黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護技術(shù)分析

宋 崇 躍

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

隨著當代隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展，隧道工程的理論和技術(shù)日益成熟，隨之而來的是隧道項目的增多，隧道的施工環(huán)境更為艱苦、地質(zhì)情況更為復雜。在西部地區(qū)主要需面對的是黃土地質(zhì)為隧道洞口開挖支護帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)。由于黃土地質(zhì)受到隧道開挖的影響會產(chǎn)生較大的變形，引發(fā)一系列沉降問題。在淺埋段還會因為沉降造成地表出現(xiàn)危害極大的貫穿類裂縫，嚴重時會造成黃土失穩(wěn)，極易產(chǎn)生工程事故，給施工人員的生命安全造成威脅。如何對黃土隧道進行有效的支護一直以來都是施工建設(shè)中的一大難題?，F(xiàn)針對這一難題分析黃土地質(zhì)的特質(zhì)，對隧道洞口的支護技術(shù)作重點研究，總結(jié)出相應(yīng)的施工方法，為類似的支護工程施工提供參考。

1 黃土質(zhì)的分類和特點簡述

黃土質(zhì)由于形成的年代不同，沉積狀況不同因此具有不同的性質(zhì)。按照沉積的時代可將黃土分為三類，即：新黃土、老黃土和紅色黃土。根據(jù)黃土的性質(zhì)可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土兩類。其中濕陷性黃土是一種極為特殊的土，容易受到水的影響，即使是前期在壓力作用下沉降量已經(jīng)達到較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但一遇到水，土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會迅速遭到破壞，還會產(chǎn)生較為明顯的沉降。造成這一現(xiàn)象的主要原因是黃土是在干旱或半干旱地區(qū)形成的沉積物。土中的骨架結(jié)構(gòu)為粗粉粒和砂粒，存在大量的無定型鹽類物質(zhì)。在天然的狀態(tài)下土骨架的強度較高，能提供較強的承載能力。當遇到水時鹽類等其他的膠結(jié)物會軟化，進而降低黃土的強度，發(fā)生地基的附加沉降，嚴重時會引起隧道的坍塌。因此在進行隧道開挖施工時應(yīng)務(wù)必注意對開挖洞口進行支護，避免引起較為嚴重的工程事故。

2 黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護的要點

2.1 隧道開挖要點

隧道工程對質(zhì)量的要求較高，尤其是鐵路上的客運專線設(shè)計速度較大，對隧道的耐久性和使用壽命都要求較高。而隧道施工技術(shù)是近幾年才得到應(yīng)用和發(fā)展的，因此在實際的施工中仍然存在不少缺點。在黃土地質(zhì)進行隧道開挖施工時，常常由于黃土地質(zhì)的圍巖較為軟弱、遇水時發(fā)生濕陷的特點為隧道的施工帶來技術(shù)性挑戰(zhàn)。目前常用的隧道開挖工藝主要有干法開挖和鉆孔。在隧道開挖前應(yīng)做好施工前的準備，應(yīng)注意在洞口邊設(shè)置截水溝，用防水砂漿等材料對截水溝進行鋪裝，必要時可設(shè)置防水層防止水分的滲透作用為隧道洞口帶來安全隱患。除此之外還需對周邊的排水系統(tǒng)進行檢查，確保施工過程中隧道洞口邊的水能及時流走，使洞口不會受到地面水的侵害。黃土隧道的開挖與其他石質(zhì)隧道開挖施工的不同之處主要在于地基的沉降，在施工過程中隧道的側(cè)壁和底部都會發(fā)生不同程度的位移，因此在施工時應(yīng)進行頻繁的檢測，對沉降縫、洞內(nèi)凈空等進行實時監(jiān)測。開挖過程中還應(yīng)隨時觀察土質(zhì)情況，根據(jù)不同土類的承載能力進行支護方案的設(shè)計，采用適宜的支護措施，保證開挖工作的順利進行。同時在對隧道洞口進行開挖時，需及時對基坑的雜物進行清理，若是發(fā)現(xiàn)洞口的坡腳存在損壞需及時的進行修補。黃土隧道由于黃土地質(zhì)的獨特性，嚴禁采用放炮開挖的方法對隧道進行施工。在隧道內(nèi)施工時也應(yīng)注意地下水對隧道穩(wěn)定性的影響。避免地基處被積水浸泡，影響地基結(jié)構(gòu)的承載力。

2.2 洞內(nèi)支護施工的要點

在開挖完成后還應(yīng)盡快選擇合適的支護工具進行超前支護。目前常用的支護工具主要有超前大管棚、錨桿、鋼架、噴射混凝土等，主要是對圍巖進行支護。對于黃土地基的處理，往往會采用水泥土擠密樁的方式來進行地基加固。支護具體可分為初期支護和二次襯砌。

