浅探郑西客专大断面黄土隧道建设管理要点.docx

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浅探郑西客专大断面黄土隧道建设管理要点

浅探郑西客专大断面黄土隧道建设管理要点和

施工指导原则及成套施工技术概要

王庆林王晓州

（郑西铁路客运专线公司）（铁道部工程管理中心）

关键词郑西大断面黄土隧道管理要点指导原则成套施工技术

摘要在郑西客专隧道工程的建设管理过程中，曾经发生过地表开裂、沉降变形、边坡滑坍、塌方等现象，经现场调查、分析研讨和处理总结，逐步认识和掌握了大断面黄土隧道建设管理要点和施工指导原则，形成成套施工技术，对稳定郑西客专隧道施工安全形势，加快隧道施工进度，起到很大作用。

郑西铁路客运专线全长458.279Km,隧道总长76.859Km，占16.8%，计38座。

完全黄土隧道31座，局部黄土隧道5座，石质隧道2座。

黄土隧道开挖断面164㎡。

自05年9月25日开工以来，开累掘进67.611Km，贯通24座。

近两年来，在郑西客专隧道工程的建设管理过程中，曾经发生过地表开裂、沉降变形、边坡滑坍、塌方等现象，经现场调查、分析研讨和处理总结，逐步认识和掌握了大断面黄土隧道建设管理要点和施工指导原则，形成成套施工技术，对稳定郑西客专隧道施工安全形势，加快隧道施工进度，起到很大作用。

一、建设管理要点

1、建立指导性施工组织设计审查制度。

建设单位要组织咨询、设计单位编制全线隧道工程指导性施工组织设计，对重点隧道、地质复杂的隧道应专篇编制，并反复研讨和组织相关专家审查。

2、建立实施性施工组织设计审查制度。

建设单位要组织咨询、设计、监理单位及相关专家对施工单位编制的实施性施工组织设计进行审查。

实施性施工组织设计分标段编制，重点隧道、地质复杂的隧道应单独编制。

3、建立关键施工技术方案审查制度。

咨询或总监单位要对进洞、挑顶、下穿、拆除中隔壁、施工方法变换等重要环节和富水、浅埋偏压、膨胀土、工程弃土等特殊地层段的施工技术方案组织设计、监理、施工单位及相关专家进行审查并通过后方可实施。

4、建立专家研讨制度。

建设单位应聘请相关专家组成专家组或建立专家库，对施工中随时遇到的技术难题，进行研讨分析，及时解决问题。

06年8月何总、张梅主任带领相关专家针对当时郑西隧道工程出现的异常现象进行了现场调研，召开了研讨会，分析了原因、制定了对策、提出了要求，作用很大，效果很好。

5、建立隧道施工安全风险管理体系。

对隧道施工各阶段安全风险进行预测、分析、评估并制定防范措施和施工安全应急预案。

6、建立试验段先行制度。

针对大断面黄土隧道施工中方经验少，外方无经验的状况，坚持试验先行，要求先期开工的重点隧道须设置50-100米试验段，根据揭示的地质和初支受力变形情况，及时修正设计参数和施工方法。

7、制定大断面黄土隧道施工指导原则。

针对郑西客专大断面黄土隧道的特征和施工中遇到的问题，经反复研讨，制定了：

强化初期支护，尽早封闭成环，仰拱二衬紧跟，认真预报量测;严控工艺质量，落实预案备品，注重防排水系统，推行机械化施工的指导原则。

成为郑西线大断面黄土隧道施工管理的主线。

8、隧道施工现场封闭式管理。

对隧道洞口实行封闭式管理，与隧道施工无关的闲杂人等不准进入现场，与施工相关的非本单位人员须经批准方可进入现场，施工人员进洞须先在洞口挂牌方可进洞，保证了施工管理秩序。

