài)調整施工工藝，及時監(jiān)控量測并反饋結果，為隧道開挖過程中支護參數(shù)的動態(tài)調整、澆筑二次襯砌的時機提供依據(jù)。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜

11、永段TY11合同段項目經理部2.臺階長 3.工法選度優(yōu)化 擇、優(yōu)化4.測量放 5.機械線控制開挖 配套選用3.1 含水率極限值指導開挖根據(jù)水文地質條件，分里程、段面、部位測定含水率，根據(jù)含水率和圍巖情況調整開挖進尺及臺階長度。1.含水率15%19%，開挖進尺控制在100120cm；2.含水率19%23%，開挖進尺控制在5075cm;3.含水率大于23%，開挖控制在50cm,人工整修為主，減少機械設備對土體的擾動。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新3.2 臺階長度優(yōu)化減少土體裸露時間，根據(jù)機械手懸臂半徑，調

12、整臺階長度，減少機械手工程位置的調整，縮短了噴砼時間和過程堵管概率。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部3.3 工法選擇、優(yōu)化在所有影響因素確定和可控的條件下，對施工工藝和方法進行優(yōu)化。綜合考慮圍巖條件、施工控制（技術和管理）、施工效率、施工成本和工程進度，提出并應用拱墻、仰拱初期支護一次封閉成環(huán)的施工工藝，及時閉合仰拱，盡快形成初支整體結構，快速改善初支受力條件，降低施工風險，減小初支沉降、收斂變形。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部3.3 工法選擇、優(yōu)化勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新根據(jù)水文地質情況和圍巖條件，淺埋段正

13、洞洞身采用CD法，確保斷面和初支穩(wěn)定；深埋段正洞洞身采用短三臺階仰拱初支一次封閉成型工法，快速形成初支整體結構，盡快改善初支受力條件，施工效率高。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部3.4 測量放線控制開挖開挖立拱前，測量組嚴格控制開挖尺寸，保證測量的準確性、精度性和可靠性，立拱前多點測量，準確放樣，立拱完成，對拱腳、拱腰、拱頂?shù)冗M行多點復測，控制超欠挖，嚴禁欠挖，避免超挖。在本循環(huán)立拱前復核上循環(huán)的超欠情況，進而控制本循環(huán)的立拱放線。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部備注每循環(huán)進尺2榀拱架與上中臺階鋼架安裝平行作業(yè)序號123工序

14、名稱開挖上中臺階開挖下臺階出渣所需時間（min臺階及仰拱鋼架安裝噴砼合計55120515與中臺階鋼架安裝平行作業(yè)單循環(huán)用時8小時35分鐘勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新3.5 機械配套選用選用225挖機；50裝載機、KC30機械手、8臺出渣車、24米自行式仰拱棧橋，現(xiàn)場實現(xiàn)開挖、出渣平行作業(yè)，人工修整開挖輪廓，縮短循環(huán)時間，提高開挖成型、進度等，平均線性超挖控制在8.6cm，開挖循環(huán)時間縮小至8h。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新3.6 制定考核辦法根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，結合項目實際，組織技術、生產管理人員，

15、制定西塬隧道開挖超欠挖控制管理考核辦法，確定開挖施工技術方案，對技術人員和施工人員進行定期技術培訓，對作業(yè)隊伍實行月度、季度和年度考核。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部取得成效四1、開挖效率工法的選定、工藝的優(yōu)化、人員和機械的合理調配達到充分利用，實現(xiàn)開挖月進度110m的突破。2、經濟效益超欠挖控制在8.6cm以內，初支沉降、收斂變形累計控制在6cm以內，減少因超挖過大引起混凝土的大量超耗；從而避免因欠挖引起脫空、空洞等隱患造成二次成本。3、社會效益工法工藝的調整優(yōu)化，人力機械的配套選用，使施

16、工過程有序可控，超欠挖得到有效控制，施工質量和安全得到保證，受到業(yè)主表揚，并多次組織相鄰標段進行觀摩學習，彰顯了隧道局專業(yè)水平。勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新4.1 初支沉降、收斂控制成效隧道開挖仰拱一次性封閉成環(huán)，減小了初支沉降及收斂變形，累計沉降控制了在60mm以內，從而減少了混凝土用量，降低項目成本投入。Va圍巖設計預留變形量為25cm，施工過程預留變形量調整為1015cm。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部里程長度（m) 施工工法部位平均線性超挖(cm)備注K174+639.33

17、-K175+215.0K175+215.0-K175+265.00K175+265.00-K175+726.7581.2750461.7短三臺階預留核心土CD法短三臺階預留核心土暗洞段緊急救援站暗洞段上臺階中臺階左中臺階右下臺階先行導洞上臺階后行導洞上臺階先行導洞下臺階后行導洞下臺階上臺階中臺階左中臺階右下臺階8.47.35.67.09.59.08.48.110.49.68.67.4勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新4.2 平均線性超欠挖控制成效西塬隧道開挖成型控制基本達到預期目標，全隧平均線性超挖8.6cm。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項目經理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠 更優(yōu)更新銀百高速（G69