摘 要：本文結合陜北地區黃土隧道施工實例，闡述了淺埋偏壓黃土隧道的施工工序、施工工藝，并結合本工程的特點，總結了在陜北地區淺埋偏壓黃土隧道洞口施工地表注漿和超大管棚的施工經驗。

　　關鍵詞：淺埋,偏壓,黃土隧道,洞口施工

　　一、工程概況：

　　鐵家源隧道穿越地區為黃土塬梁峁工程地區的黃土塬地質亞區，隧址分布的地層有第四系全新統沖洪積黃土狀和粉質粘土、第四系上更新統風積黃土、中更新統風積黃土、沖洪積粉質粘土。隧道左洞長510m，起始里程為ZK58+880—ZK59+390。原設計隧道左洞出口明暗交界里程：ZK59+325，洞門里程為ZK59+390，明洞長65m。左線出口位于一山坡體黃土梁，地形坡度較陡，圍巖以黃土、粉質粘土、粘土為主，洞室埋深較淺，圍巖穩定性差。

　　原設計洞口段采用大管棚超前支護，參數為：拱部設置Φ108大管棚，管棚采用熱軋無縫鋼管，L=30m，壁厚6mm，環向間距40cm，外插角2°。

　　二、方案選擇

　　明挖方案施工簡單，直接放坡開挖，施工工藝成熟，山體沉降量較小，但開挖土方量較大，尤其在線路左線右側山體挖方邊坡較高，對山體擾動較大，且線路右側較多坡積土，放坡開挖對坡積土的穩定性產生破壞，易發生垮塌現象，造成安全隱患(見圖一)。

　　采用暗挖法施工則不受場地限制，施工工藝也比較成熟，對山體環境不造成破壞，另外，由于出口段偏壓較嚴重，暗挖施工前對洞頂采取回填反壓，減少偏壓對洞身二襯的危害。為保證安全，先對山體進行清表處理，然后分層回填壓實，再打設注漿管，進行注漿，以增強圍巖的整體性和穩定性，使洞頂土體形成一個殼體，然后在殼體的保護下進行暗洞的開挖、支護及二次襯砌。

　　綜上，在施工中將明洞里程調整為ZK59+390-ZK59+382，將ZK59+382- ZK59+325段改為暗洞施工。

　　三、明洞暗挖施工

　　1、施工工藝流程

　　隧道施工工藝流程：施作臨時邊溝→清表處理→擋墻澆筑→碎石土分層回填壓實→打設注漿管→注漿→澆筑邊溝→CRD法開挖隧道主體→初期支護→監控量測→施工仰拱→施工二襯。

　　2、施工方法

　　1)原地面復測，繪出斷面圖，地面控制測量定位后，先挖臨時排水溝，以便排水。待清除出洞頂表面的植被、腐殖土后，在山體表面分級開挖臺階，臺階高度60cm一層，臺階寬度2m，并且向內設5%的橫坡，便于回填的水泥穩定碎石與山體圍巖注漿后能緊密結合，防止山體滑坡。回填前碾壓夯實，壓實度達到90%。在加固區域內最低處澆筑C25混凝土擋墻，擋墻高度5m，頂寬1m，底寬2.5m，內側垂直，基礎厚0.5m，寬3.5m，擋墻外側設置排水溝，引排山溝匯水，水溝寬2m，深1m，壁厚0.3m ,回填土與坡腳處設置一道截水溝，斷面尺寸0.6m*0.6m，壁厚0.3m，水溝混凝土均為C25混凝土。具體尺寸見圖二。

　　選用穩定性較好的碎石土，摻入10%的水泥，進行分層填筑。回填前，在底層加設φ8的鋼筋網進行拉結，網格間距20cm×20cm，鋼筋網的搭接長度為一個網格，并采取可靠連接。對每層回填的水泥穩定碎石土均采用夯機進行夯實，壓實度控制在95%以上。拱部的埋置深度不少于4.5m，回填后采用C25噴射混凝土封閉，噴射混凝土厚度為20cm，噴射前鋪設一層φ8鋼筋網片，網格間距20cm×20cm。回填底部的預留鋼筋網與頂部的鋼筋網焊接，以防止開挖時回填的水泥碎石土坍塌。

