特殊地質地段之黃土隧道開挖施工技術

黃土的主要工程性質：1、黃土是第四紀干旱及半干旱氣候條件下風積而成的一種特殊沉積物。顏色多呈淡黃、灰黃色或褐黃色。粉粒(0.075～0.005毫米)含量常超過一半以上，蘭州及以北及隴西地區甚至達60～70％，且其中主要是0.05～0.01毫米的粗粉粒；砂粒(＞0.075毫米)含量較少，一般只有百分之幾，且其中主要的是0.1～0.05毫米的粉砂；粘粒(＜0.005毫米)含量較小。2、黃土在天然含水量時，呈堅硬或硬塑狀態，隴西及蘭州高階地地區黃土具有中等的強度和中等偏高的壓縮性，遇水浸濕后，在自重作用下也會發生劇烈而大量的濕陷性變形土體強度也隨之迅速降低；隴東地區黃土具有中等偏高的強度和中等偏低的壓縮性。3、黃土形成年代愈久，濕陷性越小甚至不具濕陷性。反之，形成年代愈短，其特性相反。4、黃土的孔隙率、孔隙比愈大，土質越松散，濕陷性越強烈，反之，濕陷性越小。黃土的一般地質特征

1．黃土的基本色調為黃褐、淺黃、棕黃等顏色。2．組成物質以粉粒（0.05～0.005mm）為主，約占60%，粘土粒（＜0.005mm）含量次之，占20%左右，大于0.25mm的顆粒少見。3．結構疏松、無層理，具有肉眼可見的大孔隙、垂直節理發育。4．含易溶鹽類，主要礦物組成有石英、長石、云母、碳酸鹽類膠結物及粘土礦物。5．抗水性極差，易于崩解、潛蝕、沖刷。6．新黃土多具有濕陷性。黃土的地質特性：1、脹縮性黃土遇水體積膨脹，使其上面的路面隆起，干燥后體積收縮，并使其上面的路面下沉。如此反復路面形成裂縫及剝落，降低公路使用壽命。2、崩解性新黃土孔隙較大，巖性疏松，浸入水中后，吸水濕化，很快全部崩解；而老黃土孔隙較小，巖性緊密，則需經一段時間才崩解，紅色黃土孔隙很小，巖性緊密，浸水后基本不崩解。3、多孔裂隙性黃土具有很高的空隙度。黃土中的空隙呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上下貫通。4、強度衰減性黃土的強度隨含水量的增大而減小。在天然含水率的情況處于較堅硬的狀態，具有一定的強度。但浸濕后不易干燥，強度急劇下降，過濕則形成彈簧土。5、濕餡性黃土在外加荷載有土體自重的作用下，受水侵濕后，因土體結構破壞，而發生大量劇烈的附加下沉，即形成濕餡。6、滲水性因黃土具有脹縮性，多次反復形成裂縫，降水后，水從裂縫中下滲，滲入深度增加；又因黃土具有大孔隙垂直節理等特性，其垂直方向的滲透性較水平方向為大；但粘粒含量較多的黃土成為透水不良或不透水的土層。黃土是第四系堆積的陸相沉積物，是半干旱氣候條件下形成的并有針狀孔隙、垂直節理的特殊土。按形成時代和結合工程建設的特點，常將黃土分為老黃土和新黃土；非濕陷性黃土和濕陷性黃土等。黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后，土的結構受到破壞而發生顯著下沉現象的，稱其為濕陷性黃土。開始出現濕陷時的壓力，稱為濕陷起始壓力，濕陷起始壓力一般有隨深度而漸增的趨勢。黃土受水浸濕后在自重壓力下發生濕陷的，稱自重濕陷性黃土；在自重壓力下浸濕不發生濕陷，但在附加壓力下發生濕陷的，稱非自重濕陷性黃土。含水量對黃土的力學性質有重要影響，進而影響隧道的穩定性。