中铁十局集团西北工程有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：隧道工程是道路工程中的重要部分，隧道工程受到各类外界因素的干扰和影响，使得施工难度和施工安全系数受到制约，严重时会造成大面积塌方事故的发生，影响隧道工程的施工效率和施工安全。黄土是我国国土区域广泛存在的一种特殊土，具有明显垂直节理的结构特性，针对黄土地区施工的隧道工程，湿陷性黄土地质条件是影响隧道施工的关键性因素。
关键词：湿陷性黄土；隧道施工技术；
随着陕西地区的经济水平和城市化进程的不断加快，陕西境内的各类道路工程建设项目不断增多，尤其是隧道工程，是缩短公路线路长度，提高公路运输质量的关键因素。黄土隧道在遇水浸湿或较大荷载作用下，会产生较大沉降和湿陷，使得隧道施工的安全性和稳定性不能得到保障，影响隧道工程的施工安全和施工效率。
一、湿陷性黄土隧道施工的特点
湿陷性黄土是一种土质均匀、结构疏松的特点的黄土，在没有受到水分影响时，湿陷性黄土的承载能力和抗压能力较高，一旦遭遇水分的影响，会使得湿陷性黄土的结构受到破坏，出现大面积竖向沉降的现象，会使得湿陷性黄土的地基和隧道受到影响，使得隧道的安全性受到影响。黄土隧道工程主要包括以下几个方面的特点：一是黄土隧道的开挖主要涉及对围岩土体结构的卸载，且随着围岩土体压力的减小，因节理切割形成竖向软弱面，在隧道开挖形成临空面后，已沿软弱面剥落，诱发局部塌方；二是伴随着开挖卸载，地下水易沿着节理面呈水滴状溢出且受施工措施不当因素影响，部分施工用水易聚集在拱脚位置，黄土遇水湿陷后隧道基地承载力降低，影响黄土隧道结构的稳定，造成初期支护结构竖向沉降加大，容易发生洞室坍塌，影响施工安全；三是隧道洞口位置多处于浅埋、偏压地段，易产生地表裂缝，受大气降雨影响，后期还可能出现滑坡、坍塌、衬砌开裂等变形灾害，影响运营安全。
二、湿陷性黄土隧道施工技术
1.洞口工程施工技术。
1）受黄土质地特殊性影响，黄土地区沟谷切割严重，沟壑纵横，黄土边坡具有坡度陡、覆盖层薄、埋深浅等特点，且坡面受雨水冲刷、风化的影响，裂隙发育严重。因此，黄土隧道边仰坡稳定性及针对浅埋采取的进洞支护措施最直接影响工程建设及运营安全，需引起高度重视。
2）综合考虑地形及地质条件，首先应避免大气降水对坡面的持续冲刷，做好截水、排水工作，防止地表水渗入开挖面影响明洞明洞边坡和成洞面的稳定。在距离边坡开口线5-10m距离外开挖矩形截水沟，两侧截水沟应延伸至安全排水带，不能由遗留支流。根据边坡高度情况，截水沟结构可灵活采用浆砌或混凝土结构，并具有一定厚度的隔水层，根据坡高情况，采用汽车吊等提升设备进行材料运输。
3）边仰坡开挖与防护同步进行，开挖至成洞断面时预留核心土体。针对黄土土质疏松特点，临时边仰坡防护采取挂网喷浆防护，锚钉采用早强砂浆锚杆配合钢筋网片联合支护，封闭结构采用10cm厚喷射混凝土。针对高边坡上部或具备放坡条件地段，边仰坡永久防护采用圬工防护与植物防护相结合的防护措施，利用拱形骨架等具备一定结构厚度的防护措施嵌入原状土体加强稳定坡面，同时在骨架外沿人工嵌入矩形预制块挡水并捋顺排水通道。骨架内部采用穴播植草、植生袋进行植物防护，一方面通过植物根系力学效益、植物蒸腾排水加强防护，另一方面改善了路容景观，突出了绿色施工效果。
4）针对山梁、山脊等偏压环境洞口地段，为防止边坡失稳及暗洞施工存在侧向压力过大造成的初期支护结构收敛变形，可采取在山体偏压侧向增加支挡措施。一般情况下，暗洞偏压段落采取反压回填、挡土墙、抗滑桩，施工阶段可综合考虑风险评估、位移观测及施工难度，选择经济合理的支挡措施。对于洞口浅埋段较长的地段，为减少施工难度、降低施工风险，采取了开挖后设置一段明洞的方案，明洞浇筑完毕后进行回填覆盖。针对明洞段落偏压，可通过在端墙式洞门单侧增加偏压挡墙，与端墙同步浇筑。明洞结构下部回填采用M7.5浆砌片石，下部采用土石回填，回填严格分层，保证压实度，通过偏压挡墙、明洞回填结构形成整体支挡结构完成洞口段支挡防护。
2.洞身开挖支护施工技术。
1）按照新奥法隧道施工原理，为保证初期支护结构与围岩联合支护体系，以求最大限度地保持围岩的固有强度和利用其自承能力。施工期间必须采用相对应的超前支护措施及系统支护措施，主要有洞口段超前长管棚、洞身段超前小导管、洞身段系统锚杆等。
①超前长管棚一般设于两端洞口，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件。管棚钢管均采用Φ108×6mm 热轧无缝钢管，环向间距40cm。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于20cm，与路面中线夹角1°布置。