9、建立隧道施工现场三员带班制度。

要求隧道作业面须领工员（工长）、技术员、安质检员三员带班，坚守现场组织施工，监督工艺实施过程，及时处理施工中遇到的问题。

10、建立隧道施工现场巡查制度。

每座隧道均须设立专职巡查员，24小时进行洞内、地表巡查，对变形、裂缝、异响等进行监控检查，及时发现和消灭事故苗头，必要时可迅速将施工人员撤离现场。

11、坚持审批程序制度化。

在充分发挥施工单位优势的同时，坚持程序化办事。

如施工方法的变更，要针对不同的地质情况和施工单位的特长进行变更，但必须按程序履行变更审批手续。

12、适时组织观摩和交流活动。

对隧道施工中好的施工方法和先进的技术，以适时组织观摩和经验交流会的形式进行肯定和推广，达到各参建单位共同提高的目的。

13、建设、咨询单位检查工地制度化。

检查工地宜每月一次，采取统一组织和各部门组织相结合的方法，即要看现场，又要查内业。

郑西线线长点多，检查时以结合重点工程分段抽查，一查一片，这样可发现更多问题。

14、注重技术总结和积累。

总结的过程也是提高的过程，及时总结可以指导后续工程的施工。

郑西客专已编制和修正指导性施组三版，技术及管理资料汇编九册，质量通病防治手册一册，试验检测手册一册,隧道施工技术、管理论文和交流材料31篇。

目前正在进行大断面黄土隧道成套施工技术总结工作。

15、实行岗位责任制。

实行公司工程部（或其他部）专业工程师分专业管理，现场指挥部管理人员分段管理，这样可使公司有掌握全线某专业整体情况和研究技术问题的专业工程师，现场有具体落实的分段管理人员，即上管线、下管片，各司其职，责任到人。

目前、公司实行了公司领导分标段安全责任包保，专业技术人员包保到具体隧道工点，并配套了相应安全责任奖惩制度。

16、参建单位主要管理技术干部在岗检查制度。

施工单位局、处级指挥部指挥长、总工、工程、安质部长；监理单位监理站、分站的站长、分站长；设计配合单位的指挥长（常务副指挥长）、总体。

以上人员未经建设单位同意，不得随意调整，离开现场须向建设单位书面请假。

建设单位每月进行一次现场点名，以上人员未在现场的要通报批评并经济处罚，且责令限期归队；对技术、管理人员的总人数进行清点，人数不足的，限期配齐。

二、施工指导原则

大断面黄土隧道施工指导原则：

强化初期支护，尽早封闭成环，仰拱二衬紧跟，认真预报量测；严控工艺质量，落实预案备品，注重防排水系统，推行机械化施工。

1、强化初期支护。

V级黄土一般为Q3新黄土或工程弃土地层，或含砂量较高，或含水率在18%以上，初期支护的参数以I25钢拱架（中隔壁钢架、横撑钢架），间距0.6-0.8m；设0.6—0.8米大拱脚；并用槽钢或混凝土垫块垫实钢架拱墙（中隔壁）脚，锁脚锚管每侧4根，Φ50长3.5米；配3-5米Φ50小导管超前，间距40cm为宜。

从郑西客专情况看，采用上述初支参数或修正为上述初支参数，在工艺控制到位的前提下，初支基本能够抵抗变形的破坏，沉降可控制在15cm以内。

2、尽早封闭成环。

小环要注重临时仰拱或横撑的及时加设，并夯实和加固钢架脚跟；大环要注重采用短台阶开挖，缩短各开挖工序的距离，并注重仰拱部位初支闭合时各作业环节的施做顺序和质量，防止较大沉降变形。

在CD、CRD法的仰拱下初支闭合时，应先清除仰拱位置上部的土体，然后用挖槽法逐品安装初支钢架，并接长中隔壁钢架，中隔壁钢架联结于初支的钢架之上，最后清除仰拱位置剩余土体，施作仰拱下初支和仰拱。

禁止一次性开挖3-5米到位，致使多品钢架同时悬空。

这道工序控制是否到位，是造成初支沉降的主要原因之一。

3、仰拱二衬紧跟。

将掌子面距仰拱的距离控制在30米以内，距二衬的距离控制在50—60米，可有效控制变形和坍塌。

4、认真预报量测。

要高度重视超前地质预报工作，黄土隧道的地质变化相对较小，主要采取地质描述、掌子面土质分析、地表变形分析的方法进行地质预报；在土石交界处要辅以物探、超前钻孔等方法，探明掌子面前方和掌子面处上下左右的地质变化情况，有备无患；地质复杂地段，特别是隧道顶部上伏地层的地质状况，对隧道初支参数和施工方法选择有较大关系。

要把围岩量测当成一道工序来抓，并大力推行无尺量测新技术，无围岩量测数据及反馈信息，监理不许放行下道工序。

5、严控工艺质量。

再好的设计和施工方法，如果没有高质量的工艺去保证，也会出问题。

近期，隧道事故频发，工艺质量问题是重要原因之一。

工艺质量问题有两个方面：

一是未按要求做到标准，钢架间距该是0.6米，干成了0.8米，喷混凝土厚度该是20厘米，喷成了15厘米，该是C30混凝土，打成了C25混凝土等；二是未按规定的程序实施，应该是按照第一、第二、第三步……的程序干下去，认为未出过什么事或不会出什么事，第一步干完就去干第三步了，或把这到工序停下来，去干别的工序去了，结果酿成大祸。

