黄土隧道施工方法及支护技术研究.docx

黄土隧道施工方法及支护技术研究 摘 要：由于黄土围岩自稳能力差，施工中极易造成塌方，施工难度较大。因此，为提高黄土隧道围岩稳定性，减少对周边土体的扰动，进一步探讨支护与土体间接触应力分布规律、分析引起结构变形原因具有重要意义，相关研究可为类似工程的支护结构设计和施工提供借鉴。 关键词：黄土隧道；施工方法；支护技术 黄土隧道的建设存在诸多问题，这不但使黄土隧道结构设计带来压力，也给黄土隧道支护施工造成困难。出于对隧道各种支护的优缺点与工程经济性的考虑，本文对修建的大断面黄土隧道工程的设计参数与施工方案进行指导和优化，为日后大断面黄土隧道工程的设计与施工提供理论和技术储备。 1 施工方案的确定 拱部弧形导坑预留核心土法可应用于黄土隧道的施工中，为了开挖初期支护紧跟上台阶可采用预留核心土，开挖支护可应用于中台阶左右侧跳槽，而与中台阶错开开挖支护的是下台阶左右侧跳槽，仰拱紧跟下台阶施工，防排水与二次衬砌需要及时跟紧。 2 黄土隧道施工的几个关键问题 2.1 黄土段洞室围岩的侧向应力导致的问题。在a2=120- 150kPa之间是黄土地段围岩的承载力指标。对于无水黄土来说，粘滞系数大能够增强围岩的壁立性，但是也将导致拱部处围岩的稳定性降低。开挖后的初期，将出现支护以及周边围岩的粘结力大大降低的现象，对于黄土大多数情况上有格栅拱架或型钢拱架的基座，柔性支护体系容易克服垂直围岩所产生的应力和支护自重作用所引起的沉降量。首先，在衬砌之前，仰拱和铺底工作就要完成，这样才能跟上掘进工作的速度，平行作业，全断面支护封闭成环工作应尽早在初期完成，这样就能大大降低支护机构侧向变形的可能性，也使得各个工序以及衬砌工作能够高效率进行，对于机械化施工也大有好处。其次，纵向上的钢筋砼托梁设置位置最好是在正台阶及微台阶初期支护时的拱和墙脚处，这样能够大大增强支护的整体性。以先拱后墙的方法进行初砌时，环向连接钢筋和锁脚锚杆的设置工作应当与衬砌的拱和墙脚钢砼托梁设置工作同时进行。 2.2 黄土湿陷性导致的问题。要想尽可能降低由于黄土湿陷性所导致的问题，应当做好以下工作：（1）在现阶段，结构防排水工程相比于公路隧道铁路隧道的结构防排水设计有待改善，而且，北方地区铁路隧道的防排水设计相对有所欠缺。如果在湿陷性较强的黄土隧道进行施工时，出现地下水出露的现象，应当立即进行环向和纵向育沟或者是第三代泄水软管的开设，这样就能够保证地下水顺利的被完备的地下通道排出。如果没有能够完善地下通道，那么扩散的地下水将使得支护后的围岩由于黄土湿陷性发生大面积深陷，整个隧道的机构安全性大大降低，甚至带来更大的危害。（2）仰拱铺底超前封闭能够使得基岩也尽早得到封闭，这样就能够大大降低基底黄土被地下水或者臧工用水侵占导致湿陷的可能性，同时，能够提前形成完备的排水通道供水流出，这样一来黄土隧道仰拱向前，尽量紧跟开面。 可在隧道中含水较多的黄土段上设置仰拱铺底，这样就能够在一定程度上降低运行机械对隧底黄土的扰动影响。施工中，应尽量减少对含水量较高的黄土地段造成反复不断的机械扰动，否则基底会在短时间内转化成软塑层，进一步降低基础承载力。再者，若基底含水量较高，有条件的隧道可以优先选择有轨运输设备，能够减少对基地的干扰。 