隧道特殊地質處理施工技術大斷面黃土隧道施工技術1

黃土基本特征（1）新黃土隧道新黃土（Q3、Q4)大孔發育，具垂直節理，土質結構比較松散，含水量較小，一般5－15％，覆蓋于地表,厚度一般30～50m，由于其垂直節理發育，在垂直節理面上因節理切割形成豎向軟弱面，軟弱面之間粘聚力很小，在下部開挖隧道時形成臨空面，受開挖擾動，在重力的作用下棱體塌落，地表會隨掌子面產生縱向裂縫和環向裂縫，易形成塌方。根據對其變形分析，在新黃土（Q3、Q4)地層，圍巖變形釋放快、具突然性。（2）老黃土隧道一般覆于新黃土之下，埋深較大，含水量為10～40％，與隧道位置原始地應力相比，其圍巖強度低，圍巖容易發生屈服形成塑性區，其變形為塑性變形，可進行柔性支護和適度釋放變形，但若無支撐或支護強度不足圍巖蠕變過大，會脫落形成塌方。老黃土隧道含水量的大小對黃土的物理力學特性影響很大，對隧道施工的影響也很大，直接影響著隧道的圍巖穩定和施工安全。目前，根據慶興隧道施工過程中對含水率的檢測，含水量為14～28％之間。三臺階七步開挖法介紹1

工序介紹（1）第1步，上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度宜為3～5m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環進尺為每次一榀鋼架長度，開挖后立即初噴3～5cm混凝土，隨后及時進行噴、錨、網系統支護。（2）第2、3步，左、右側中臺階開挖：開挖循環進尺為每次一榀鋼架長度，開挖高度一般為3～3.5m，左、右側臺階錯開2～3m，開挖后立即初噴3～5cm混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護。（3）第4、5步，左、右側下臺階開挖：開挖循環進尺為每次一榀鋼架長度，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左、右側臺階錯開2～3m，開挖后立即初噴3～5混凝土，及時進行噴、錨、網系統支護。（4）第6步，上、中、下臺階開挖核心土：各臺階分別開挖預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環進尺相一致。（5）第7步，隧底開挖：每循環開挖長度宜為2～3m，開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護循環后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為4～6m。2

初期支護施工作業清理巖面初噴混凝土封閉巖面施作系統錨桿，掛鋼筋網安裝鋼架復噴混凝土至設計厚度圍巖量測數據分析、反饋開挖三臺階七步開挖法的初期支護由噴射混凝土、錨桿（管）、鋼筋網和鋼架等組成，各部分聯合受力。初期支護應在開挖后立即施作，以保護圍巖的自然承載力。3

仰拱及襯砌施工作業隧底開挖應采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環開挖長度宜控制在4～6m。為確保安全、防止塌方，仰拱安全距離控制在35m以內，襯砌安全距離控制在50m以內。必要時，應停止前方掌子面開挖，及時施做仰拱及二襯。4

監控量測做好圍巖量測是做好二襯的關鍵。黃土隧道與石質隧道最大的不同就是拱部沉降和拱腳收斂較大，我們針對這種情況采取了以下措施。在進行隧道施工過程中，從開挖完畢后在噴射混凝土內預埋水平收斂觀測樁，和拱項下沉觀測樁，樁用鋼筋制做。用JSS型水平收斂計和水平儀進行觀測。每隔10m做一個觀測斷面。前7d每天觀測1~2次，以后1個月內每3d觀測一次。之后每兩星期觀測一次。如下圖5所示為我們對DK693+500斷面進行觀測所得的s-t曲線圖。通過我們長期觀測，剛開挖后的一個星期內，拱頂下沉10cm左右，拱腳收斂有5~9cm，收斂量基本不變。根據觀測結果我們及時反饋至施工中去，將原有的沉降量15cm變為20cm，加寬值加大10cm。及時施做二次襯砌永久支護在施做二次襯砌之前用斷面儀測量噴錨斷面，將數據通過CSS測量系統用計算機輔助處理與設計斷面進行比較，確定最后襯砌時間。襯砌完后再對二襯進行長時間的收斂觀測，基本不變。5