郑西客专对工艺质量高度重视，在狠抓隧道施工安全管理的同时，强调以加强工程质量来保证施工安全，对发现的质量通病和工艺控制问题坚决地查处，视情况采取返工处理、经济重罚、通报到施工单位本部等手段，力求彻底根治。

6、落实预案备品。

郑西线要求隧道施工安全预案作为开工报告的重要附件，无此不批开工。

且要求在开工之前，监理要对预案的实物备品情况进行检查，备品不到位不允许开工。

推荐在洞口设小型交换机，设防水明线接通洞内和掌子面调度电话，不宜用无线方式进行洞内外调度通讯。

7、注重防排水系统。

降雨是诱发隧道事故的又一重要原因。

降雨对黄土隧道洞口和浅埋段施工影响很大，一般雨后两天开始洞内变形增大，一周后逐渐稳定。

所以地表及边仰坡的防排水系统应在施工前完善。

有条件的地表，应临时征地，用厚雨布覆盖地表，用砖条或土条压实，周围完善排水系统。

进洞施工时，洞内防排水系统要与洞外防排水系统有效连接，确保洞内积水的外排。

洞内防排水系统的施做质量要严格控制，特别是止水带的定位和焊接，防水板的防止破损和气密性检查。

8、推行机械化施工。

在进行CD、CRD法施工时，采用三机作业法，即1、3部各一台小型挖机作业（小松PC55），2、4部共用一台小型挖机作业，人工配合修边，每循环可节省工时1-2小时，月掘进可达到36—48米。

三、大断面黄土隧道成套施工技术概要

（一）科研工作

1、大断面黄土隧道合理支护参数及地表沉降控制研究

2、大断面黄土隧道施工方法与监控技术研究

3、黄土隧道隧底地基处理及防排水技术研究

4、大断面黄土隧道地表裂缝控制措施研究

（二）创新、革新工作

1、环保进洞法

2、爬坡道挑顶法

3、横向弧形坑道挑顶法

4、CD、CRD三机作业法

5、三台阶七部开挖法

6、二台阶四部开挖法

7、洞内地基加固

8、二衬纤维混凝土

9、无尺量测技术

10、洞内外调度通讯系统

11、导向跟管长管棚施工技术（一次最长成管100米）。

12、超前予支护台阶法

（三）进洞方法

1、大管棚进洞法。

Ⅳ、Ⅴ级黄土地层进洞，采用89、108管棚，15—25米长，间距40—60公分。

2、大管棚辅小导管进洞法。

Ⅳ、Ⅴ级黄土含砂地层进洞，采用89、108管棚，15—25米长，间距40—60公分，辅以两米长直径50毫米的小导管注浆。

3、减载进洞法。

洞口处于偏压、错落等不良地质处，应先进行减载等处理再进洞。

如潼洛川出口、函谷关进口、贺家庄出口等。

4、辅助坑道进洞法。

当无条件进洞时，可采取横洞、斜井等方法进洞，如观音堂进口、交口出口、高桥出口等。

5、环保进洞法。

当进口地质稳定、植被较好时，可不破坏或少破坏植被进洞，如张茅2#斜井等。

（四）挑顶方法

1、爬坡道挑顶法。

当正洞采用弧形导坑法施工时，宜采用爬坡道式挑顶。

2、横向弧形坑道挑顶法。

当正洞采用CD、CRD法施工时，宜采用横向弧形坑道法挑顶。

这两种挑顶方法经郑西线运用，具有安全、进料出碴方便、便于小型机械作业等特点。

（五）掘进方法

1、弧形导坑法。

宜于Ⅳ级黄土地层，月掘进可达45米以上。

2、CD、CRD三机作业法。

宜于Ⅳ、Ⅴ级黄土地层，即1、3部各一台小型挖机作业（小松PC55），2、4部共用一台小型挖机作业，人工配合修边，每循环可节省工时1-2小时，月掘进可达36—48米。

