小断面浅埋湿陷性黄土隧道综合施工技术的研究

小断面浅埋湿陷性黄土隧道综合施工技术的研究

蒋青山 蒋大文 张健

华能铜川照金煤电有限公司 陕西铜川 727100

摘要：由于我国西地区相对落后、经济发展较慢以及目前的国际形势导致国家对西北地区的关注度不断提升。为了西部地区边境稳定，经济发展在西部地区修筑铁路、公路已经大势所趋。然而要向西部修筑铁路、公路大多情况需经陕西进入西部地区。陕西地区土质为黄土，多沟壑。为了减少路线施工对环境的破坏和改变、控制投资以及考虑到路线长度的问题修建黄土隧道成为一个没法避开的施工项目。黄土在我国乃至全球内分部区域较小且工程性质较为独特其他地质条件下的施工工艺参考价值有限，目前黄土隧道的相关施工工艺相对其他隧道的施工工艺还不够成熟。通过小断面浅埋湿陷性黄土隧道综合施工技术的研究，一方面可解决依托工程的诸多关键技术问题，保障工程安全进行，另一方面可为今后我国黄土隧道施工提供完善的参考资料，促进隧道施工技术的完善化、成熟化。

关键词：浅埋湿陷性黄土；隧道；施工

随着国家对西部地区发展的重视，越来越多的路线将要穿过黄土地带向西部地区延伸，仅以目前的行业技术和施工经验积累已经不能满足安全、快速、大规模的黄土隧道施工的要求，急需进一步通过施工扩充黄土隧道的技术、施工经验的积累和完善。

本次研究课题依托某电厂铁路专用线仁和隧道进口位于陕西省富平县新安堡村，出口位于铜川市陈坪村。隧道起讫里程DK2+920～DK5+793，隧长2873m，为单线黄土隧道。隧道进出口均处于新黄土中，且位于农田及经济林，交通不便。隧道埋深20～38m，除风机段及其过渡段80延米开挖截面为90㎡，其余段开挖断面均为60㎡且开挖方式为两台阶、两台阶与留核心土法开挖导致开挖作业面进一步减小。隧道地段为黄土台塬区，洞身多为硬塑状黏质黄土，局部含税略高；DK3+350～DK3+390段地表为黄土冲沟，冲沟范围内隧道最小埋深为17.6m，冲沟内有季节性汇水，雨季时可能积水并下渗导致洞身含水量增加，隧道施工需加强防漏水施工质量控制。隧道在DK4+755处与西延高速相交（高速里程K791+900）二者中线夹角62度。下穿西延高速段隧道埋深24.55m。为确保不影响西延高速正常运行和隧道施工安全，如何确保隧道安全穿过西延高速尤为重要。

一、面临的问题和解决途径

对于黄土隧道的施工主要面临的问题有：1、土质隧道围岩自稳性差设计多为小截面隧道，导致隧道开挖不能进行爆破，开挖进度较慢，因此如何安全、快速的进行开挖成为黄土隧道施工的制约性条件。2、湿陷性黄土遇水极易发生坍塌、滑坡等现象，支护施工在黄土隧道施工中尤为重要。3、做好土黄隧道综合地质预报工作成为黄土隧道安全施工的先决条件。4、黄土隧道下穿高速地表加固施工经验可参考的有效文件较少。5、防漏水在浅埋黄土隧道施工过程中需要特别关注。6、黄土隧道施工组织与资源配置可参考的文件较少。针对上述问题本项目开展了6个子课题研究分别是：

1、小断面湿陷性黄土隧道开挖掘进施工技术研究；

2、湿陷性黄土隧道支护施工技术研究；

3、黄土隧道综合地质预报技术研究；

4、黄土隧道下穿高速地表加固施工技术研究；

5、浅埋隧道防漏水关键施工技术研究；

6、施工组织与资源配置研究。

通过本项目研究，一方面可解决依托工程的诸多关键技术问题，保障工程安全进行，另一方面可为今后我国黄土隧道施工提供完善的参考资料，促进隧道施工技术的完善化、成熟化。

二、国内外技术现状和面临的共性关键问题

（1）小断面湿陷性黄土隧道开挖掘进施工在国内已有的工程较少可参考的施工、技术经验较少

小断面隧道在国内已有多项施工案列，但其围岩多为石质围岩，可供本项目参考的小断面黄土隧道施工案例较少。

（2）湿陷性黄土隧道支护施工技术在隧道施工中较其他相对其他围岩的隧道支护施工要求更苛刻

其他围岩隧道在围岩工程特性较好时可采用水泥砂浆锚杆配合较小型号的型钢钢架进行支护；围岩工程特性较差时采用中空锚杆、超前钢管注浆配合大型号型钢钢架进行支护。而黄土隧道在支护施工时一方面要考虑黄土围岩自稳性较差还要留意湿陷性黄土遇水后容易坍塌。

（3）黄土隧道综合地质预报较其他围岩隧道要求更高

一般隧道施工中采用地质雷达与TSP相结合的检测方法进行，由于黄土抗干扰性差洞内爆破对围岩稳定性影响较大，可采用的超前地质预报方式较少，要求更高。

（4）黄土隧道下穿高速公路地表加固形式要求更严格

仁和隧道为浅埋黄土隧道下穿西延高速处隧道埋深仅为24.55m，埋深浅，黄土存在湿陷性且施工期间高速要确保正常通行，因此地表加固要求更严格。

（5）浅埋隧道防漏水施工难度更高

仁和隧道DK3+350～DK3+390段地表为黄土冲沟，冲沟范围内隧道最小埋深为17.6m，冲沟内有季节性汇水，雨季时可能积水并下渗导致洞身含水量增加。自然状态下黄土较为密实不易注浆且浆液扩散范围小，施工难度较高。

（6）施工组织与资源配置合理性更高

小断面浅埋黄土隧道开挖进尺比其他围岩进尺更短，工作面更小可同时参与施工作业的人员更少，施工机械化较低。因为对施工组织和资源配置的合理性、管理的科学性要求更高。

三、研究方法和实施方式

本项目以国家重大需求为导向，以“小断面浅埋湿陷性黄土隧道施工的关键难题，形成一整套的施工技术”为核心目标，分六个子课题开展研究，分别为“小断面湿陷性黄土隧道开挖掘进施工技术研究”“湿陷性黄土隧道支护施工技术研究”“黄土隧道综合地质预报技术研究”“黄土隧道下穿高速地表加固施工技术研究”“浅埋隧道防漏水关键施工技术研究”“施工组织与资源配置研究”。

本项目拟综合运用工程地质学、材料力学、结构力学、隧道工程、信息技术、机械工程等多学科及其交叉前沿理论，依托铜川铁路专用线仁和隧道工程，采用现场与试验验证、理论分析、数值模拟、物理模拟等多种方法，开展系统的理论和方法研究，形成小断面浅埋湿陷性黄土隧道施工的成套施工技术，一方面可解决依托工程的诸多关键技术问题，保障依托工程安全顺利完成，另一方面可为今后我国进行小断面浅埋湿陷性黄土隧道施工提供完善的技术方案和施工工艺、工法、资源配置、防排水设计、地表加固、监控量测、地质预报等工序相关技术支撑，促进和引领我国小断面浅埋湿陷性黄土隧道技术的跨越，整体达到国际领先水平。

参考文献：

[1] 《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR 9218-2015）

[2] 《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304-2009）

[3] 《铁路工程沉降变形观测与评估技术规程》（Q/CR 9230-2016）

[4] 《地面三维激光扫描作业技术规程》（CHZ 3017-2015）