大斷面黃土隧道快速掘進的施工措施

黃土作為在工程實踐中非常常見的圍巖結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形式之一，其綜合性質(zhì)具有一定的特殊性。已有的研究中認為，黃土結(jié)構(gòu)強度較低，因此在上部施工作業(yè)開展中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問題，具體表現(xiàn)為垮塌或崩解等安全事故。但黃土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于其直立性較高，有非常理想的成型條件。從這一角度上來說，在黃土隧道掘進開挖后，比較不容易發(fā)生工作面擠出或推移的問題，且由于黃土結(jié)構(gòu)下巖面在開挖期間的穩(wěn)定性好，成型條件理想，因此即便是對于短進尺的工況而言，黃土結(jié)構(gòu)仍然有一段時間能夠確保巖體的整體穩(wěn)定性，這利用這一特點，工作人員能夠在巖體結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)大規(guī)模安全事故之前，及時的完成包括噴錨以及立架在內(nèi)的相關(guān)工作，整體上來說施工安全且可靠。從這一角度上來說，只要立足于對黃土隧道基本性質(zhì)的分析，選擇合理的施工方案，即能夠在滿足大斷面黃土隧道快速掘進要求的同時，確保掘進施工的安全性與可靠性。本文即結(jié)合工程實例，對大斷面黃土隧道快速掘進施工方面的關(guān)鍵問題展開分析與探討。

1 工程概況

XX客運專線全長為350.0km，沿線共設(shè)置有30座隧道，隧道整體長度為68.0km。90%以上為黃土隧道。隨著XX客運專線施工作業(yè)的不斷推進與發(fā)展，黃土隧道所表現(xiàn)出的地質(zhì)特點以及力學(xué)性質(zhì)得到了更加全面與深入的認識，黃土隧道對施工造成的難度與挑戰(zhàn)得到了工程施工人員的高度關(guān)注與重視。

本工程實例中的黃土隧道快速掘進工劃分為三個臺階進行開挖施工作業(yè)，臺階長度按照4.0～6.0m標準進行控制?，F(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)顯示:臺階開挖過程中核心土兩側(cè)距開挖面長度在2.0m左右，上臺階開挖高度為4.2m。臺階開挖過程當中，實際跨度取值為13.7m，矢跨比為0.3，整體開挖面積為65.5m2，中臺階開挖高度為3.6m，整體開挖面積為 28.3m2，下臺階開挖高度為 3.5m，單元長度為 3.4m。

2 施工流程

在本工程中洞身開挖采用三臺階七步開挖法施工，本施工方法的操作要點是:在隧道開挖期間根據(jù)實際情況，將開挖工作面劃分為七個部分，七個開挖工作面相互錯開，同步展開作業(yè)，然后分別做支護處理，各個區(qū)域的支護方案相互配合，形成一個支護整體。這種開挖方法的優(yōu)勢在于:分多個區(qū)域進行同步開挖，能夠有效的降低作業(yè)循環(huán)時間，逐步向深層工作面推進，開挖作業(yè)與初期支護作業(yè)相互配合，能夠形成一個結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的支護工作體系。按照這一思路，在施工過程當中遵循以下流程展開作業(yè):

首先，在拱部位置搭設(shè)超前支護系統(tǒng)，開挖遵循自上而下的基本原則，通過機械開挖與人工風(fēng)鎬相配合的方式實現(xiàn)，開挖期間預(yù)留核心土。本工程中，每循環(huán)開挖長度按照80.0cm標準進行控制，在完成開挖后安排專人進行混凝土噴射工作，按照4.0～6.0cm標準對混凝土噴射厚度進行控制，完成噴射后即封閉工作面。

其次，混凝土初期噴射作業(yè)完成后，根據(jù)設(shè)計要求架設(shè)鋼架結(jié)構(gòu)，上弧導(dǎo)分5節(jié)進行安裝，環(huán)向通過鋼板螺栓進行連接，縱向選擇截面22.0mm標準連接，按照1.0m控制間隔距離。

再次，在完成對錨桿部分，拱架部分，以及鋼筋網(wǎng)部分的施工作業(yè)后，需要安排專人使用強度C25等級混凝土進行噴射作業(yè)，使承載拱結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)之上，以拱頂承載拱支護為前提條件，對左右兩側(cè)中臺階馬口進行開挖，期間采取交錯式的開挖方案，開挖過程當中及時進行支護作業(yè)。