3、三台阶七部开挖法。

宜于Ⅳ级黄土地层，月掘进可达60米以上。

4、二台阶四部开挖法。

宜于Ⅳ级黄土地层，月掘进可达60米以上。

5、双侧壁导坑法。

仅限于对沉降控制较严的情况使用，如下穿施工。

月掘进一般不超过30米。

（六）下穿（公路、铁路、工民建）施工。

超前预支护采用108、159密排或双排长大管棚，每排长50—80米，首尔导向跟管钻机施做，15—20天可施做一排。

掘进采用CRD法、双侧壁导坑法。

从已下穿完成的巩义隧道下穿310国道、函谷关隧道下穿连霍高速、贺家庄隧道下穿张三公路情况，地表沉降基本控制在20—50毫米。

（七）浅埋段施工。

埋深60米以内（从轨顶面算起），特点是洞内的变形直接波及地表，地表雨水的侵入直接影响洞内初支的稳定。

针对措施为加强洞内地表变形量测，根据变形量测数据，及时修正和强化初期支护、仰拱二衬紧跟、完善地表防排水。

（八）富水段施工。

交口隧道、秦东隧道地下水较发育。

针对措施为初喷改潮喷并加密布设排水暗管以实现以排为主、堵排结合的原则，疏通洞内外排水系统，将积水及时排出洞外。

（九）膨胀土段施工。

膨胀土膨胀的条件为一有临空面、二有水。

针对措施为加密设置引排管，减小开挖段长度和一次开挖面积，及时封闭，并加强变形量测以及时修正和强化初期支护,二衬紧跟。

（十）工程弃土地层施工。

特点是地层松软。

针对措施为大管棚或小导管超前支护注浆，掌子面玻纤管注浆封闭，核心土留5米以上，拱墙脚设大拱脚（80—100厘米），并用每侧4根锁脚锚管锁实，脚下垫槽钢。

地基软弱处进行洞内地基加固。

（十一）软弱地基段施工。

凤凰岭进口、潼洛川出口地基软弱，为湿陷性地层，在洞内进行挤密桩地基加固。

与西南院联合创新了适合洞内尺寸的施工机械，在进行了震动和挤密效果试验后，完成了加固施工。

（十二）无尺量测。

针对郑西客专隧道断面大，有尺量测困难和精度不高，全线推广了无尺量测新技术。

（十三）超前地质预报。

黄土隧道的地质变化相对较小，主要采取地质描述、掌子面土质分析、地表变形分析的方法进行地质预报。

在土石交界处辅以物探、超前钻孔等方法。

（十四）初期支护施工。

严格按照施工指导原则实施，特别是注重根据围岩量测数据及时修正和加强初支参数。

（十五）二衬施工。

注重钢筋网定位的准确和牢固，防止保护层过厚和过薄（露肋）；拱顶予留注浆管，用注浆消除拱顶与防水板之间的空隙。

（十六）洞门施工。

采用钢架配异型钢木模板施工，不宜利用衬砌台车。

因为一座洞门施工需要近两个月，将严重影响二衬施工。

（十七）防排水工程施工。

防水板施工的重点是成品进场质量检验、接口焊接的密封性和板面施工中的防损保护；止水带施工的重点是定位的准确和牢固、搭接热融焊质量。

（十八）四电工程施工。

目前施工的是综合接地和接触网滑槽，重点是定位准确和牢固。

（十九）通风。

黄土隧道的空气污染主要是施工机械废气和黄土粉尘，重点是严格按照郑西客专通风实施指导意见执行。

（二十）洞内外调度通讯系统。

不宜采用无线引入。

宜采用在洞口设小型交换机，设防水明线接通洞内和掌子面调度电话。

（二十一）安全应急预案。

注重予案的审查，重点是可行性；注重予案的人员组织和备品的落实到位。

四、建议

5级黄土或软弱地层采用超前加强予支护台阶法施工。

即采用超前加密的大管棚予支护，根据掌子面稳定和加固情况及初支钢架架立机械的引进、研发和配套情况，采用0—3台阶法掘进，日平均进尺1.5—2米以上，把软弱地层隧道施工水平提高一大步。

1、大管棚目前国内的施工机械钻进效率太低，是超前加强予支护台阶法施工的关键问题。

韩国首尔的导向跟管钻机解决了工作室和提高了钻进精度，钻进效率同样不高。

建议引进或研发高效管棚钻机。

2、在初支钢架架立机械引进或研发到位时，掌子面全断面加固，可采用0台阶（全断面）；目前可根据掌子面稳定情况采用2、3台阶法。

建议引进或研发初支钢架架立机械。

3、建议立项超前加强予支护台阶法科研课题，研究不同地质分类的支护、加固方法、参数及机械研发、运用。

4、符合超前加强予支护台阶法原理施工的案例

1）、郑西线高桥隧道出口下穿南同蒲铁路：

5级砂质黄土，双层159管棚予支护，台阶法施工，下穿部分单工序作业；

2）、郑西线南山口隧道进口段：

5级砂卵石土，双层T60予支护，现为159管棚予支护，台阶法施工；