黄土地区隧道施工工法.docx

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黄土地区隧道施工工法

黄土地区的隧道施工工法

【摘要】隧道的施工方法有常见的CD法、CRD法、双侧壁法、台阶法和全断面法等。

但是在黄土地区进行隧道施工就要充分考虑黄土特殊地区特性对施工方法的影响，确定最有利的利于施工又高效的施工方法对于整个工程的实用性、经济性、环保性等都具有重要意义。

文章通过黄土地形土质对隧道施工法的影响，列举出几种常用的施工方法并对各种工法的具体步骤及其优缺点进行阐述。

关键词：

黄土地区隧道CRD法双侧壁导坑法弧形导坑法

引言

要在黄土中优质、快速的修建隧道，必须了解黄土地层对隧道施工的影响，从而对症下药，采取相应的技术措施。

首先，具有柱状节理和垂直节理，直立性强,土体易顺着节理张松或剪断。

其次，黄土的冲沟地段，由于有偏压现象存在，容易发生较大的坍塌或滑坡。

再次，因黄土具有湿陷性，水对黄土隧道施工成败起到决定性作用。

黄土隧道因特殊的工程性质，研究和总结其施工方法具有十分重要的意义，我们既要处理好黄土的湿陷性，还要优质、快速的施工，因此必须采取科学合理的施工方法，有效的技术措施。

才能确保在湿陷性黄土段隧道的施工安全和施工进度，防止隧道的坍塌，控制拱顶及地表下沉，控制边墙收敛等。

正文

一．黄土地区隧道施工的不利因素

在黄土地层中进行隧道施工，主要影响如下：

1.黄土地层洞穴

不同生成时代的地层，其工程性质有很大差别，成洞条件也大不相同。

黄土洞穴与陷穴是黄土地区经常出现的不良地质现象。

当隧道位于其上方时，可能出现基础下沉的危害；当隧道位于其下方时，可能会出现冒顶的危险；当隧道位于其邻侧较近时，则可能因承受较大偏压而出现坍塌。

2.黄土节理与构造

黄土常具有各方向的构造节理，有的原生节理呈X型，成对出现，且有一定的连续性。

在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。

如果此种地层位于隧道顶部，则极易产生“塌顶”；如果位于侧壁，则易出现侧壁掉块，若施工中处理不当，可能会引起较大的塌方。

黄土地层中的节理与工程关系密切，它具有双面性。

3.地下水和湿陷性的影响

黄土在干燥时一般具有较高的强度和承载力，但当其受水浸湿后，则强度会急骤下降，出现不同程度的湿陷性，产生下沉，极易导致坍塌。

黄土对隧道最不利的影响是其湿陷性，遇水后黄土的强度显著降低，并产生湿陷性，极易导致隧道基础沉降，引起衬砌开裂等病害。

二．黄土地区隧道的施工方法

1.黄土隧道施工方法的选择原则

对洞跨在6米以下的黄土隧道工程，一般应采用全断面或大断面开挖。

对跨度较大的黄土隧道一般不宜采用全断面开挖。

可根据施工技术和施工设备而采用诸如弧形导坑法、侧壁导坑法等分步开挖的方法。

一般情况下可根据黄土本身的工程特性，考虑隧道的埋深和含水量及新老黄土地层差异以及隧道的工期要求，并结合隧道的施工设备和当前技术来确定具体的施工方案。

目前黄土隧道的主要施工方法有CD法、CRD法和双侧壁导坑法等。

从工程的实践情况看，一般在隧道的洞身深埋老黄土宜采用弧形导坑法；在隧道洞身浅埋偏压及新黄土地层采用CD法、CRD法以及双侧壁导坑法施工效果好。

2.黄土隧道施工原则

⑴黄土隧道施工前，首先应做好黄土土质分析和湿陷性试验，采取“先保护后加固”的措施和方案，以消除、抵御其湿陷性的影响。

⑵施工中应遵循“管超前、短进尺、强支护、严治水、早封闭、勤量测”的原则，各工序应安排紧凑，配套紧跟。

⑶慎重选择开挖方法，黄土隧道按照下列经验来选择开挖方法：

①单线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩，采用环形开挖预留核心土法。

②单线隧道Ⅳ级围岩，采用台阶法。

③双线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩，采用CD法或CRD法。

3.黄土隧道施工方法

3.1CRD法：

CRD法是大断面隧道施工的有效手段，是在松软围岩中进行浅埋暗挖的一种工法，它是将大跨、超大跨隧道分为若干块进行分步施工，由于将大跨隧道采用网格状支护在横竖向均进行了支撑，支护体系稳定，在控制围岩变形及防治坍塌方面效果最好。

