黃土山嶺隧道開(kāi)挖施工技術(shù)探討

周昆

摘 要：黃土隧道施工難點(diǎn)多，風(fēng)險(xiǎn)大、難度大。該文通過(guò)結(jié)合黃土山嶺隧道工程實(shí)例，分析了該工程地質(zhì)特點(diǎn)及其工程難點(diǎn)，結(jié)合黃土隧道特點(diǎn)提出隧道開(kāi)挖及其爆破時(shí)的技術(shù)措施，嚴(yán)格貫徹“弱爆破”的原則，有效確保該類(lèi)型土質(zhì)隧道的施工安全性，為同類(lèi)工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：黃土山嶺隧道 隧道開(kāi)挖 洞身開(kāi)挖

中圖分類(lèi)號(hào)：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）02（c）-0094-02

BLTJ-14標(biāo)段全長(zhǎng)15.897 km，起訖里程DK1 012+435.5～DK1 028+332。包括隧道2座、斜井5座、橫洞2座、橋梁1座、無(wú)砟軌道31.8 km。正線隧道：共有2座，均為單洞雙線隧道，總長(zhǎng)15 817.4 m，其中特長(zhǎng)隧道1座為古城嶺隧道，長(zhǎng)度為10

364.6 m，長(zhǎng)隧道1座為蘭山隧道，長(zhǎng)度為5 452.8 m。

1 工程地質(zhì)特點(diǎn)

該工程地處隴西黃土高原西北部，地面高程1 704～1 897 m，沿線地形起伏較大，位于黃土高原梁峁，溝壑縱橫區(qū)。黃土梁峁區(qū)頂部及山坡上為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土覆蓋，溝谷中分布有第四系全新統(tǒng)沖積黃土、洪積圓礫土和上更新統(tǒng)沖、洪積砂質(zhì)黃土及粗圓礫土，溝心多為第四系碎石類(lèi)土層，局部第三系底層出露，洞身主要為沖積砂質(zhì)黃土及第三系泥巖夾砂巖及礫巖，局部為碎石類(lèi)土。地處隴西系內(nèi)旋褶帶，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。晚第三紀(jì)以來(lái)，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為活躍，表現(xiàn)為河谷階地上升顯著，現(xiàn)代河流侵蝕、下切明顯，河谷兩岸階地發(fā)育，構(gòu)成頗為典型的河谷階地地貌，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為差異性整體抬升運(yùn)動(dòng)，山地?cái)鄩K強(qiáng)烈隆升，盆地相對(duì)下沉，形成現(xiàn)今的地貌形態(tài)和格局。

2 工程難點(diǎn)分析

古城嶺隧道出口及蘭山隧道進(jìn)口無(wú)進(jìn)洞條件，同時(shí)還需要采取橫洞進(jìn)洞通過(guò)。同時(shí)大坪溝中橋兩側(cè)存在高差達(dá)到140 m的陡崖，這加大了臨建規(guī)劃難度，尤其是加大了場(chǎng)地布置以及施工便道難度。另外，該隧道還存在較多地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如自重濕陷性黃土、黃土陷穴等地質(zhì)類(lèi)型以及正線隧道多個(gè)工作面為反坡施工，主要的施工難點(diǎn)及重點(diǎn)如下。

（1）古城嶺隧道洞身主要為濕陷性黃土不良地質(zhì)，其Ⅴ級(jí)圍巖3 434.6 m占33.1%，Ⅳ級(jí)圍巖6 530 m占63.0%，造成隧道開(kāi)挖難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。在不良地質(zhì)段進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工是隧道施工難點(diǎn)。

（2）古城嶺隧道出口瀕臨陡崖，場(chǎng)地布置以及臨建規(guī)劃難度較大，同時(shí)存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)高，橫洞進(jìn)洞與洞口穩(wěn)定的確保是該隧道工程施工的難點(diǎn)。

