淺談黃土隧道洞身開(kāi)挖施工技術(shù)

李 磊

中鐵四局集團(tuán)第七工程分公司，安徽合肥 230000

陜西省陜北是是中國(guó)的黃土高原，在黃土臺(tái)塬施工隧道，其施工進(jìn)度和安全性一直是施工企業(yè)面臨的難題。只要不是富含水的土壤，通過(guò)有效的開(kāi)挖方式保持圍巖的穩(wěn)定性，就能夠解決這個(gè)難題。對(duì)于黃土為強(qiáng)風(fēng)化泥巖或粘土巖的Ⅴ級(jí)圍巖，通過(guò)采用保留中央核心土的“三臺(tái)階七步法”開(kāi)挖技術(shù)，在陜西延安一帶的高速公路隧道施工中，得到了較好運(yùn)用，既提高了工效又保證了施工安全。

1 隧道開(kāi)挖方法

1.1 總體施工方案

對(duì)于粘土巖采用三階段機(jī)械化作業(yè)，第一是洞身掘進(jìn)，主要采用小型挖掘機(jī)開(kāi)挖，人工采用風(fēng)鎬配合局部和細(xì)部的開(kāi)挖、采用裝載機(jī)、自卸汽車出碴運(yùn)輸；第二是圍巖支護(hù)，淺埋或偏壓洞口先采用管棚進(jìn)行超前支護(hù)，采用鉆機(jī)及注漿機(jī)進(jìn)行超前小導(dǎo)管、中空徑向錨桿進(jìn)行施工和注漿；架立鋼拱架和鋼格柵使用濕噴機(jī)噴射混凝土封閉圍巖。第三是襯砌施工，采用襯砌臺(tái)車模板，混凝土采用機(jī)械集中攪拌、攪拌車運(yùn)輸，混凝土輸送泵完成全斷面襯砌一次成型。通風(fēng)采用大功率通風(fēng)機(jī)、大口徑軟管、壓入式長(zhǎng)大隧道供風(fēng)技術(shù)。

1.2 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法

按照?qǐng)D1所示，下面將直觀、詳細(xì)地描述三臺(tái)階七步法開(kāi)挖方式。

圖1 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工立體效果圖

（1） 上臺(tái)階的開(kāi)挖 （第1步）：如圖1所示，1數(shù)字表示的環(huán)形斷面位置，為首先開(kāi)挖的部位。開(kāi)挖前必須檢查上一循環(huán)的拱部超前支護(hù)是否完成，完成檢驗(yàn)無(wú)誤后方可開(kāi)挖；沿環(huán)形開(kāi)挖，環(huán)形中間預(yù)留核心土，其寬度為開(kāi)挖總寬度的一半左右，掘進(jìn)的深度要控制在3～5m的范圍。每次掘進(jìn)的深度按照鋼拱架的設(shè)計(jì)架間距確定，開(kāi)挖一個(gè)循環(huán)后，應(yīng)及時(shí)安裝鋼拱架和鎖腳錨桿，完成上臺(tái)階開(kāi)挖的控制深度后，對(duì)上臺(tái)階的周邊進(jìn)行初期支護(hù)，立即噴射5cm厚的混凝土進(jìn)行封閉。

（2） 中臺(tái)階的開(kāi)挖 （第2、3步）：如圖1所示，2、3數(shù)字表示為左右中臺(tái)階，中臺(tái)階的開(kāi)挖要在上臺(tái)階做完初期支護(hù)后進(jìn)行，每次掘進(jìn)的深度按照鋼拱架的設(shè)計(jì)間距確定，左右臺(tái)階必須交錯(cuò)開(kāi)挖，前后要錯(cuò)開(kāi)2～3m，開(kāi)挖的高度應(yīng)控制在3.2m左右。每完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺后，要立即接長(zhǎng)上臺(tái)階的鋼拱架，并且在中臺(tái)階安裝好鎖腳錨桿。完成中臺(tái)階開(kāi)挖的控制深度后，對(duì)中臺(tái)階的周邊進(jìn)行初期支護(hù)，立即噴射5cm厚的混凝土進(jìn)行封閉。

（3） 下臺(tái)階的開(kāi)挖 （第4、5步）：如圖1所示，4、5數(shù)字表示為左右下臺(tái)階，下臺(tái)階的開(kāi)挖要在中臺(tái)階做完初期支護(hù)后進(jìn)行，每次掘進(jìn)的深度按照鋼拱架的設(shè)計(jì)間距確定，左右臺(tái)階必須交錯(cuò)開(kāi)挖，前后要錯(cuò)開(kāi)2～3m，開(kāi)挖的高度應(yīng)控制在3.2m左右。每完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺后，要立即接長(zhǎng)中臺(tái)階的鋼拱架，并且在下臺(tái)階安裝好鎖腳錨桿。完成下臺(tái)階開(kāi)挖的控制深度后，對(duì)下臺(tái)階的周邊進(jìn)行初期支護(hù)，立即噴射5cm厚的混凝土進(jìn)行封閉。

（4） 核心土的開(kāi)挖 （第6步）：如圖1所示，6-1、6-2、6-3數(shù)字表示三個(gè)臺(tái)階的中心預(yù)留土，在下臺(tái)階完成初期支護(hù)后，按照6-1、6-2、6-3的順序，采用小型挖掘機(jī)進(jìn)行挖土，然后由裝載機(jī)和自卸汽車運(yùn)出碴土。