3 支护结构的受力分析 为了今后在黄土地区隧道施工上积累经验，我们根据神延线黄土隧道的特点在W6和十五标段进行测量，修正并检验支护结构所提供的参数。 3.1 支护与士体间的接触应力。从多方面量测结果来看，在拱顶和拱腰部位支护与土体间的接触应力的差异比较大。在隧道支护中，最危险的地方是在拱腰（约与隧道中线成40左右的夹角）处而不是拱顶部位。通常情况下，拱顶的下沉变形量较大，可以使得力能够被充分的释放，在支护变形中，压力会随支护变形向洞内转移，拱顶的压力值相应减小，接触应力也随之减小。由力学平衡的理论可知，在支护结构阻止隧道围岩变形过程中的阻力是一种接触应力，即位移过程中围岩所承受的荷载。如果位移过大，那么相应的阻力就会减小。 3.2 洞周土体切向应力。切向应力在喷层边缘的土体中，说明了隧道上的土体（拱顶除外）均出现了垂直压缩状态。切向应力起着重要的传递作用是在喷层与土体之间的粘结对，这也体现了，在施工初期，所设支护基本上处于受压状态，而和初期支护相比，模筑初砌的受力状态则有着很大的不同。洞周的切向力通常较小，这一点应当同初期支护过程中所进行的加强设置关系密切。 3.3 模筑衬砌和支护之间的径向压力。根据对众多工程实例的研究可知，硬岩隧道的地质条件如果较好，那么施工过程中即使进行洞室的开挖，围岩的变形不久就会恢复正常，因此，后筑的衬砌由于其较为狭窄的受力范围，通常只用作安全储备。但是如果隧道土质为软岩，情况就大大不同了。为尽可能提高隧道的安全性，初期支护后为避免自身强度较低的围岩发生较大变形，应当尽快进行衬砌。衬砌完成后，往往围岩仍在发生形变，但是后坑的衬砌完成后，就会产生一种径向压力，能够阻止围岩的继续变形。这一径向压力由围岩变形产生，能够经由支护转移至衬砌之上。根据测量可知，模筑衬砌和支护之间的径向压力通常在0.05MPa以下，并不大。这也体现了初期支护的强度是足够的，这事可以适当减薄衬砌的厚度。 4 监控量测 做好在隧道施工过程中稳定围岩和支护系统的状态的监控工作，这项工作不仅要纳入施工工序，并且要贯穿施工的全过程。在对喷锚支护和二次衬砌的设计参数调整时，提供充分的依据，预算好二衬和仰拱所需的施工时间，将量测好的数据通过一番整理和分析，从而得到信息，并且及时反馈给设计和施工，使得设计和施工方案得到进一步优化，以达到安全、经济、快捷的施工目的。 5 施工结论 5.1 在黄土隧道进行施工过程中，要把握住一定的施工原则，即 “管超前、短台阶、少进尺、强支护、紧封闭、勤量测、早成环”。 5.2 黄土隧道开挖要关注预留核心土的尺寸是否符合安全要求，这一细节不仅提高施工人员的工作质量，与此同时，能够有效保障拱顶土体的稳定及施工人员的生命安全。 5.3 黄土隧道施工时会因为黄土变形较大较快，导致坍塌事故的发生。所以说，选定和调整好支护参数异常重要，有利于维持围岩稳定。这种保守的施工方案的采取有效地保证了施工的顺利与施工安全。 5.4 施工过程中应加强围岩的量测工作，对于围岩的稳定状态要做到及时把握和预测，从而给支护参数的确定提供准确的依据。 6 结语 在对大断面黄土隧道的钢架支护效果分析过程中，得出有益的施工结论，在日后的浅理黄土隧道施工的工作中对设计参数与施工方案进行指导和优化，维持围岩与支护系统的稳定，这样不仅有利于工作的实施，且为日后工程的安全性奠定基础。 参考文献 张平智.关于大断面黄土