黃土隧道超欠挖控制研究

王海堂 李遠新 賀耀偉 李濤 胡文斌

摘要：超欠挖控制是隧道工程施工管控的重中之重，將影響工程的施工效益、施工安全、工程品質、項目進度等方面。黃土隧道超欠挖控制更是許多隧道人亟待解決的施工難點之一。以甘肅隴東地區(qū)某隧道為研究對象，對超欠挖情況進行數(shù)據統(tǒng)計，結合初期支護所用混凝土量、超前小導管的打設角度及開挖進尺實際案例加以分析，歸納造成隧道超欠挖的原因。總結黃土隧道管理控制超欠挖的措施，為類似黃土隧道工程提供施工經驗，做到精細化管控，提高工程質量，節(jié)約施工成本，效益最大化。

關鍵詞：黃土隧道;超欠挖;成本控制

中圖分類號：U455

文獻標志碼：A

0引言

甘肅隴東地區(qū)某隧道采用分離式，雙向四車道，凈高5.0m，左線最大埋深為84m，右線最大埋深82m。隧道地處黃土地貌區(qū)，圍巖屬于V級，工程地質分區(qū)為I區(qū)。隧道上覆地層為第四系上更新統(tǒng)風積層馬蘭黃土，褐黃色，局部見白色鈣膜，具有不同方向的原生與構造節(jié)理，特別是垂直發(fā)育節(jié)理發(fā)育，呈現(xiàn)土體多孔，疏松，低密度等特性，并具濕陷性，易產生潛蝕，形成陷穴。

1隧道超欠挖原因分析

隧道超欠挖是以開挖標準輪廓線為依據，超挖即隧道實際開挖輪廓線大于標準隧道設計輪廓線，欠挖即隧道實際開挖輪廓線小于隧道設計輪廓線。隧道超挖會造成開挖土方量和混凝土用量增加，從而使施工成本費用增高;超挖嚴重時會導致突出的混凝土與圍巖應力集中，破壞襯砌結構的穩(wěn)定性，對隧道全壽命周期安全運營造成安全隱患;超挖的部分需要用混凝土填實，會消耗更多的人力和時間，影響工程進度。隧道欠挖會導致襯砌厚度不足，影響工程質量，形成安全隱患。因此在隧道施工過程中，嚴格控制超欠挖，減小超挖量，避免欠挖。造成隧道超欠挖的原因主要有以下六個方面：

（1）測量放樣導致的超欠挖。隧道所采用的導線控制點不精確導致開挖線放樣偏差大;隧道內光線暗、能見度差，測點與測站之間的距離較大時引起測量誤差，誤差通常有3-5cm。

（2）機械開挖操作不當造成的超欠挖。機械手受到掌子面光線暗、視覺差、機械操作不靈活等因素的影響，開挖斷面偏離設計輪廓斷面，易造成隧道超欠挖。

（3）人工整修巖面造成的超欠挖。黃土隧道開挖時要求機械開挖預留30cm由人工開挖，整修巖面。在整修過程巾施工人員修邊不到位易形成欠挖。

（4）地質條件引起超欠挖。黃土隧道通常具有圍巖強度及自穩(wěn)能力弱的特性，并且具有在不同方向的原生與構造節(jié)理，特別是垂直發(fā)育節(jié)理，存在明顯的節(jié)理、裂隙、薄弱夾層等地質，圍巖完整性差，極易破壞巖面，形成局部掉塊，造成超欠的平衡，在粉狀黃土隧道超挖量通?？蛇_50-10%。

（5）超前支護施工造成超挖。超前小導管支護在隧道頂部及腰部形成支撐棚，在其他支護結構沒有發(fā)揮作用時，提供上覆土體所需的支撐力，減小或消除因隧道開挖引起的沉降，甚至塌方，確保隧道施工安全。同時超前支護施工鉆孔角度及送管對土體的擾動很大，超前小導管周圍的土體因擾動已疏松，小導管下面的土塊掉落很嚴重。粉狀黃土隧道因超前支護擾動造成的超挖量在10%-20%。

（6）開挖進尺不合理造成的超挖。通常情況下，為了追求施工進度，一次性開挖進尺過大，拱部開挖懸空面增加，加之超前支護對土體的擾動，在長時間沒有有效支撐的情況下，易產生大體積土塊的掉塊、垮塌，造成嚴重的超挖量。

2隧道超欠挖控制措施

隧道超欠挖控制措施主要有：

（1）控制開挖輪廓線準確無誤，避免因測量放樣造成超欠挖是隧道開挖控制的關鍵。定期復核導線控制點，洞內控制點須做導線閉合測量，確?？刂泣c精準。加強洞內照明、通風，架設測站時，和測點通視，消除測量誤差。