黃土含水量可以分為三個等級，針對不同黃土含水量采用不同的支護、加固措施。黃土隧道是指修建于黃土體內的隧道。相對于一般巖石而言，黃土強度低，遇水軟化或濕陷，所以，黃土隧道施工中極易發生洞內坍塌和地表沉陷等問題。我國黃土地區自西向東主要分布在新疆、青海、甘肅，寧夏、陜西、山西、河南、河北、山東、內蒙古、遼寧，吉林等地，總面積達631000km2，占國土面積的6.6%左右。濕陷性黃土對工程建設的影響很大，主要分布在黃土層的表層，以新黃土及新近堆積的黃土為主，其厚度一般在20m以內。由于黃土隧道分布廣，施工難度大，建成后出現問題多，我國從上世紀60年代起，鐵路系統和公路系統先后進行了數十項專題研究，并取得了富有成效的科研成果，為我國成功建設大量黃土隧道奠定了基礎。黃土地貌黃土地貌一般可分為“塬、梁、峁”三大類型以及河谷階地、沖積和洪積平原等。1．黃土塬：面積較大的平坦高地，有陡峻邊緣，通常由黃土所構成，在黃土塬頂部表層廣泛分布著黃土質土。2．黃土梁：地形呈長條狀的壟崗，兩旁夾以深谷，壟崗高度大體保持一致。也是由黃土所構成，但也有少數上更新統和全新統新近堆積的黃土質土，如隴中、隴東、陜北、晉南、柴達木盆地香日德附近等地區。3．黃土峁：指個體獨立或連續的黃土丘陵，由于地形嚴重切割，溝谷斜坡地帶往往分布著新近堆積的濕陷性強的黃土質土。4．河谷階地：包括現代河流的河漫灘、超漫灘，低級階地、高級階地、河谷范圍內的各種斜坡地帶以及河谷兩側的一些溝谷等地貌。5．沖積洪積平原：分布著全新統的黃土質土，一般具有較弱的濕陷性，當含粘土顆粒較多時，濕陷性較小或無濕陷性，如陜西關中、河南、河北等黃土沖積洪積平原。黃土堆積時代主要在第四紀，包括老黃土和新黃土。老黃土是下更新統的午城黃土（Q1）和中更新統的離石黃土（Q2）的統稱，其大孔結構多經壓密，一般沒有濕陷性或僅在Q2黃土的上部有輕微濕陷性。覆蓋在上述黃土上部硬階地上的上更新統馬蘭黃土（Q3）及全新統的新近堆積黃土（Q4），稱為新黃土，土質均勻，較疏松，大孔和蟲孔發育，具垂直節理，有較嚴重的濕陷性。黃土地層對隧道施工的影響主要有：（1）黃土節理：在紅棕色或深褐色的古土壤黃土層，常具有各方向的構造節理，有的原生節理呈X型，成對出現，并有一定延續性。在隧道開挖時，土體容易順著節理張松或剪斷。如果這種地層位于坑道頂部，則極易產生“塌頂”。如果位于側壁，則普遍出現側壁掉土，若施工時處理不當，常會引起較大的坍塌。（2）黃土沖溝地段：隧道在黃土沖溝或塬邊地段施工時，當隧道在較長的范圍內沿著沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發生較大的坍塌或滑坡現象。（3）黃土溶洞與陷穴：黃土溶洞與陷穴，是黃土地區經常見到的不良地質現象，隧道若修建在其上方，則有基礎下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發生冒頂的危險。隧道若修建在其鄰側，則有可能承受偏壓。（4）水對黃土隧道施工的影響；在含有地下水的黃土層中修建隧道，由于黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。當其受水浸濕后，呈不同程度的濕陷性，會突然發生下沉現象，使開挖后的圍巖迅速喪失自穩能力，如果支護措施滿足不了變化后的情況，極容易造成坍塌。黃土地層對隧道施工的原則：短開挖；少擾動；強支護；實回填；嚴治水；勤測量。鋼筋、模板、砂、石、水泥、外加劑、止水帶、減水劑、粉煤灰、錨桿黃土地層對隧道施工的原則：黃土地層對隧道施工的施工方法：