施工步骤：

（见图1）

图1、中壁交叉（CRD）法施工工序横断面示意图

（1）小导管超前支护：

开挖前，钻设47根5m直径50小导管超前支护。

圆心角为140º。

（2）开挖第①部，距拱顶最大高度为5．0米。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1.2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作①部导坑周边的初期支护和临时支护。

即初喷4cm厚混凝土和架立125a、I18型钢钢架，两侧各设置两根L=4m、中42锁脚锚管。

挂直径8mm钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30cm）。

（3）在滞后①部3m后，拆除①部临时横撑，开始开挖②部，开挖高度为4．2m。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1．2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作②部导坑周边的初期支护和临时支护。

做法同①部。

钻设径向锚杆后挂由8钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30cm）。

边墙系统锚杆采用L=4.0m*22普通砂浆锚杆，锚杆间距为1.0×1.0m，尾端均配有垫板、螺母。

（4）在滞后①部24m左右，开始开挖③部，高度同①部。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1．2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作③部导坑周边的初期支护和临时支护。

做法同①部。

挂巾8钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30cm）。

（5）在滞后⑨部3m后，拆除③部临时横撑，开始开挖④部，开挖高度为4．2m。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1．2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作④部导坑周边的初期支护和临时支护。

做法同②部。

钻设径向锚杆后挂中8钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30cm）。

边墙系统锚杆采用L=4.0m、中22普通砂浆锚杆，锚杆间距为1．0×1．0m，尾端均配有垫板、螺母。

（6）在滞后④部20m左右，拆除②部临时横撑，开始开挖⑤部。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1．2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作⑤部导坑周边的初期支护和临时支护。

即初喷4cm厚混凝土和架立钢架。

钻设径向锚杆后挂直径8mm钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30am）。

边墙系统锚杆采用L=4.0m、中22普通砂浆锚杆，锚杆间距为1.0×1.0m，尾端均配有垫板、螺母。

（7）在滞后⑤部3m后，拆除④部临时横撑，开始开挖⑥部。

每循环进尺为2～3榀钢架，进尺长度在1．2m～2m之间。

开挖后及时采用8cm厚的混凝土对掌子面封闭。

施作⑥部导坑周边的初期支护和临时支护。

即初喷4cm厚混凝土和架立钢架。

钻设径向锚杆后挂直径8mm钢筋网，复喷混凝土至设计厚度35cm。

（加强复合式衬砌为35cm，复合式衬砌为30cm）。

边墙系统锚杆采用L=4.0m、中22普通砂浆锚杆，锚杆间距为1．0×1．0m，尾端均配有垫板、螺母。

（8）在滞后⑥部8m后，施作仰拱6m，中间临时竖支撑不拆除，浇筑在混凝土中，进行二次衬砌时，根据实际情况拆除。

一次拆除6～8m。

（9）仰拱填充。

填充砼在仰拱砼终凝后浇筑，每幅长度同仰拱。

3.2双侧壁导坑法

采用“侧壁导坑”围护结构分析模型和解析方式，在主体隧道两侧施作先行侧壁导坑，先行侧壁导坑提前进洞，进行支护和加固处理．使侧壁导坑之间的未被开挖掉的土体则成为两道侧壁间的横撑，从而成一个稳定可靠的“地下基坑”的围护结构。