大斷面黃土隧道變形特性（1）凈空位移大斷面黃土隧道凈空位移以豎向位移為主。豎向位移中又以拱腳下沉較為突出，尤其是埋深場合。淺埋時拱腳接近拱頂下沉的水平，隨深埋增加逐漸超過拱頂下沉。因此，在深埋場合，拱腳是大斷面黃土隧道采用三臺階七步開挖時拱部最容易失穩的部位。在深埋條件下，水平收斂變形以中臺階（墻腰）水平收斂最為嚴重，施做完仰拱后，根據觀測基本穩定。（2）掌子面縱向位移根據數據分析，掌子面上的縱向位移主要發生在開挖后2小時以內，這與掌子面表層土體發生失穩的時間段相吻合。因此應重視掌子面及時封閉，尤其是淺埋砂質黃土場合。6

大斷面黃土隧道變形控制要點（1）大拱腳對凈空位移的控制效果；（2）鎖腳錨桿對凈空位移的控制效果；（3）仰拱封閉距離的影響；（4）二襯緊跟。7

三臺階七步開挖法施工控制要點（1）三臺階七步開挖法施工應做好工序銜接。工序安排應緊湊，盡量減少圍巖暴露時間，避免因長時間暴露引起圍巖失穩。（2）在滿足作業空間和臺階穩定的前提下，應盡量縮短臺階長度，核心土長度應控制在3～5m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/3～1/2。（3）三臺階七步開挖法施工應嚴格控制開挖長度，根據圍巖地質情況，合理確定循環進尺，每次開挖長度不得超過1.2m；開挖后立即初噴3～5cm混凝土，以減少圍巖暴露時間。（4）嚴格按設計要求施作超前支護，控制好超前支護外插角，保證隧道開挖在超前支護的保護下施工。（5）隧道周邊部位應預留30cm人工開挖，其余部位宜采用機械開挖。（6）中、下臺階左、右側開挖應錯開，嚴禁對開，左右側錯開距離宜為2～3m。（7）鋼架應嚴格按設計及規范要求加工制作和架設。鋼架應架設在墊塊或枕木上并落于原狀土之上。鋼架應與鎖腳錨桿（管）焊接牢固。（8）隧道超挖部位必須回填密實，嚴禁初期支護背后存在空洞。必要時初期支護背后應進行充填注漿，保證初期支護與圍巖密貼。（9）施工過程中可采用增加拱（墻）腳鎖腳錨桿（管）、增設鋼架拱（墻）腳部位縱向連接筋、擴大拱（墻）腳初期支護基礎及增設拱（墻）腳槽鋼墊板等增強拱（墻）腳承載力等措施控制變形。（10）應加強監控量測工作，根據量測結果，及時調整支護參數，確定二次襯砌施作時間，進行信息化施工管理。加密加長超前小導管加固法

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方法原理應用鋼插板法原理，采用加密加長φ42超前小導管的方式，沿初支鋼架對前方砂層進行預支護，防止或減少漏砂的可能性，同時采用木板、紙板、石棉瓦等片狀物對局部漏砂部位進行封堵，避免擴大的趨勢。2

技術要點利用小導管作超前支護，通過加密小導管的方式，形成鋼插板的效果，在其保護下實施短開挖、強支護、襯砌緊跟的施工方法。其要點為：（1）超前小導管長度應根據臺階高度、砂層滑落自然角進行調整，要求導管尾端必須插入原狀砂層中，而不至于砂層漏空后將導管尾端露出。（2）小導管應盡可能的加密，形成另一種鋼插板。（3）避免初支背后的空洞，若有應及時填充。（4）鋼架拱腳部位必須落于基巖上。（5）上臺階扁平結構受力效果差，應盡快落于中臺階。采空區隧道施工技術1、探明2、處理措施拱部、仰拱采用注漿回填，邊墻部位漿砌片石回填。3、預防初支下沉處理措施（1）圍巖初始應力釋放大，此外采空實體位置與洞內的關系很不確定，因此適當加大初期支護的剛度和強度是必要的，目前進口拱墻部位采用I25b型鋼、仰拱采用I20b型鋼，縱向間距0.6m。（2）為防止拱頂下沉，保證鋼架穩定及施工安全，每榀型鋼鋼架設16根4m長Φ42鎖腳注漿