淺談黃土隧道“蘑菇型”開挖法

■謝一致

（福建省第一公路工程公司，泉州 362017）

1 前言

黃土隧道根據(jù)不同地質(zhì)條件，開挖方法主要有：臺階分部、環(huán)形開挖留核心土、雙側(cè)壁導(dǎo)坑、三臺階七步等多種開挖方法，但掘進進度大多都不理想。

“蘑菇型”開挖法即改進型正臺階開挖法，與全斷面開挖基本相似,是基于本隧道圍巖特征，對圍巖穩(wěn)定性有一定科學(xué)依據(jù)和開挖安全的前提下，提出一種新的開挖方法。該方法遵循“短進尺、少擾動、強支護、早封閉、嚴治水、勤量測”的方針，深入了解地質(zhì)狀態(tài)，及時用監(jiān)控量測反饋圍巖與支護動態(tài)變化指導(dǎo)施工，是對新奧法認識、探索過程中發(fā)展起來的。該方法作業(yè)空間大、開挖掘進快、相互干擾少、工作效率高，人力成本低、可同時展開多個工作面施工等優(yōu)點?？山鉀Q軟弱圍巖的穩(wěn)定問題和提高施工進度，該方法可供類似地質(zhì)的軟弱圍巖（尤其是黃土隧道）隧道施工參考。

2 隧道圍巖基本特征

西部大通道,包(頭)北(海)線陜西境，黃陵至延安高速公路南秋臺二號隧道為分離式黃土隧道，設(shè)計凈高為5m，凈寬為9.75m。隧道位于第四系中更新（Q2eol）離石黃土的中下部，厚度30～80m，為Ⅱ類圍巖（相當于Ⅳ級圍巖）。僅洞口處表層8～10m（第一層古土壤以上）為上更新統(tǒng)（Q3eol）馬蘭黃土為濕陷性黃土。

第四系中更新離石黃土（Q2eol）巖性為棕黃色、黃褐色低液限粉土質(zhì)粘土，局部粉土含量較高，稍濕、致密、低壓縮性，具有孔隙結(jié)構(gòu)，偶有白色晶斑和晶線，垂直節(jié)理發(fā)育，并有數(shù)層棕紅色古土壤及其下部鈣質(zhì)結(jié)合層。主要力學(xué)指標見表1。

表1 隧道圍巖物理力學(xué)指標

進洞后，巖性基本與設(shè)計資料吻合，稍濕無水，土質(zhì)較密實，為棕紅色黃土狀粘土、棕褐色低液限粉質(zhì)土。開挖面可見4～6 層鈣質(zhì)結(jié)核層，呈水平層分布(見圖1)，厚度50～80cm,在距拱頂400cm 和600cm 處結(jié)核層厚度分別為150cm 和100cm，結(jié)核塊為不規(guī)則形狀,大小10～30cm，最大50cm，鈣化程度較深，質(zhì)地堅硬，類似泥灰?guī)r狀，對隧道圍巖的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。

圖1 圍巖地質(zhì)剖面示意圖

隧道開挖后，圍巖徑向應(yīng)力釋放，環(huán)向應(yīng)力增加，并產(chǎn)生維護自身穩(wěn)定的彈性應(yīng)變，隨之強度下降產(chǎn)生松動變形，在松動變形之之前，進行初期支護，是確保施工安全必要條件。通過對圍巖和初支的周邊位移量測，隧道周邊相對位移值均小于設(shè)計值，表明圍巖穩(wěn)定性較好。隧道內(nèi)水平分布多層鈣質(zhì)結(jié)核層，不僅直接支撐了掌子面圍巖不會掉塊、崩塌，而且還減輕了洞室的側(cè)壓力。為了加快掘進速度，經(jīng)現(xiàn)場觀察，分析，論證，并對隧道圍巖的巖石力學(xué)性質(zhì)及支護體系的應(yīng)力計算，其安全度n 值大于4.5 的兩倍之多,安全度是有保證的。