承受因开挖主体隧道而产生的土体的侧向压力，并限制围岩土体的竖向变形（沉降）。

同时，对富水地层进行洞内水平降水。

在导洞临时侧壁支护下，区间隧道施工以新奥法为依托，采取加密超前管棚、加强超前注浆、初支背后注浆加固支护方法，控制地表下沉，通过全过程的施工监控量测。

监视土体及结构的稳定，随时调整支护参数，使主体结构能安全顺利地建成。

3．2．1导坑施工

先行导坑断面大小由施工工艺、围岩条件、采用设备等因素确定，一般采用曲线支护。

视情况可采用全断面或上下台阶法施工，导洞施工中的具体要求有如下几点。

（1）严格控制侧壁线路精度，确保侧壁与结构关系。

（2）侧壁在主体隧道前先行进洞，侧壁开挖及支护一个工作循环为lm左右，开挖完成后侧壁先施做直径6mm钢筋网（15cm×15cm），用5cm厚C20喷射混凝土封闭开挖面，防止围岩掉块和坍塌，然后是做侧壁拱架和侧壁临时钢拱架。

侧壁拱架和临时钢拱架要求焊接牢固，临时支护采用I16型工字钢，纵向间距为50cm，与侧壁I22型钢支撑对应设置。

等钢拱架焊接完成后进行直径42mm*4mm长2m的注浆小导管超前支护（也可以采用4m长小导管加密处理），注浆完成后采用直径6mm钢筋网（15cm*15cm）20cm厚喷射混凝土临时支护，再施做4根直径60mm*6mm的锁脚锚杆，锁脚锚杆间距为50cm，尾端与工字钢焊接牢固，最后施做60era的模筑混凝土。

（3）遇到侧壁导坑上方存在人工杂填土，开挖过程出现不良地质情况及时对开挖面进行网喷封闭。

进行加固处理后再施工。

闭。

（4）遇到侧壁导坑核心土塌落严重、松散、层理斜面剥落严重时增加直径42mm×4mm长6m的小导管加固，并进行双液浆注浆处理，注浆压力控制在0．5—1MPa。

（5）严格控制钢支撑间距，网构铡架应精确定位，注意“标高、中线、前倾后仰、左高右低、左前右后”等各个方位的位置偏差，钢支撑保护层临土侧50mm，背土侧30mm.（6）按设计施工单层满铺钢筋网，将纵向联接筋、钢筋网与网构钢架焊接牢固。

（7）侧壁导坑施工过程中，加强量测频率，及时反馈量测结果，以便根据量测结果及时修正支护参数，确保安全。

3．2．2水平降水

如果围岩土体含水量超过28％或有渗水现象，可以在已施工隧道仰拱施做水平降水基坑，在水平降水基坑内用水平钻机成孔，埋设水平降水管，超前将隧道施工范围内地下水降至隧道底部仰拱以下1.0m左右，保证后续开挖初支在无水条件下施工。

（1）施工方法

根据水平抽水钻机工作空间确定工作坑尺寸，施工后安置水平钻机。

采用直径89mm钻头打孔清水钻进，直径89mm套管跟进。

将套管打到预定长度后，停止钻进冲孔。

从套管中放进直径60mm／直径50mm螺旋打眼缠丝PVC滤水管，拔出89mm套管，将PVC滤水管留在土层中，封孔口使地下水从PVC滤水管中自动流出。

3．2．3上部开挖及支护

（1）超前大管棚施做为保证超前大管棚施工角度达到设计的4。

一100要求．在大管棚施做前，先施做4m的管棚作业面，超前直径42mm小导管长6m、环间距40cm、外插角45º~30º交错布置注浆加固，要求注浆压力为1．5—2．0MPa，形成4rn的加固区，作业面初期支护采用25cm厚C20喷射混凝土，配I22b型工字钢，间距为50cm。

在已完成的4m管棚工作面处安设潜孔钻设备施做大管棚，外环采用@89mm×6mm的超前大管棚对围岩进行超前加固，管棚长20m（围岩较好时可采用8m），环向间距41cm，每环40根，管棚注浆采用425号硅酸盐水泥，水灰比为1-l，水玻璃用量为水泥用量的5％。

大管棚施做完成后，在喷射混凝土初期支护的4m作业面范围内施做50cm的一衬模筑混凝土。

（2）上部开挖及支护上部开挖一个工作循环为50cm，开挖后安装122型工字钢用高强螺栓连接而成，纵向连接钢筋环向间距为50cm，工字钢支护完成后，进行42mm×4mm长6m。

