論黃土隧道兩種不同的開挖支護(hù)施工方式

1、論黃土隧道兩種不同的開挖支護(hù)施工方式摘要：黃土隧道是我國陜北地區(qū)高速公路施工中常見的一種隧 道類型，由于其獨特的黃土地質(zhì)圍巖特點，施工中采用何種開挖支 護(hù)方式將直接影響工程質(zhì)量及施工經(jīng)濟(jì)效益。本文從一線施工角度 出發(fā)，總結(jié)分析了兩種不同的開挖支護(hù)施工方式。關(guān)鍵詞：黃土隧道；開挖支護(hù)；施工abstract: loess tunnel is a common style in highway construction of shanbei region. due to its unique characteristics of loess geological surrounding rock,

2、how to select the excavation supporting method in the construction will directly influence the engineering quality and construction economic benefits. this paper summarizes two different excavation supporting construction methods.key words: loess tunnel; excavation supporting; construction中圖分類號：u45文

3、獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：2095-2104（2012）1刖言黃土隧道是我國西北地區(qū)高速公路施工中常見的一種隧道類 型，在陜西北部黃土高原及山西等地分布較為廣泛。黃土隧道由其 獨特的地質(zhì)圍巖特點，施工中采用不同的開挖支護(hù)方式將直接影響 工程施工質(zhì)量及工程經(jīng)濟(jì)效益。下面以作者施工的青蘭高速陜西境 某標(biāo)段黃土隧道為例，對兩種不同的開挖支護(hù)施工方式進(jìn)行總結(jié)分析。2工程概況吉家村隧道為左右分離式隧道，單洞凈寬10.25米，凈高7.0 米，建筑限界高度5.0米。隧道左線全長2550m，右線全長2440m, 隧道平面進(jìn)口位于圓曲線上，出口位于直線上。該隧道屬于黃土深 埋隧道，其穿越黃土塬面區(qū)，最大埋深1451

4、54m，且隧道埋深在 地下水位以下，以v級圍巖為主，隧道工程地質(zhì)問題主要表現(xiàn)為黃 土陷穴、落水洞、濕陷性黃土、膨脹土、滑坡、崩塌及隧道淺埋段 穩(wěn)定問題等。設(shè)計主要采用復(fù)合式襯砌，按“新奧法原理”，施工 中嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、少擾動、強支護(hù)、嚴(yán)治水、勤量測、早封閉” 的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。3兩種開挖支護(hù)施工方式詳解根據(jù)本隧道設(shè)計圖紙及實際圍巖情況，結(jié)合工程施工進(jìn)度，施 工中先后采用了兩種不同的開挖支護(hù)施工方式，分別為“三臺階七 步流水施工法”及“兩臺階預(yù)留核心土法”。兩種均采用機械開挖 為主、人工開挖為輔的方式進(jìn)行施工。下面分別就兩種不同的開挖施工作詳細(xì)敘述，總結(jié)兩種施工方 式的

5、優(yōu)缺點以供施工參考。3.1三臺階七步流水施工法施工中，將隧道整體斷面由上至下劃分為四個層次，隧道拱腳 以上為上、中、下三臺階，拱腳至隧底為仰拱部分，施工順序按照 由上而下，左右交錯分臺階開挖支護(hù)的方式進(jìn)行。首先開挖上臺階拱頂部分，對該部分進(jìn)行初期支護(hù)施工，一般 采用鋼拱架及錨桿、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土襯砌。上臺階開挖高度 由拱頂往下約1.5m2.0m，以滿足人員操作平臺空間。上臺階掘進(jìn) 5m左右，然后組織中部邊墻跟進(jìn)開挖支護(hù)，按左右順序錯開施工。 上、中臺階依次在縱向拉開距離，再跟進(jìn)下臺階左右邊墻開挖支護(hù) 施工，拱架支護(hù)至拱腳。最后再進(jìn)行仰拱開挖支護(hù)、整個斷面封閉 成環(huán)，隧道斷面形成穩(wěn)固的環(huán)狀初

6、支結(jié)構(gòu)。施工步序圖如下：圖一：上中下“三臺階七步流水施工法”施工步序圖3.2兩臺階預(yù)留核心土法按該方法施工，隧道拱腳以上總體為上、下兩個臺階，拱腳至 隧底為仰拱部分，施工順序仍按照由上而下的順序進(jìn)行，但在上臺 階開挖時，先對隧道環(huán)向部分進(jìn)行開挖支護(hù)施工，預(yù)留掌子面前核 心土，核心土預(yù)留不宜過大，環(huán)狀開挖部分寬度約1m，以便于進(jìn)行 挖掘機操作施工，減少人工開挖量。待環(huán)向施工支護(hù)完畢，再行挖 除核心土，然后分左右邊墻交替開挖支護(hù)施工。最后進(jìn)行仰拱開挖， 封閉成環(huán)施工。施工步序圖如下：圖二：上下“兩臺階預(yù)留核心土法”施工步序圖3.3兩種施工方式的異同點分析這兩種不同的方式，經(jīng)實際應(yīng)用，均能夠有效滿足

7、黃土隧道開挖支護(hù)施工需要。其共同的特點是均以機械開挖為主、人工配合為 輔的方式進(jìn)行施工，隧道拱腳以上23m范圍的邊墻開挖支護(hù)及隧 底仰拱開挖支護(hù)中，兩種施工方式基本相同。其顯著的不同點在于 隧道上半斷面的施工。具體到實際施工中有如下幾點：三臺階施工法，上半斷面按上下分兩個臺階，開挖分兩次進(jìn) 行，拱架支護(hù)及噴射混凝土施工需要施作兩個循環(huán)；而預(yù)留核心土 法施工，上半斷面按環(huán)向分內(nèi)外兩個層次，開挖分兩次進(jìn)行，拱架 支護(hù)及噴射混凝土施工則在環(huán)向土方開挖后一次完成。三臺階施工中，單次土方開挖量較小，而預(yù)留核心土施工時， 由于邊墻一次開挖至拱腳以上約23m位置，故環(huán)向開挖土方量較 大，開挖難度亦增大。三臺

