论黄土隧道两种不同的开挖支护施工方式

1、论黄土隧道两种不同的开挖支护施工方式摘要：黄土隧道是我国陕北地区高速公路施工中常见的一种隧 道类型，由于其独特的黄土地质围岩特点，施工中采用何种开挖支 护方式将直接影响工程质量及施工经济效益。本文从一线施工角度 出发，总结分析了两种不同的开挖支护施工方式。关键词：黄土隧道；开挖支护；施工abstract: loess tunnel is a common style in highway construction of shanbei region. due to its unique characteristics of loess geological surrounding rock,

2、how to select the excavation supporting method in the construction will directly influence the engineering quality and construction economic benefits. this paper summarizes two different excavation supporting construction methods.key words: loess tunnel; excavation supporting; construction中图分类号：u45文

3、献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）1刖言黄土隧道是我国西北地区高速公路施工中常见的一种隧道类 型，在陕西北部黄土高原及山西等地分布较为广泛。黄土隧道由其 独特的地质围岩特点，施工中采用不同的开挖支护方式将直接影响 工程施工质量及工程经济效益。下面以作者施工的青兰高速陕西境 某标段黄土隧道为例，对两种不同的开挖支护施工方式进行总结分析。2工程概况吉家村隧道为左右分离式隧道，单洞净宽10.25米，净高7.0 米，建筑限界高度5.0米。隧道左线全长2550m，右线全长2440m, 隧道平面进口位于圆曲线上，出口位于直线上。该隧道属于黄土深 埋隧道，其穿越黄土塬面区，最大埋深1451

4、54m，且隧道埋深在 地下水位以下，以v级围岩为主，隧道工程地质问题主要表现为黄 土陷穴、落水洞、湿陷性黄土、膨胀土、滑坡、崩塌及隧道浅埋段 稳定问题等。设计主要采用复合式衬砌，按“新奥法原理”，施工 中严格遵循“短进尺、少扰动、强支护、严治水、勤量测、早封闭” 的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。3两种开挖支护施工方式详解根据本隧道设计图纸及实际围岩情况，结合工程施工进度，施 工中先后采用了两种不同的开挖支护施工方式，分别为“三台阶七 步流水施工法”及“两台阶预留核心土法”。两种均采用机械开挖 为主、人工开挖为辅的方式进行施工。下面分别就两种不同的开挖施工作详细叙述，总结两种施工方 式的

5、优缺点以供施工参考。3.1三台阶七步流水施工法施工中，将隧道整体断面由上至下划分为四个层次，隧道拱脚 以上为上、中、下三台阶，拱脚至隧底为仰拱部分，施工顺序按照 由上而下，左右交错分台阶开挖支护的方式进行。首先开挖上台阶拱顶部分，对该部分进行初期支护施工，一般 采用钢拱架及锚杆、钢筋网片、喷射混凝土衬砌。上台阶开挖高度 由拱顶往下约1.5m2.0m，以满足人员操作平台空间。上台阶掘进 5m左右，然后组织中部边墙跟进开挖支护，按左右顺序错开施工。 上、中台阶依次在纵向拉开距离，再跟进下台阶左右边墙开挖支护 施工，拱架支护至拱脚。最后再进行仰拱开挖支护、整个断面封闭 成环，隧道断面形成稳固的环状初

6、支结构。施工步序图如下：图一：上中下“三台阶七步流水施工法”施工步序图3.2两台阶预留核心土法按该方法施工，隧道拱脚以上总体为上、下两个台阶，拱脚至 隧底为仰拱部分，施工顺序仍按照由上而下的顺序进行，但在上台 阶开挖时，先对隧道环向部分进行开挖支护施工，预留掌子面前核 心土，核心土预留不宜过大，环状开挖部分宽度约1m，以便于进行 挖掘机操作施工，减少人工开挖量。待环向施工支护完毕，再行挖 除核心土，然后分左右边墙交替开挖支护施工。最后进行仰拱开挖， 封闭成环施工。施工步序图如下：图二：上下“两台阶预留核心土法”施工步序图3.3两种施工方式的异同点分析这两种不同的方式，经实际应用，均能够有效满足