（2）黃土隧道開挖通常采用人工輔助機械開挖的方式進行。隧道開挖時由專業(yè)人員指揮機械開挖斷面，機械操作員須有開挖經驗，工作有責任心。開挖時機械活動幅度不能太大，動作輕巧，減小對圍巖的擾動。機械開挖接近開挖輪廓線30cm時，使用安裝在挖機上的刀片修整斷面，接近開挖輪廓線10cm時，人工開挖至標準輪廓線。機械開挖的死角部位須人工開挖完成。

（3）人工整修開挖面后使用激光斷面儀采集實際開挖斷面數(shù)據，和標準斷面對比，可以直觀表現(xiàn)出超欠挖的大小、具體位置。針對欠挖的情況再次修整斷面，杜絕欠挖的情況存在。

（4）在施工中對開挖地質情況實地勘察，結合監(jiān)控量測數(shù)據及超前預報資料對于地質極差的圍巖及時調整支護參數(shù)，編寫開挖方案，優(yōu)化施工工藝，保證施工安全，減小超欠挖帶來的不利影響。

（5）通過研究超前小導管打設角度不同，引起超挖量大小的數(shù)據分析，超前小導管外插角在10-15°時超欠挖控制效果最好;當小于10°會造成欠挖，并且影響拱架安裝的高度;當大于15°時，超挖量明顯增加，角度越大，超挖量越大，超前支護作用越小。因此在超前支護時控制導管的外插角是控制黃土隧道超挖量的重要措施。

（6）對趙墩黃土隧道V2圍巖開挖與超挖量數(shù)據分析得出，開挖1榀（0.6m），超挖量不足10%;開挖2榀（1-2m），超挖量在20%-30%;開挖3榀（1.8m），超挖量在45%左右。因此，加強現(xiàn)場管控，合理安排開挖進尺，對隧道超欠挖控制尤為重要。

3案例分析

3.1開挖進尺和超前小導管施工造成隧道超挖

選取甘肅隴東某隧道左線ZK35+174-224段作為試驗段，該段處于TVa圍巖段，每榀型鋼支護間距為0.6m，地表較為平坦，埋深變化不大，地質情況基本一致，圍巖自穩(wěn)能力較差，易坍塌，側壁亦不穩(wěn)定，局部有掉塊現(xiàn)象。施工中開挖進尺通常有1榀、2榀和3榀，超前小導管打設角度設計要求為10°-15°，實際施工中15°- 25°比較常見。通過現(xiàn)場觀察和數(shù)據統(tǒng)計兩種方法，記錄不同施工條件下，超前小導管打設角度和開挖進尺不同造成的混凝土超方量，以此分析超前小導管打設角度和開挖進尺管控對于隧道超挖的影響。具體數(shù)據統(tǒng)計見表1所列。

從上表數(shù)據分析可以看出，當該試驗段開挖榀數(shù)相同時，超前小導管的支護角度10°- 15°比15°- 25°混凝土節(jié)超比小25%左右;當超前小導管的支護角度相同時，開挖進尺越小，節(jié)超比越小。

3.2隧道超挖對施工成本的影響

該隧道的平均超挖量為12cm，以隧道進尺1m計算增加的成本費用。土方量增量為4.61m3，混凝土增量為5.54m3，每立方米土方運輸1公里費用單價為7.7元，每立方米混凝土單價為500元，總費用為2805.5元。該隧道左右線總長2266m，因超挖增加的混凝土及土方費用為6357263元。超挖除增加混凝土和土方費用外，超挖還會增加工人工作量、初支封閉時長，耗時耗力，嚴重則影響施工進度，甚者影響施工安全。雖然現(xiàn)在隧道工技術相對成熟，并且有“五新”技術作為支撐，但隧道建造成本在基建行業(yè)競爭激烈，在低價競標的大背景下，要取得高效益，就必須精細化管控，降低額外生產成本。

4結論

本論述以甘肅隴東地區(qū)黃土隧道為研究對象，結合初期支護所用混凝土量、超前小導管的打設角度及開挖進尺對該隧道超欠挖情況進行了分析，所得結論主要如下：

（1）當開挖榀數(shù)相同時，超前小導管的支護角度10-15°比15°-25°混凝土節(jié)超比小25%左右，反之當超前小導管的支護角度相同時，開挖進尺越小，節(jié)超比越小。

（2）隧道超挖可以極大幅度增加施工成本。

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收稿日期：2020-06-11

作者簡介：王海堂（1992-），男，漢族，甘肅會寧人，大學本科，助理工程師，主要從事隧道工程施工工作。