②超前小导管适用于隧道Ⅴ级及Ⅳ级较差围岩地段。通过小导管注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件，小导管采用外径50mm，长450cm的热扎无缝钢管，环向间距约40cm，外倾角约5°～10°，纵向搭接长度不小于100cm。
③超前锚杆设置在隧道超前导坑Ⅳ级围岩地段，采用长350cm的Φ22药卷锚杆形式，环向间距约40cm，外倾角约10°～15°，纵向搭接长度不小于100cm。施工时应根据岩体节理面产状确定锚杆的最佳方向。
④系统锚杆在黄土隧道全隧设置，黄土地段宜采用早强砂浆钢筋锚杆，环向间距1m～1.5m，长度4m，纵向间距宜与钢架同间距，锚杆尾部设计为L型与钢架连接，以增加围岩与初支结构整体联结力。
2）针对黄土隧道开挖施工，可根据不同土质段落、断面类型及地下水估算情况，选择安全高效的开挖工法。针对标准双车道公路隧道，设计一般采用环形开挖两台阶预留核心土法。但考虑洞口段黄土垂直节理以及裸漏开挖面易失水风化而迅速剥落，上台阶环形开挖工序时间过长，掌子面及拱部开挖面上的裸漏土体容易失稳，造成局部塌方，故针对两台阶预留核心土工法优化后的三台阶预留核心土法对于开挖施工安全显得更具有优势。首先是三台阶开挖降低了上台阶开挖高度，即降低了临空面高度，减少了掌子面开挖作业时间，多作业面可循环安排工序，有利于掌子面快速支护，减少拱部塌方几率；其次是由于更改为三台阶，上台阶高度降低，支护施工不再需要作业台架，减少了支护工序中周转台架的作业时间，更加有利于快速支护，也降低了深埋段落由于工序等待时间过长引发的土体返水情况，避免了地下水对于湿陷性黄土造成的影响，规避了拱脚承载力降低引发黄土隧道拱部整体下沉的风险。故三台阶预留核心土法对于标准双车道黄土隧道开挖施工更具优势。
另外针对紧急停车带、与路基同宽断面等大断面隧道开挖工法，必须严格按照设计工法要求，采用单侧壁导坑、双侧壁导坑等分部导坑开挖施工工法，一侧导坑开挖支护封闭后再开挖另一侧导坑，如此循环分部开挖分部支护成环，对于大断面隧道开挖支护施工的稳定具有重要意义。
总体而言，黄土隧道开挖支护施工关键技术措施就是提高开挖面的稳定、控制拱部整体下沉和加强支护结构整体刚度，施工过程中需按照“短进尺、留核心、管超前、强拱脚、早封闭、测下沉、强支护”的原则紧抓开挖与支护施工衔接，达到稳定围岩、安全快速施工的目的。
3.临时及永久排水施工技术。
隧道防排水设计遵循防、排、截、堵结合，因地制宜、综合治理的原则，达到排水畅通、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。特别是针对黄土隧道，施工阶段的临时排水措施及保证运营后杜绝水害的永久排水措施质量控制，对于隧道结构工程安全意义重大。
1）临时排水是在施工过程中根据台阶高度、长度在台阶平面上临时修筑的排水通道，一般情况下上、中、下台阶距离拱脚位置1m以外修筑临时排水沟，将沿着开挖面沿岩体侧面流出的地下水沿着排水沟通道顺排至下台阶，再在下台阶平台位置挖筑临时集水坑，汇集后通过水泵抽排至成洞段落，最终以顺坡自排或反坡分级抽排的方式将地下水排除出洞外。
2）隧道永久排水系统主要为纵向、横向、环向排水管道将防水系统背部的地下水通过隧道路面下部中心排水沟排放至洞外。防水板将纵向排水管进行反包，并在防水板上剪一圆孔，将三通接头的出水口穿过该孔。横向排水管将二衬背后的水排入中心水沟，施工过程要经常检查，以确保整个排水系统的通畅，中心水沟坡比符合设计要求。另外北方地区冬季温度较低，冻土深度较深，为保证排水通畅，隧道中心水沟、洞外泄水口及洞口段纵向排水管道采取有效的防冻与保温措施。排水系统施工过程中必须加强管道的安装定位质量，保证管节处的安装质量及管道下部下部仰拱顶面标高控制，确保管道坡度符合设计要求，整体线形顺直，严禁出现反坡点及弯折点，造成地下水无法正常排出，出现衬砌背后水囊现象。另外对于位于冲沟处的洞门，施工时注意洞顶改沟与原山沟及路基段边沟合理衔接。隧道施工要重视保护生态环境，实行文明施工，提高机械化水平，尽量减少对隧道附近环境的破坏。
结束语
在隧道工程的施工过程中经常会遇到湿陷性的黄土地质，工程施工受地质、地下水等因素印象导发生基底沉陷、支护结构变形等问题，甚至还会影响此后的交通运营。对此，实际施工过程中，企业应结合当前的施工环境选择最科学有效的施工方法，从而有效保证施工质量水平。
参考文献：
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