（3）環(huán)境保護(hù)要求高。工程處于黃土高原丘壑區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，為省級(jí)重點(diǎn)環(huán)境治理區(qū)及保護(hù)區(qū)，工程實(shí)施期間，環(huán)境保護(hù)與建設(shè)協(xié)調(diào)要求高，工程實(shí)施期間如何確保環(huán)境及生態(tài)安全是該隧道工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 工程難點(diǎn)處理方案提出

結(jié)合上述所總結(jié)的該隧道施工難點(diǎn)可以表明，該隧道工程風(fēng)險(xiǎn)大、難度大?；谏鲜鏊岢龅碾y點(diǎn)，該工程古城嶺隧道出口無(wú)進(jìn)洞條件，通過(guò)橫洞進(jìn)洞。正線隧道均為單洞雙線斷面，輔助坑道除古城嶺隧道4#斜井為雙車(chē)道斷面外，其余橫洞均為單車(chē)道+錯(cuò)車(chē)道斷面。隧道的正線洞口均位于Ⅳ級(jí)自重濕陷性風(fēng)積砂質(zhì)黃土地層，需先進(jìn)行洞頂黃土陷穴填筑、柱錘沖孔樁基底加固，三七灰土基礎(chǔ)換填、明洞及管棚施工，以及橋隧相連的古城嶺隧道出口洞頂抗滑樁施作，待上述工序施工完成后方可暗挖進(jìn)洞。

鑒于輔助坑道及正線隧道均為黃土及軟巖隧道，4#斜井及古城嶺隧道出口橫洞、古城嶺后半座正線隧道為軟巖隧道，穿越地層主要為泥巖，局部為泥巖夾砂巖、泥巖夾礫巖、礫巖，隧道采用松動(dòng)爆破開(kāi)挖。輔助坑道采用上、下臺(tái)階法開(kāi)挖，同時(shí)鑒于正線隧道屬于Ⅳ級(jí)圍巖，經(jīng)考慮隧道開(kāi)挖施工選取三臺(tái)階法（圖1），對(duì)于黃土隧道屬于Ⅳ級(jí)圍巖，隧道開(kāi)挖施工選取三臺(tái)階七步法，針對(duì)于一般地段的Ⅴ級(jí)圍巖隧道開(kāi)挖，則開(kāi)挖方法選取三臺(tái)階設(shè)臨時(shí)橫撐法。

4 處理技術(shù)實(shí)施

針對(duì)該工程隧道屬于黃土山嶺隧道，因此在整個(gè)隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)其采取超前探測(cè)，可通過(guò)采取物探技術(shù)方式實(shí)施。開(kāi)挖施工方法主要采取機(jī)械開(kāi)挖為主，人工開(kāi)挖為輔。

4.1 隧道洞口開(kāi)挖施工

針對(duì)于整個(gè)隧道洞口開(kāi)挖，為了有效確保山坡的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)避免雨季實(shí)施施工，同時(shí)在開(kāi)挖施工前首先檢查邊、仰坡以上的山坡穩(wěn)定，尤其是針對(duì)邊、仰坡及早做好坡面防護(hù)，盡可能地減少破壞山體，另外在開(kāi)挖施工全過(guò)程采取實(shí)施監(jiān)測(cè)。

該隧道工程在進(jìn)行開(kāi)挖明洞、洞門(mén)施工前，為了能有效防止邊坡落石等情況，先設(shè)置好洞口邊、仰坡外的截、排水溝。開(kāi)挖施工時(shí)裝碴由裝載機(jī)或挖掘機(jī)實(shí)施，運(yùn)碴則由自卸汽車(chē)實(shí)施。開(kāi)挖施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，對(duì)于開(kāi)挖接近超前支護(hù)相應(yīng)標(biāo)高時(shí)，必須先采取超前支護(hù)處理。為了能有效保證邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)合邊坡地形穩(wěn)定程度，坡面用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土作為臨時(shí)防護(hù)。邊仰坡刷坡開(kāi)挖采取自上而下進(jìn)行，控制各層開(kāi)挖高度為2～3 m范圍內(nèi)，各分層均采取錨桿網(wǎng)噴支護(hù)處理。