7、黄土隧道开挖支护施工需要。其共同的特点是均以机械开挖为主、人工配合为 辅的方式进行施工，隧道拱脚以上23m范围的边墙开挖支护及隧 底仰拱开挖支护中，两种施工方式基本相同。其显著的不同点在于 隧道上半断面的施工。具体到实际施工中有如下几点：三台阶施工法，上半断面按上下分两个台阶，开挖分两次进 行，拱架支护及喷射混凝土施工需要施作两个循环；而预留核心土 法施工，上半断面按环向分内外两个层次，开挖分两次进行，拱架 支护及喷射混凝土施工则在环向土方开挖后一次完成。三台阶施工中，单次土方开挖量较小，而预留核心土施工时， 由于边墙一次开挖至拱脚以上约23m位置，故环向开挖土方量较 大，开挖难度亦增大。三台

8、阶拱架支护在上半断面分三次进行，单次拱架支护难度 小，喷射混凝土施工量小，边墙部分工序循环次数相应增多；预留 核心土法施工，一次拱架支护周长增加，支护时间长，喷射混凝土 量大，但总体循环次数仅一次，总体作业时间较之前者缩短。三台阶开挖时能将拱顶至拱腰部位及时进行初期支护施工， 有利于隧道拱顶范围的施工安全，但整体看，由于开挖支护循环次 数的增加，对隧道土体扰动次数相应增加，由边墙分次开挖引起的 拱顶施工沉降量明显变大，拱架上下难以连接圆顺；而预留核心土 法施工，拱架一次支护加大后，能减少开挖支护循环次数，同时拱 架连接线形易于控制，其垂直度也较前者有较大提高，同时也避免 了多次边墙土体扰动而形

9、成的施工拱顶沉降。故三台阶施工要求的 隧道预留变形量一般情况下明显大于预留核心土法的预留沉降量。4黄土隧道开挖施工的控制点在两种不同的开挖支护施工中，黄土隧道较之一般岩石隧道， 控制点关键在于以下三个方面：5.1充分考虑预留沉降变形量黄土隧道因其围岩软弱，绝大部分为老黄土，部分为膨胀土， 开挖后，围岩自稳能力差，因此容易产生拱顶下沉，同时边墙向内 收敛变形等现象。这就要求开挖支护施工中充分考虑预留沉降变形 量，可以采取扩大开挖轮廓线，加大拱架支护半径的措施来确保后 续二衬施工空间及支护结构尺寸。考虑沉降变形量主要分两个部 分，一部分是施工开挖时，由于土体扰动，边墙拱架与拱顶顺接的 过程中产生的

10、沉降变形；另一部分是初期支护完成后，二衬施工之 前，由于隧道山体围岩本身的自然压力，向内挤压产生的沉降收敛 变形。在实际施工中，黄土隧道开挖后至二衬施工前的沉降变形量局 部能达到30cm，按正常施工工序，开挖后初期支护要及时，二衬与 掌子面距离控制尽量在50m以内。因此预留变形量是关键控制点之 一。5.2初期支护拱架锁脚锚杆施工在黄土隧道中，拱架支护一般采用刚性的型钢拱架，确保型钢 拱架支护作用的关键点在于锁脚锚杆。一般设计中，锁脚锚杆与拱 架之间连接采用焊接方式。在实际施工中，锁脚锚杆可以在外露端 头加工成“1型”，将直角弯钩部分穿过拱架工字钢腹板。这样能有 效避免因焊接不到位而导致锁脚锚杆

11、失效，增强拱架的稳定性。经 喷射混凝土施工后，锁脚锚杆能与钢拱架形成有效的整体支护体 系，控制初期支护变形。5.2隧道掌子面排水黄土隧道在开挖过程中，掌子面的排水施工是重要的控制点之 一。在含水量较大的地段，需要进行预排水及开挖后排水。所谓预 排水，即在开挖之前，将掌子面土体中的水通过插入管预先导出， 一般采用钻孔花钢管做导流管。在二衬施工完成前，掌子面及初期支护段，均可能出现不同程 度的渗水，甚至形成细流，可以采用集中导排的方式将其及时引入 排水沟，排出洞外。严格控制因掌子面及拱脚因积水浸泡而导致围 岩松软、初期支护变形。5两种施工方式的适用范围两种开挖支护方式均能较好地应用于黄土隧道施工中，但也存 在一定的差别。具体地讲，对于围岩土质含水量较小的地段，预留 核心土法施工既能确保施工安全质量，又能减少边墙支护次数，单 个工作日内施工循环增加，施工进度比三台阶法明显加快。但对于 稳定性较差、且含水量较大的地段，三台阶施工一次开挖范围小、 支护时间短，能更好地确保施工过程中的安全。在笔者所施工的隧道中，上述两种施工方式都得到了应用。比 较来看，在施工组织连贯紧凑的前提下，预留核心土法日均可作3.5 个施工循环，掌子面月进尺最快能达到100米，而三台阶