對隧道洞口進行初期支護主要是為了對隧道圍巖的強度進行加強，使圍巖自身的承載力處于一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)。通常在黃土質(zhì)的隧道中采用大管棚進行超前支護，大管棚及鋼架支護的施工過程簡單、方便，可以在很短的時間內(nèi)組成洞口的支護系統(tǒng)，可有效阻止軟弱圍巖的坍塌。創(chuàng)造出隧道內(nèi)部施工的條件。在現(xiàn)場進行鋼架連接施工時要注意對鋼架的內(nèi)輪廓進行嚴格控制，對于黃土地質(zhì)必須對鋼架兩拱腳處的基礎(chǔ)進行檢測，確保基礎(chǔ)的牢固性，若基礎(chǔ)承載能力不夠可采用澆筑混凝土、打入擠密樁等方式對基礎(chǔ)進行處理，防止基礎(chǔ)的不均勻沉降影響隧道的后期施工。同時為保證隧道內(nèi)凈空滿足設(shè)計要求，可預留出鋼架的沉降量。鋼架和圍巖之間的空隙可采用噴射混凝土的方法進行密實地填充，以制約圍巖的變形。由于對圍巖進行混凝土噴射是為了保證巖層自身的穩(wěn)定性而采取的防護措施。最終使圍巖處于一個密閉的環(huán)境中阻止因為風化作用而造成圍巖的不穩(wěn)定。因此對噴射的混凝土具有一定的性能要求，一般來說混凝土的強度等級不應(yīng)低于C25，還應(yīng)具有良好的粘結(jié)性，保證與圍巖之間具有一定的粘結(jié)強度，和圍巖更好的組成一個完整的防護系統(tǒng)以阻止圍巖碎塊的脫落。對于黃土類地質(zhì)，通常在初支護完成后拱頂?shù)奈恢脮霈F(xiàn)較大的沉降，會在坡面出現(xiàn)裂縫，一般這些裂縫延環(huán)向分布，嚴重時會使拱腰位置出現(xiàn)貫穿裂縫，危及施工人員的生命安全。因此為進一步確保施工環(huán)境的安全性，會對圍巖進行二次襯砌。一來可以對初期支護的裂縫進行修補、減緩裂縫的開裂速度，二來可以使隧道的外觀得到修正，看起來更為美觀，在二次襯砌時可挑選模板的表面平整、接縫密實的模板臺車，以滿足對表面平整度的要求。如圖1所示為二次襯砌的施工。二次襯砌的施工質(zhì)量應(yīng)達到內(nèi)部填實、外部光滑的效果。在進行二次襯砌的過程中如果發(fā)現(xiàn)初期支護中圍巖發(fā)生了嚴重的變形或者裂縫的寬度過大，應(yīng)立即采用臨時支護裝置支承隧道內(nèi)的圍巖并對支護進行及時的修正調(diào)整，務(wù)必控制住圍巖的變形量和裂縫的寬度。避免施工過程中發(fā)生塌方等嚴重的工程事故。

3 黃土質(zhì)隧道洞口開挖支護技術(shù)的其他注意事項

黃土質(zhì)隧道洞口施工有一項重要原則，即“短進尺、強支護”，在對洞口進行開挖時應(yīng)注意嚴格按照隧道的斷面尺寸，并根據(jù)土質(zhì)情況確定一次挖掘的深度，挖掘過程中注意維護圍巖自身的承載力，應(yīng)避免對圍巖的持力層造成干擾破壞，使圍巖自身的強度能得到充足的利用。還需對開挖的深度進行嚴格地控制，嚴禁挖深不足，造成欠挖。同時為防止截面突變造成應(yīng)力集中，對隧道的受力產(chǎn)生不利影響，需控制開挖截面的一致性，避免截面突變，造成隧道局部應(yīng)力過大。影響隧道的安全性。還應(yīng)注意在仰拱進行施工前必須對基礎(chǔ)進行加固處理，在仰拱施工完成后應(yīng)注意盡早對隧道進行支護，防止變形量的增加。在對排水進行施工時，必須嚴格按照設(shè)計圖紙和相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范的要求，確保排水系統(tǒng)的完整性，必須保證隧道內(nèi)部的排水溝處于通暢的狀態(tài)，對碎石、碎土等雜質(zhì)應(yīng)進行及時的處理，以免阻塞排水設(shè)備，在隧道內(nèi)形成積水危及隧道的穩(wěn)定性。