（1）黃土隧道施工，應做好黃土中構造節理的產狀與分布狀況的調查。對因構造節理切割而形成的不穩定部位，在施工時加強支護措施，防止坍塌，以策安全施工。 （2）施工中應遵循“短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。 （3）開挖方法宜采用短臺階法或分部開挖法（留核心法），初期支護應緊跟開挖面施作。 （4）黃土圍巖開挖后暴露時間過長，圍巖周壁風化至內部，圍巖體松弛加快，進而發生坍方。因此，宜采用復合式襯砌，開挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼支撐作初期支護，以形成嚴密的支護體系。必要時可采用超前錨桿、管棚支撐加固圍巖。在初期支護基本穩定后，進行永久支護襯砌。襯砌背后回填要密實，尤其是拱頂回填。 （5）做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。在含有地下水的黃土層中施工時，洞內應施作良好的排水設施。水量較大時，應采用井點降水等法將地下水位降至隧道襯砌底部以下，以改善施工條件加快施工速度。在干燥無水的黃土層中施工，應管理好施工用水，不使廢水漫流。黃土言隧道疲施工秒的注猜意事沃項：（1）施繞工中曾如發縫現工愈作面圓有失增穩現老象，幟應及佳時用榆噴射搏混凝鋸土封矮閉、值加設趨錨桿屆、架揚立鋼丟支撐責等加涂強支清護。試驗厲表明美，在循黃土龍隧道趕中噴臥射混均凝土享和砂腐漿錨顏桿作州為施偏工臨噸時支喘護效齡果良兇好。（2）施工怠時特別嗚注意拱躍腳與墻丑腳處斷營面，如穴超挖過請大，應銷用漿砌心片石回謊填。如舞發現該戚處土體充承載力宴不夠，問應立即獅采取相晌應措施稅進行加憐固。（3）黃眨土隧賽道施優工，秧宜先牌作仰補拱，摟如果況不能仿先作蛋仰拱福時，誓可在艱開挖口與灌之筑仰亮拱前予，為絹防止修邊墻擔向內蕉位移繼，應膽加設歇橫撐劫。（4）施工和中如發徑現不安拍全因素早時，應卻暫停開墳挖，加來強臨時燦支護，燙以便采扣取適應鑒性的工子序安排車。施工劑案例減：鄭灘西鐵萍路客善運專執線秦脈東隧散道工程特里征分析（一皂）工吵程特泉點1、技術標必準高、降質量要慚求嚴本客曾運專在線基礎駛工程香要求步滿足35千0k察m/使h設計時礙速目標；采用豆無碴軌街道系統陪，工后沉斤降量控幸制在15m嶄m范圍航內；基礎枕工程100年使歲用壽鄙命的貝要求；因而刪對隧道針開挖、線支護、骨基底處賭理、二惹襯砌等必每一道隙工序的型施工工梨藝質量鼠都提出隸了很高帝的要求教。2、圍巖栗自穩得能力停差、鈴開挖耕斷面把大、劣防排詳水要基求高本隧道具為黃土崇隧道，矮圍巖自博穩時間萌短，特此別是隧勒道進、掏出口段思均為淺狠埋，加充之開挖反斷面大群，xx端洞口賠暗挖段棵為偏壓惠段，該寇段施工墻不當易堡坍塌；始同時黃匯土受水背的影響示較大。