环向间距40cm，外插角45º~30º的超前小导管环向注浆加固，拱圈外环形成4m厚环向双液浆加固区．尾端与工字钢焊接牢固，最后施做60cm的C25模筑混凝土。

3．2．4下部开挖与支护

下部开挖一个工作循环为lm左右，开挖后采用I20工字钢横向临时支撑后施做100cm厚CIO片石混凝土，然后进行中心水沟和仰拱的施工。

3.3弧形导坑法

弧形导坑法有三台阶七步法和二台阶四步法，本文我们主要介绍前者，弧形导坑法三台阶七步开挖法是在高度方向将隧弧形导坑三台阶七步开挖法是在高度方向将隧道开挖断面分成上、中、下三个台阶，并按上、中、下的顺序分别开挖，分别施作相应的初期支护，最后再开挖仰拱。

3.3.1适用范围

弧形导坑三台阶七步开挖法适用于深埋条件下的砂质黄土Ⅳ级围岩段，运用得当也适用于浅埋非饱和砂质新黄土V级围岩段；适用于埋深条件下的粘质黄土Ⅳ级围岩段。

3.3.2施工工艺（见图3.3.1）

图3.3.1弧形导坑三台阶七步法施工工艺图

第一步上台阶①部开挖：

弧形开挖拱部，预留核心土。

核心土顶部距拱顶1．6~1．8m，两侧距边墙3．0m，核心土顶部留有3．0～4．0m长的平台，一般每一次掘进1榀钢架间距。

开挖、修整至设计轮廓后立即初喷3~5cm混凝土，及时铺设钢筋网、架设钢架，在钢架拱脚以上50cm处，紧贴钢架两侧按斜向下倾角450打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架采用U形钢筋牢固焊接，锚、喷至设计厚度。

第二、三步中台阶②、③部开挖：

应先开挖边墙一侧，再开挖边墙的另一侧，并错开2~3m的距离，避免上台阶的初期支护在同一位置同时悬空。

每侧每次开挖长度为2榀钢架间距，最长不得大于3榀钢架间距。

开挖、修整至设计轮廓后立即初喷3~5cm混凝土，及时铺设钢筋网、架设钢架，在钢架墙腰以上50cm处，紧贴钢架两侧按斜向下倾角45º打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架采用u形钢筋牢固焊接，锚、喷至设计厚度。

第四、五步下台阶④、⑤部开挖：

同第二、三步中台阶②、③部开挖。

第六步开挖中部上、中、下台阶⑥部的预留核心土。

第七步仰拱⑦部开挖：

上台阶掌子面超前20~35m后开挖仰拱，一次开挖长度为4~6榀钢架间距，最长不宜超过6m。

开挖、修整至设计轮廓后立即初喷3~5cm混凝土，及时架设钢架，复喷至设计厚度。

仰拱初期支护长度达到4~6m，施工仰拱二衬和仰拱填充混凝土。

上台阶掌子面超前40~70m，施做二次衬砌。

对于浅埋砂质黄土V级围岩段，各台阶的长度应选取图中的低值，尽量缩短仰拱、二衬距掌子面的距离，在施工控制中要必须做到这一点，否则容易引起隧道的塌方冒顶。

但对于深埋砂质黄土Ⅳ级围岩段，各台阶的长度可适当放宽限制，而深埋粘质黄土Ⅳ级围岩段，各台阶的长度则可根据监控量测信息选取图中的高值。

三．结语

隧道施工的方法多种多样，虽然黄土地质比较特殊，但在具体施工中也要随机应变，根据当地的实际地形、土质进行施工工法选择。

施工中一定要重视当地地质的变化，针对不同的地质条件，采用相应的开挖、支护工作。

不管使用哪一种施工工法，隧道施工这样这样的综合性工程在实施的过程中需要施工单位各部门、各岗位的通力协作和有机配合，只有逐个发现施工过程各个关键问题并逐个突破、严格按照施工规范和相关标准要求去积极实工，才能使工程顺利进行，才能使工程的高质量得到保证，提前为隧道的后期使用和维护解决不必要的麻烦。