　　2)鉆孔

　　注漿孔縱橫向間距采用1m×1m，呈梅花形布置，測量放樣后標出鋼管的位置。鉆機移動、定位，在標出的位置上使用地質鉆機鉆入巖土層內至設計深度。

　　3)注漿

　　注漿鋼管采用φ108*6mm熱軋無縫鋼管加工，L=6m～10m，管身鉆孔，孔眼直徑8mm，間距30cm,按梅花形交錯布置，以加大漿液的滲透能力，管頭加工成錐形以便于送入土體，為防止加壓后的漿液外流，每根鋼管尾部均焊止漿板，止漿板采用2cm厚鋼板制作，中間鉆有20mm的孔，以便注漿時使用。

　　將花鋼管插入打好的孔中，鋼管口與孔口周圍用水泥或錨固劑密封，接上注漿管，用注漿泵把配置好的漿液壓入鋼管，水泥漿液通過鋼花管的孔眼注入孔壁的縫隙內，以固結附近巖土層。

　　4)漿液配比

　　鋼管安裝完畢后，開始進行雙液漿注漿，利用漿液的滲透作用，將周圍巖體和水泥穩定碎石土進行二次加固。既能起到超前預支護的作用，又加強了鋼管的剛度，施工中嚴格控制注漿施工質量。注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。

　　水玻璃是一種粘稠液體,水解后呈堿性。當這種液體壓入黃土中,水玻璃可與黃土中的堿土金屬發生作用,生成一種堿金屬水合硅酸鹽和二氧化硅凝膠,具體反應式如下所示：

　　這種二氧化硅凝膠和堿金屬水合硅酸鹽充填了黃土中的孔隙,增加了土粒間的膠結力,使土體硬化,強度增加。

　　水玻璃能加快水泥的水化作用,其主要原理在于:水玻璃能與水泥漿中的氫氧化鈣反應,生成一種具有一定強度的膠凝體—水化硅酸鈣，反應原理為：

　　Ca(OH)2+ Na2O·nSiO2+mH2OCaO·nSiO2·mH2O+NaOH

　　水泥中的硅酸三鈣與硅酸二鈣水化后生成氫氧化鈣,由于氫氧化鈣在水中的溶解度不高,很快就能達到飽和,從而限制以后的硅酸三鈣與硅酸二鈣的水化。加入水玻璃后,水玻璃與漿液體系中的氫氧化鈣反應,消耗了漿液體系中的氫氧化鈣,使溶液中的氫氧化鈣含量未達到飽和,從而加快了硅酸二鈣與硅酸三鈣的水化作用,宏觀上表現出水泥漿液初凝時間加快,結石體早期強度增長。

　　注漿配合比：水泥漿水灰比為1:1，水泥漿與水玻璃體積比為1:0.5，水玻璃模數m=3，波美度Be’=40.

　　注漿控制壓力：注漿初壓0.5-1.0Mpa，，終壓2.0Mpa，并持續2min。使注漿的效果達到擴散半徑的要求，回填與圍巖本身形成一個整體。

　　5)注漿程序：當鋼管安裝完畢后，用小木楔將鋼管與圍巖壁楔緊，再用錨固劑將空隙封閉，止漿板與注漿泵之間用管接器相連。同時在鋼管尾部預留排氣孔，當排氣孔有濃漿外溢時關閉閥門，注漿速度從快到慢，注漿結束后將閘閥關閉，卸下進漿管，進入下一循環。

　　6)管棚施工

　　進洞前先施工大管棚，管棚長40m，鋼管采用熱軋無縫鋼管φ108mm，壁厚6mm，節長3m，6m;環向管距為40cm，仰角2°，方向與線路中線平行。施工時采用電動鉆機，鉆進并頂進長管棚鋼管，采用C25混凝土套拱作長管棚導向墻，管棚按照設計位置施工，鉆機立軸方向必須準確控制，以保證孔口的孔向間距，每鉆完一孔便頂進一根鋼管，鉆進中應經常采用測斜儀測鋼管鉆進的偏斜度。長管棚注漿按固結管棚周圍有限范圍內土體設計，漿液擴散半徑不小于0.5m，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿采用1:1，水玻璃：水泥漿=0.5:1.0，注漿初壓力位0.5-1.0MPa,終壓為2.0MPa，注漿結束后及時清除管內漿液，并用M30水泥砂漿緊密充填，以增強管棚的剛度和強度。完成長管棚注漿施工后，在管棚支護環的保護下，按設計的施工步驟進行掘進開挖。

