黃土隧道施工工法變更設(shè)計應(yīng)用

姚興國

【摘 要】黃土隧道三臺階大拱腳臨時仰拱法取消臨時仰拱，大拱腳，加強鎖腳錨管，預(yù)留核心土施工應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】隧道三臺階；取消臨時仰拱；大拱腳；預(yù)留核心土；設(shè)計變更

1 工程概況

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道工程MHTJ-7標段共計13坐隧道，隧道全長31.862Km，8座是純黃土隧道，其中鄭莊隧道是控制性工程，兩端掘進，設(shè)計工期41個月。鄭莊隧道進口里程為改DK371+811.58，出口里程為DK376+147.47，隧道全長4335.89m，為單洞雙線隧道，隧道最大埋深約195.5m，最小埋深5m；進口為陜西省延安市杜家溝村，沿線經(jīng)過樊家塬與南溝，出口設(shè)在延長縣鄭莊村，該區(qū)是陜北黃土高原茆梁區(qū)，沖溝發(fā)育，大部分地區(qū)覆蓋厚層黃土。

2 工程水文地質(zhì)

鄭莊隧道進口改DK371+827～改DK371+847段地質(zhì)情況為砂質(zhì)新黃土：稍密-中密，稍濕，呈松散結(jié)構(gòu)；黏質(zhì)新黃土：硬塑-堅硬，呈松散結(jié)構(gòu)；黏質(zhì)老黃土：硬塑-堅硬，呈大塊狀壓密結(jié)構(gòu)。隧道洞底以上無地表水系；埋深5～17m；地下水為第四系孔隙潛水，其中改DK372+850～改DK376+147.47段最大涌水量1874m3/d。

3 設(shè)計情況

3.1 超前支護

鄭莊隧道進口改DK371+827～改DK371+847段設(shè)計圍巖級別為V級，開挖輪廓尺寸寬11.35m，高11.24m，開挖工法為三臺階大拱腳臨時仰拱法。采用？準108壁厚6mm的40m超前大管棚，管棚環(huán)向間距3根/米，傾角1～3°，管棚內(nèi)增設(shè)鋼筋籠以提高抗彎能力，鋼筋籠由4根？準22主筋和？準42*3.5m固定環(huán)組成，用M15水泥砂漿充填鋼管。

3.2 襯砌支護參數(shù)如表1所示。其中，鎖腳錨管為無縫鋼管（？準42 t=5mm）L=4m，每拱腳節(jié)點2根。

3.3 施工工法

（1）三臺階大拱腳臨時仰拱法中每榀上、中臺階拱腳設(shè)置大拱腳，大拱腳節(jié)點鋼板與初支鋼架間采用尺寸為20*20*1.4cm的等邊角鋼進行焊接連接，每處大拱腳處連接角鋼采用厚度為1.4cm的Q235鋼板與等邊角鋼內(nèi)緣焊接，鋼板尺寸為18*18*1.4cm（長*寬*厚），每塊鋼板直角邊兩側(cè)均與等邊角鋼焊接；大拱腳位置縱向開挖長度為初支鋼架基腳處節(jié)點鋼板縱向長度，大拱腳處鋼板安裝完成后，在施做初期支護C25噴射混凝土時，同時將將大拱腳位置噴射混凝土封閉。

（2）臨時仰拱采用I18，間隔1榀初支鋼架設(shè)置。

三臺階大拱腳臨時仰拱法橫斷面圖如圖1 所示。

4 工藝難點分析

4.1 大拱腳

（1）大拱腳開挖因尺寸小，全部采用人工開挖，且開挖完成后容易塌陷，造成拱腳及背后不密實，有虛渣；

（2）在施做初期支護噴射混凝土時，不能保證大拱腳及其角鋼內(nèi)鋼板間位置噴射密實，容易形成空洞，無法保證初期支護的穩(wěn)定。

4.2 臨時仰拱

（1）設(shè)置臨時仰拱無法保證掌子面前方土體的穩(wěn)定，坍塌嚴重；

（2）臨時仰拱對正常施工的干擾非常大，每循環(huán)施工周期長，不能使項目綜合效益最大化。

5 變更方案

5.1 開挖方法

將改DK371+827～改DK371+847段原設(shè)計的三臺階大拱腳臨時仰拱法調(diào)整為三臺階預(yù)留核心土法，即取消臨時仰拱及大拱腳，在上臺階預(yù)留核心土，鋼架部分采取掏槽施工，掏槽寬度以滿足人工開挖為準，隧道預(yù)留變形量30cm。