8、階拱架支護(hù)在上半斷面分三次進(jìn)行，單次拱架支護(hù)難度 小，噴射混凝土施工量小，邊墻部分工序循環(huán)次數(shù)相應(yīng)增多；預(yù)留 核心土法施工，一次拱架支護(hù)周長增加，支護(hù)時間長，噴射混凝土 量大，但總體循環(huán)次數(shù)僅一次，總體作業(yè)時間較之前者縮短。三臺階開挖時能將拱頂至拱腰部位及時進(jìn)行初期支護(hù)施工， 有利于隧道拱頂范圍的施工安全，但整體看，由于開挖支護(hù)循環(huán)次 數(shù)的增加，對隧道土體擾動次數(shù)相應(yīng)增加，由邊墻分次開挖引起的 拱頂施工沉降量明顯變大，拱架上下難以連接圓順；而預(yù)留核心土 法施工，拱架一次支護(hù)加大后，能減少開挖支護(hù)循環(huán)次數(shù)，同時拱 架連接線形易于控制，其垂直度也較前者有較大提高，同時也避免 了多次邊墻土體擾動而形

9、成的施工拱頂沉降。故三臺階施工要求的 隧道預(yù)留變形量一般情況下明顯大于預(yù)留核心土法的預(yù)留沉降量。4黃土隧道開挖施工的控制點在兩種不同的開挖支護(hù)施工中，黃土隧道較之一般巖石隧道， 控制點關(guān)鍵在于以下三個方面：5.1充分考慮預(yù)留沉降變形量黃土隧道因其圍巖軟弱，絕大部分為老黃土，部分為膨脹土， 開挖后，圍巖自穩(wěn)能力差，因此容易產(chǎn)生拱頂下沉，同時邊墻向內(nèi) 收斂變形等現(xiàn)象。這就要求開挖支護(hù)施工中充分考慮預(yù)留沉降變形 量，可以采取擴(kuò)大開挖輪廓線，加大拱架支護(hù)半徑的措施來確保后 續(xù)二襯施工空間及支護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸。考慮沉降變形量主要分兩個部 分，一部分是施工開挖時，由于土體擾動，邊墻拱架與拱頂順接的 過程中產(chǎn)生的

10、沉降變形；另一部分是初期支護(hù)完成后，二襯施工之 前，由于隧道山體圍巖本身的自然壓力，向內(nèi)擠壓產(chǎn)生的沉降收斂 變形。在實際施工中，黃土隧道開挖后至二襯施工前的沉降變形量局 部能達(dá)到30cm，按正常施工工序，開挖后初期支護(hù)要及時，二襯與 掌子面距離控制盡量在50m以內(nèi)。因此預(yù)留變形量是關(guān)鍵控制點之 一。5.2初期支護(hù)拱架鎖腳錨桿施工在黃土隧道中，拱架支護(hù)一般采用剛性的型鋼拱架，確保型鋼 拱架支護(hù)作用的關(guān)鍵點在于鎖腳錨桿。一般設(shè)計中，鎖腳錨桿與拱 架之間連接采用焊接方式。在實際施工中，鎖腳錨桿可以在外露端 頭加工成“1型”，將直角彎鉤部分穿過拱架工字鋼腹板。這樣能有 效避免因焊接不到位而導(dǎo)致鎖腳錨桿

11、失效，增強拱架的穩(wěn)定性。經(jīng) 噴射混凝土施工后，鎖腳錨桿能與鋼拱架形成有效的整體支護(hù)體 系，控制初期支護(hù)變形。5.2隧道掌子面排水黃土隧道在開挖過程中，掌子面的排水施工是重要的控制點之 一。在含水量較大的地段，需要進(jìn)行預(yù)排水及開挖后排水。所謂預(yù) 排水，即在開挖之前，將掌子面土體中的水通過插入管預(yù)先導(dǎo)出， 一般采用鉆孔花鋼管做導(dǎo)流管。在二襯施工完成前，掌子面及初期支護(hù)段，均可能出現(xiàn)不同程 度的滲水，甚至形成細(xì)流，可以采用集中導(dǎo)排的方式將其及時引入 排水溝，排出洞外。嚴(yán)格控制因掌子面及拱腳因積水浸泡而導(dǎo)致圍 巖松軟、初期支護(hù)變形。5兩種施工方式的適用范圍兩種開挖支護(hù)方式均能較好地應(yīng)用于黃土隧道施工中，但也存 在一定的差別。具體地講，對于圍巖土質(zhì)含水量較小的地段，預(yù)留 核心土法施工既能確保施工安全質(zhì)量，又能減少邊墻支護(hù)次數(shù)，單 個工作日內(nèi)施工循環(huán)增加，施工進(jìn)度比三臺階法明顯加快。但對于 穩(wěn)定性較差、且含水量較大的地段，三臺階施工一次開挖范圍小、 支護(hù)時間短，能更好地確保施工過程中的安全。在筆者所施工的隧道中，上述兩種施工方式都得到了應(yīng)用。比 較來看，在施工組織連貫緊湊的前提下，預(yù)留核心土法日均可作3.5 個施工循環(huán)，掌子面月進(jìn)尺最快能達(dá)到100米，而三臺階