最后，對中部上中下臺階預(yù)留土進行開挖作業(yè)，達到滿意開挖效果后，采取分段方式進行仰拱結(jié)構(gòu)的開挖作業(yè)，同時配合進行支護施工，根據(jù)支護方案完成仰拱混凝土的施作作業(yè)。

3 施工期間技術(shù)要點

(1)在對超前小管棚支護方案進行設(shè)計應(yīng)用的過程中，需要在一般設(shè)計標準基礎(chǔ)之上適當加密，以適應(yīng)本區(qū)域的特殊地質(zhì)情況。在本工程案例施工開挖期間，超前支護間隔距離設(shè)置為0.4m/根，前期仍然出現(xiàn)拱部掉塊超挖的問題。針對此問題，縮短小管棚支護期間間隔距離，降低至0.2～0.25m/根，從而解決了該問題，對超挖有良好的控制效果。

(2)為最大限度的確保隧道掘進的快速性與穩(wěn)定性，施工期間需要嚴格遵循短臺階法施工的相關(guān)原則。特別是針對本地區(qū)實際情況而言，由于掘進區(qū)域內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)含水量較大，若預(yù)留的臺階過長，則滲水會沿著已經(jīng)噴射好的初期支護混凝土結(jié)構(gòu)外延，并在拱腳位置匯集，形成自然集水區(qū)，甚至?xí)M一步導(dǎo)致初期支護受壓影響，下沉量增大的問題，最終可能演變?yōu)槌跗谥ёo開裂或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。而通過應(yīng)用短臺階施工的方式，能夠確保初期支護迅速連續(xù)成環(huán)，使整個受力結(jié)構(gòu)具有環(huán)狀密封的形態(tài)，以確保掘進的安全性與穩(wěn)定性。

(3)從初期支護安全性的角度上來說，鎖腳錨桿的應(yīng)用有著非常關(guān)鍵的意義與價值。有關(guān)工程試驗中分析得出:在大斷面隧道掘進施工過程當中，斷面拱腳位置以及墻角位置會受到較大側(cè)向壓力作用力的影響，在這一過程當中錨桿發(fā)揮著拉桿的作用，從而保障工字鋼架在受到側(cè)向壓力作用時不會出現(xiàn)洞內(nèi)位移的現(xiàn)象，因此也能夠使快速掘進施工期間支護結(jié)構(gòu)的受力達到穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。

(4)在隧道快速掘進施工作業(yè)的實施過程當中，為實現(xiàn)對拱頂下沉量的合理控制，最關(guān)鍵性的措施在于根據(jù)掘進工作面的實際情況，適當擴大拱腳。通過此項措施，促進承壓面積的擴大，使掘進施工過程當中的豎向壓力傳遞更加可靠，同時還可使節(jié)點橫向受力關(guān)系更加的穩(wěn)定。結(jié)合本工程項目的實際情況來看，根據(jù)對黃土性質(zhì)的分析，將擴大拱腳設(shè)計值控制在0.8～1.2m3區(qū)間內(nèi)。

(5)在掘進施工中，施工人員還可以通過對初期支護鋼架縱向連接筋進行加密處理的方式，使鋼架結(jié)構(gòu)的整體受力能力得到合理的提升與鞏固。本工程施工作業(yè)實施期間，將拱腳部位，拱腰部位，以及拱頂部位所對應(yīng)的縱向連接鋼筋間距按照0.2～0.3m標準進行設(shè)置，其他區(qū)域則按照0.3～0.4m標準設(shè)置間距。

(6)在工作面開挖作業(yè)的實施過程當中，仰拱施工作業(yè)以及混凝土的回調(diào)工作需要同步開展，盡量縮小兩個工序的間隔時間。同時，按照20.0～30.0m對間隔距離進行合理控制。同時，二次襯砌需要盡早展開施工，其目的在于盡早的完成隧道完整的受力結(jié)構(gòu)，距離按照40.0～50.0m標準進行控制。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合了大斷面黃土隧道的工程施工特點，選擇某大斷面黃土隧道施工實例作為研究對象，系統(tǒng)分析了本隧道在快速掘進施工過程當中的基本施工流程以及技術(shù)要點，通過三臺階七步開挖的方式，解決了在黃土隧道施工過程當中容易出現(xiàn)的各種問題，施工工序可控性良好，施工安全且質(zhì)量可靠，圓滿達成了隧道快速掘進施工的基本目標，保障了施工工期。同時，配合對施工期間相關(guān)技術(shù)要點的實施，使得黃土地質(zhì)下的隧道施工難題得到了解決，對于同類工程施工作業(yè)有一定的參考意義與價值。

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