4.2 洞身工程施工

洞身開(kāi)挖方法：Ⅳ級(jí)巖石地段采用三臺(tái)階法；Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階并設(shè)臨時(shí)橫撐。隧道Ⅴ級(jí)圍巖段采用三臺(tái)階法臨時(shí)橫撐法開(kāi)挖，首先進(jìn)行超前支護(hù)，進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖→初期支護(hù)及橫向支撐施工→中臺(tái)階開(kāi)挖→中臺(tái)階支護(hù)及橫向支撐施工→下臺(tái)階開(kāi)挖→邊墻及底部支護(hù)→仰拱澆注→臨時(shí)橫向支撐拆除→拱墻二襯。三臺(tái)階臨時(shí)仰拱開(kāi)挖法施工工序圖如圖2所示。開(kāi)挖過(guò)程采用弱爆破或松動(dòng)爆破時(shí)，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行，并不斷進(jìn)行優(yōu)化。特別要注意斷面交界處的超欠挖和成形控制是重點(diǎn)。量測(cè)必須及時(shí)緊跟，及時(shí)分析反饋，指導(dǎo)安全施工。

三臺(tái)階法開(kāi)挖工序?yàn)椋旱?步：開(kāi)挖①部臺(tái)階，同時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺一次，均應(yīng)做好超前支護(hù)。做好上臺(tái)階洞身結(jié)構(gòu)初期支護(hù)；第2步：上臺(tái)階施工適當(dāng)距離后，開(kāi)挖②部臺(tái)階，并進(jìn)行中臺(tái)階初期支護(hù)；第3步：中臺(tái)階施工適當(dāng)距離后，開(kāi)挖③部臺(tái)階，并進(jìn)行中臺(tái)階初期支護(hù)；第4步：開(kāi)挖④步臺(tái)階，及時(shí)封閉初期支護(hù)，及時(shí)施作仰拱混凝土、填充混凝土，及早封閉成環(huán)。 臺(tái)階法開(kāi)挖順序圖如圖3所示。

4.3 爆破處理時(shí)注意事項(xiàng)

鉆爆擬用松動(dòng)爆破、機(jī)械配合、人工休整方式進(jìn)行開(kāi)挖。作業(yè)隊(duì)根據(jù)每次爆破后的爆破效果，分析原因并及時(shí)修正爆破參數(shù)，提高爆破效果，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)圍巖地質(zhì)情況及開(kāi)挖斷面尺寸，采用復(fù)式楔形掏槽。爆破器材選用乳化炸藥，規(guī)格為Ф32藥卷，雷管采用1～7段塑料導(dǎo)爆管非電毫秒雷管，電容式非電毫秒雷管激發(fā)器起爆。炮眼直徑選用42 mm鉆孔直徑，采用電鉆鉆孔。炮眼深度根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)資料及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，上臺(tái)階進(jìn)尺不超過(guò)1榀鋼架間距（0.6 m），除掏槽眼外，其余眼均采用0.7 m深鉆孔，掏槽眼為0.8 m；上斷面炮眼布置采用掏槽眼+底板眼+周邊眼的松動(dòng)爆破方式。另外，采用復(fù)式楔形掏槽，設(shè)置3+2對(duì)掏槽眼，掏槽眼間距100 cm；周邊眼距離開(kāi)挖輪廓線10 cm，周邊眼間距采用45 cm。

5 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合黃土地質(zhì)隧道施工實(shí)例，了解到該隧道施工過(guò)程中嚴(yán)格貫徹“弱爆破”的原則，同時(shí)施工中加強(qiáng)地質(zhì)鉆探，采用弱爆破開(kāi)挖，減少對(duì)應(yīng)力集中區(qū)的擾動(dòng)，以及采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)、支護(hù)及襯砌早成型，最終確保了該黃土隧道安全施工，為同類(lèi)工程提供參考借鑒。

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