　　7)洞內開挖及支護

　　考慮到洞頂為坡積土和沖積土，圍巖的自承能力極差，同時為了減少對圍巖的擾動，盡量避免開挖時造成拱部大面積的塌方，ZK59+382- ZK59+325段采用CRD法開挖。

　　機械開挖①部，人工配合整修。必要時噴5cm厚混凝土封閉掌子面。施作①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，即初噴4cm厚混凝土，架立初期支護型鋼鋼架、I18型鋼鋼架和I16臨時仰拱鋼架，并設鎖腳錨桿。安裝徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。在滯后于①部一段距離后，機械開挖②部，人工配合整修，必要時噴5cm厚混凝土封閉掌子面，導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，接長初期支護型鋼鋼架和I16臨時仰拱鋼架，安裝鎖腳錨桿，鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。在滯后于②部一段距離后，機械開挖③部，人工配合整修，并施作導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚混凝土，接長初期支護型鋼鋼架及安裝隧底鋼架、I18型鋼鋼架。在滯后于③部一段距離后，機械開挖④部，人工配合整修，并施作導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚混凝土，接長初期支護型鋼鋼架及隧底鋼架使之封閉成環。

　　開挖進尺控制在50cm以內，在開挖線邊緣位置人工進行修邊，必要時采用風鎬。管棚段落內(ZK59+382—ZK59+342)初期支護采用I25b工字鋼，間距40cm，Ф22早強砂漿錨桿，L=4m，¢8@20*20cm鋼筋網片，30cm噴射混凝土，ZK59+342—ZK59+295段落內采用超前小導管，超前小導管¢50*4mm，環向間距40cm，L=450cm，縱向排距2.8m，初期支護采用I25b工字鋼，間距40cm，Ф22早強砂漿錨桿，L=4m，¢8@20*20cm鋼筋網片，30cm噴射混凝土。

　　施工中用地表沉降控制的數據來指導暗洞開挖，ZK59+375—ZK59+295每隔5m按一個斷面設置3個地表沉降觀測點(即中線處1個，洞身邊線各1個)。并且隨著洞內開挖的進展，每次開挖后均要對隧道的拱頂下沉及周邊收斂進行觀測，第一時間掌握圍巖和支護的動態信息，隨時指導洞內的施工方案，及時調整，保證通過淺埋段的施工安全。開挖后仰拱先行，及早封閉，以利于襯砌的整體受力，確保洞身安全。

　　四、結語

　　(1)地表注漿增強了拱頂土體的整體性，為暗洞的施工提供了保護，增強了安全性。

　　(2)長大管棚在黃土隧道洞口段的運用，充分發揮了管棚的超前支護作用，增加了施工的安全度，并進一步提高了隧道的長期穩定性。

　　(3)管棚鉆孔也可作為地質預探預報，地質資料可作為指導洞內開挖的依據，在鉆孔時要記錄鉆進速度及地質情況，作為后期暗洞施工的依據。

　　參考文獻：

　　[1]中華人民共和國交通運輸部.公路隧道設計規范(JTG D70-2009).北京：人民交通出版社,2009.8

　　[2]中華人民共和國交通運輸部.公路隧道施工規范(JTG F60-2009).北京：人民交通出版社,2009.8

　　[3]《中國公路學報》2004第2期《水泥—水玻璃雙液注漿在黃土隧道施工中的應用》楊曉華,俞永華著(長安大學 橋梁與隧道陜西省重點實驗室 ,陜西 西安710064)

　　[4] 《西部探礦工程》2005第9期《淺談黃土隧道洞口段施工技術要點》張忠剛(中鐵隧道集團二處有限公司 ,河北 燕郊 065201)