（5） 仰拱部的開(kāi)挖 （第7步）：如圖1所示，7數(shù)字表示仰拱部位的開(kāi)挖。仰拱開(kāi)挖要距離下臺(tái)階約20m左右，每次開(kāi)挖的長(zhǎng)度約為2.5m左右，開(kāi)挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，完成兩次初期支護(hù)后要及時(shí)施工仰拱，并且封閉成環(huán)。仰拱的每次長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制6m以內(nèi)。

（6） 仰拱襯砌施工：仰拱初期支護(hù)完成后，進(jìn)行定期檢測(cè)，待初期支護(hù)穩(wěn)定后，澆筑仰拱襯砌和拱墻混凝土，然后在進(jìn)行拱底填充施工。

2 施工控制要點(diǎn)

2.1 超前支護(hù)注漿小導(dǎo)管

采用壁厚5mmΦ50熱軋無(wú)縫鋼管加工，單根長(zhǎng)度5m；環(huán)向間距50cm，搭接長(zhǎng)度不小于1m；小導(dǎo)管應(yīng)從鋼拱架內(nèi)穿過(guò)，與開(kāi)挖線保持15°向外夾角進(jìn)行鉆孔，然后把小導(dǎo)管插入拱部圍巖內(nèi)，注漿后立即封堵小導(dǎo)管與孔洞的孔隙，小導(dǎo)管露出的部分必須與鋼架焊接。

2.2 中空注漿錨桿

施工工藝：鉆孔→清孔→插桿體→注漿→上墊板、螺帽并緊固。

按照設(shè)計(jì)的深度要求，采用人工進(jìn)行鉆孔，鉆好孔后要清理孔內(nèi)殘存的渣土，最好用空壓機(jī)吹干凈，錨桿插入后用高壓泵灌注水泥漿。

2.3 型鋼拱架、格柵鋼架

鋼拱架應(yīng)當(dāng)在加工廠按設(shè)計(jì)圖進(jìn)行制作，制作后應(yīng)當(dāng)試拼，合格后方可使用，拼裝鋼架時(shí)，每段的連接螺栓必須擰緊，連接板間不得虛空。

為防止拱架下沉，拱腳底部設(shè)托板，控制拱架下沉量。拱架與鎖腳錨桿必須焊接牢固，每榀鋼架間用鋼筋焊接形成一個(gè)整體。

2.4 砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)

施工工序：鉆孔→清孔→注漿→插桿體→上墊板、螺帽并緊固。

砂漿錨桿采用螺紋鋼制作，網(wǎng)片在洞外加工成型。錨桿與網(wǎng)片通過(guò)錨桿墊片連接固定，網(wǎng)片之間要滿足設(shè)計(jì)要求的搭接長(zhǎng)度。

鋼筋網(wǎng)噴射砼時(shí)，采用砼濕噴機(jī)先在圍巖面噴射一層砼后再進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)，并在錨桿安設(shè)后進(jìn)行。

2.5 機(jī)噴混凝土

噴射砼要緊跟開(kāi)挖面施工，采用機(jī)械濕噴。噴前，應(yīng)將壁面的浮塵與雜物清理干凈。噴射時(shí)應(yīng)分段、分片有序進(jìn)行，噴嘴與壁面應(yīng)當(dāng)保持垂直，距離保持在0.8m左右為宜。

3 施工注意事項(xiàng)

（1） 盡量減少圍巖暴露時(shí)間，避免土壤失水脫落。

（2） 初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)，二襯距開(kāi)挖掌子面最大不超過(guò)70m。

（3） 超前支護(hù)是安全施工的重要保證，必須嚴(yán)格做到。

（4） 隧道周邊宜采用人工輔助開(kāi)挖，擾動(dòng)小，防超挖。如果發(fā)現(xiàn)超挖現(xiàn)象，初支與圍巖間空隙應(yīng)當(dāng)注漿充填。

（5） 做好洞內(nèi)排水，嚴(yán)禁拱腳積水。

（6） 定期進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，發(fā)現(xiàn)超常，立即處理。

4 適用范圍和技術(shù)特點(diǎn)

4.1 適用范圍

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法，適用于100～180m2開(kāi)挖斷面，且Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖要具備一定自穩(wěn)條件，圍巖呈流塑狀態(tài)的不能采用此法施工。本法適用于強(qiáng)風(fēng)化粘土巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等。如果隧道洞口出現(xiàn)淺埋或偏壓，必須做一環(huán)30m長(zhǎng)，Φ108鋼管超前大管棚支護(hù)，方可采用此法施工。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

采用此法施工，能夠形成多個(gè)施工作業(yè)面，方便小型機(jī)具直接開(kāi)挖，提高月進(jìn)尺。如果圍巖情況發(fā)生變化，能夠及時(shí)改變施工方法；分段的初期支護(hù)操作比較方便，采用兩邊相錯(cuò)開(kāi)挖，預(yù)留中間核心土墩，對(duì)于隧道工作面的穩(wěn)定起到了很大作用，很大程度上提高了作業(yè)面施工人員的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法通過(guò)在黃土地區(qū)Ⅴ級(jí)粘土巖的施工實(shí)踐，對(duì)工程質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工安全性，都起到了很大的幫助，取得良好的經(jīng)濟(jì)效果。該方法比傳統(tǒng)軟弱圍巖施工的側(cè)壁導(dǎo)坑法、CD法、CRD法減少了拆除臨時(shí)支護(hù)，避免了拱頂受力轉(zhuǎn)換而形成的不安全因素，有著很好的參考價(jià)值和普遍的推廣意義。