三臺階預(yù)留核心土法橫斷面圖如圖2所示。

5.2 施工保證措施

（1）為應(yīng)對因取消臨時仰拱導(dǎo)致的初期支護收斂的加大，將上、中臺階每節(jié)點處的鎖腳錨管由2根調(diào)整為4根，型號和長度與原設(shè)計一致；取消大拱腳，采用拱腳墊聚氨酯板和泡沫鋁（圖3），此墊板可循環(huán)使用；

（2）采用短臺階快速落底，封閉成環(huán)的技術(shù)措施，仰拱鋼架封閉位置距離掌子面不超過1倍洞徑距離，上臺階長度控制在3.5米，中、下臺階長度控制在3.5～4米；

（3）鎖腳錨管斜向下45°角安設(shè)，與鋼架通過？準25“ L”型螺紋鋼鋼筋焊接連成整體，保證焊接質(zhì)量；

（4）機械開挖時鋼架兩側(cè)腳部應(yīng)預(yù)留不小于20cm厚的土體，人工清理，確保鋼架坐落在穩(wěn)定地層上，防止兩側(cè)腳部懸空；

（5）上臺階每循環(huán)開挖進尺為1榀鋼架間距，邊墻每循環(huán)不超過2榀鋼架間距；

（6）開挖過程中，出現(xiàn)滲水，涌水現(xiàn)象時，及時引排至洞外，保證不沖刷拱腳；

（7）加強監(jiān)控量測，及時反饋結(jié)果，分析洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，為預(yù)留變形量及支護參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)；

（8）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，及時施做二次襯砌。

6 監(jiān)控量測情況

現(xiàn)場變更方案施工后照片如圖4所示。

施作二次襯砌前，監(jiān)控量測顯示：拱頂累計最大沉降61mm，最大沉降速率12mm/d，最大收斂累計5.1cm，最大變形速率8mm/d，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，變形已趨于穩(wěn)定。

7 效益分析

7.1 節(jié)約成本

根據(jù)工程量變化計算，取消臨時仰拱節(jié)約直接成本66736元，取消大拱腳節(jié)約直接成本55929元，增加鎖腳錨管措施增加直接成本32093元，方案優(yōu)化后此段里程范圍節(jié)約直接成本90572元。

7.2 縮短了工期

根據(jù)工序增減計算，此段里程范圍共節(jié)約112小時（表2）。

8 結(jié)論

（1）黃土隧道在施工中，開挖后及時支護，短臺階施工，及時施作初支仰拱，封閉成環(huán)；加強監(jiān)控量測，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整支護參數(shù)。

（2）施工中預(yù)留的核心土對掌子面土體的穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用；鎖腳錨管來控制拱腳位移，避免了臨時仰拱給施工造成的干擾；大拱腳控制拱腳的沉降的作用不明顯，施工中客觀上不能保證其功能的發(fā)揮；采用墊設(shè)墊板可以有效的控制拱腳的沉降。

（3）鄭莊隧道90%設(shè)計采用三臺階（大拱腳）臨時仰拱法施工，此種工法循環(huán)施工周期長，直接成本高，不利于控制項目的綜合效益；通過技術(shù)措施簡化施工流程，采用三臺階預(yù)留核心土法，即取消臨時仰拱及大拱腳，在上臺階預(yù)留核心土的方法，加快了施工進度，降低施工成本，為項目縮短工期，提高效益，值得推廣。

[責任編輯：楊玉潔]