3 “蘑菇型”開挖施工步驟

3.1 “蘑菇型”開挖

“蘑菇型”開挖方法：掘進采用挖掘機開挖，人工修鑿開挖輪廓線（半徑為R=618cm），開挖的掌子面如同蘑菇狀(見圖2)。開挖總高度7.89m，兩側(cè)邊墻留平臺寬度各2m，高度2.2m。

圖2 活動工作平臺示意圖

掘進長度：根據(jù)設(shè)計圖鋼拱架每兩榀間間距為75cm，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)狀況，每循環(huán)掘進225cm（安裝3榀鋼拱架距離）或300cm（安裝4 榀鋼拱架距離）。

施工工藝流程：挖掘機開挖→側(cè)卸裝載機裝土→自卸汽車運輸→利用自制活動工作平臺找頂和風(fēng)鎬修整輪廓線→初噴砼→掛鋼筋網(wǎng)→安裝鋼拱架→施作錨桿→復(fù)噴砼厚15cm～20cm（此時，為了實施平行流水作業(yè)提高掘進進度和更好地讓鋼拱架有一定的柔性變形及充分發(fā)揮圍巖的共同作用，復(fù)噴至15～20cm 時可先掘進，一般在鋼拱架周圍厚些，兩榀鋼拱架中間薄些，形成一圈圈凹槽。拉開30～50m 距離后,再復(fù)噴至設(shè)計厚度）→再復(fù)噴到設(shè)計厚度25cm。每日兩循環(huán)，日進尺4.5～6m。

3.2 邊墻開挖，鋼拱架支腿落底支護

邊墻開挖，必須采用跳槽開挖法。馬口長度不大于安裝三榀鋼拱架距離（225cm），跳槽長度不小于2.5m，嚴禁兩側(cè)同時開挖，開挖后，必須及時支護。

開挖時嚴禁碰及已施工拱部的初期支護，尤其鋼拱架腳法蘭盤及鎖腳錨桿。欠挖部分，人工手持風(fēng)鉆鑿除到位。邊墻地基上部留10cm 土層,用于調(diào)節(jié)拱架腿部安裝高度,馬口開挖后,立即安裝鋼拱架腿部支撐。安裝后，立即初噴、掛網(wǎng)、打錨桿、復(fù)噴、再復(fù)噴至設(shè)計厚度，完成邊墻初期支護。

3.3 仰拱開挖

仰拱開挖分左右幅和分段進行，縱向每段長度不大于10m，縱向施工縫設(shè)于總寬3/5 處（設(shè)計中央排水溝位于隧中仰拱之上）?；讘?yīng)預(yù)留10cm 人工開挖整平，使仰拱基底孤線圓滑平順，拱座與邊墻基礎(chǔ)平順相接。澆注砼前，清理基底虛渣→用高壓風(fēng)吹凈塵土→抹一層砂漿→澆筑仰拱砼。

4 結(jié)束語

南秋臺隧道“蘑菇型”開挖掘進，采用挖掘機開挖，側(cè)卸式裝載機裝土，自卸汽車運輸，活動工作平臺找頂、修整、支護。一次性開挖落底，施工空間大，可提高工作效率和工程質(zhì)量；縮短挖、裝、運時間；便于450cm 長錨桿施作；避免風(fēng)管、水管、電力線路多次敷設(shè)；相互干擾少，拉開距離后可展開開挖、清渣、支護“一條龍”施工和邊墻刷幫、支護以及仰拱、二襯多個工作面同時施工格局，并可實施平行流水作業(yè)。

黃延高速公路南秋臺黃土隧道，左右洞（兩個洞口）合計2485m，除洞口段約20m 采用環(huán)形開挖留核心土開挖方法外，其余均采用“蘑菇型”開挖法。實踐證明，切實可行，安全有保證。日進尺可達4.5～6m，單口月掘進150m 以上。

[1]JTJ 042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]陳國新.黃延高速公路南秋臺Ⅱ號隧道內(nèi)輪廓線的控制[J].山西建筑,2008,34(4).

[3]白羚.鋼管混凝土拱橋綜合施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(4).