3、隧道長押度長，菌各工序篩相互干檔擾大，蛋對管理澇人員的榜組織協錦調能力悲要求高本隧道反全長768姨4m，分進纖、出口兩和三個蒜斜井共侄五個工逢區八煉個工廳作面蛾組織隨施工片，且適斜井愚工區粉內同忙時向泉兩端汽施工炎，適伙應本廚隧道夕開挖瘦的雙您側壁粉導坑未法、CR生D法和弧穩形導坑欣法各工沉序間相么互干擾醒大，組拋織協調抹要求高施。（二）盆工程重草點1、預防猴坍塌隧道進揚、出口越處埋深逆淺，斷成面大，鳴圍巖自累穩性差孫，開挖鳳不當容何易引起剩坍塌，浪隧道進呀、出口炭淺埋暗蘋挖段的綠安全施鉆工是本鞭工程的例一個施繭工重點泰。2、遠望截溝溝掃心地讀段施必工隧道軸澡線與遠帶望溝斜迷交在溝崖心處淺馬埋（隧頂道拱頂醋高出原岸始地面0.6借m），采條用先期坑施做護飽拱、后垮期暗洞耕穿過的廳施工方膀案。需陶要在洞劃身施工劑前處理著洞外部陵分，處堤理效果攏影響隧釀道洞身翠的施工抖。1、總梯體施摔工方精案隧道碧施工糕遵循“管超醉前、洽非爆汁破、師短開喚挖、該少擾序動、拾嚴治荷水、課強支桑護、織早封煌閉、陽勤量慈測、遼緊襯森砌”的原沫則穩喪步前慣進，瘦正洞拾、斜垃井均墊采用無軌運奇輸方式并組織施斑工。正洞Ⅳ級圍巖振段采用傍三臺階勞弧形導目坑預留隨核心土下法開挖兵，Ⅴ級圍巖垂段采用CRD法、續雙側室壁法鋤開挖壺，采輝用型沿鋼剛錢架、寒錨噴殺網聯疊合支絹護體拍系。斜井Ⅳ級圍別巖段倡采用捷正臺榨階法柳開挖秋，Ⅴ級圍半巖段盛采用普正臺棉階預宴留核牢心土棟法開神挖，推型鋼悲、錨遲噴網息支護活。隧道燃進口禾、出劇口及道斜井惰工區抬施工架通風濫均采鈔用壓泳入式卻通風。隧道加治水馳按照逢“防夾、排桂、截住、堵株相結效合，需因地習制宜佩，綜抓合治勻理”饞原則饑施工召。仰絨拱超罩前拱乒墻二袍襯混處凝土古超前析安排尖一次鍵整幅華施作魯。墻悼拱襯告砌采箱用液劇壓模贊板臺欣車整援體灌移注，慈混凝座土均每采用翼自動概計量飛，拌貫和站織集中向強制耍式拌螺和，咸砼攪衣拌運辮輸車稿運送岡，泵輪送入具模工釣藝。秦東隧勤道關鍵政施工技各術雙側壁嘴導坑法施工赴工藝最框圖兩側上部開挖超前小導管或超前管棚兩側下部初支及中隔和橫撐臨時支護兩側下部開挖施作初支、仰拱、填充兩側上部初支及中隔和橫撐臨時支護底部開挖拆除中隔壁和橫撐臨時支護防排水及二次襯砌監控量測中部下臺階開挖、初支及臨時支護中部上臺階開挖、初支及臨時支護施工媽圖片擾：進口采點用雙側塊壁導坑虜法施工出口采斤用CR姓D法施盡工秦東隧矮道關鍵燈施工技萬術①勤量測：加翅強監控劍量測工作友，對濁于淺戒埋地坑段并尿應將洞內零量測站和洞誤外量與測結彈合起嗎來，及時爹進行回丑歸分析潛，反饋樣量測成崖果，指天導現場枕施工。②短進尺：嚴格優控制候每循運環開鴿挖長架度，雙鴉側壁洞導坑抓和CRD控制在0.甩6m以內,弧形咐導坑剝臺階床法控廁制在0.8川m以內。③控沉匹降：加強爹初期支炸護，嚴昆格按設工計要求港架設型鋼鋼鋼架失，增加想鎖腳錨痕桿，保稱證系統既錨桿數潔量和角贊度，施武工大拱抄腳。④治水害：黃境土最渡大的禮敵人烘是水餡。施療工過吉程中嚴格控娛制施工緊用水的管理傭，同時對黃拼土中懷孔隙榮水的嫁滲出兩應及瘋時引笑排，絡避免追浸泡眨軟化終基底順，造槍成拱棗架整風體下瘋沉。在拱激腳、墻蒼腳位置乒鋼架背激后，緊惱貼巖面抬左右側另分別鋪界設縱向蟲排水盲悅管，在侄適當位擾置設橫番向引水貼管及時灰引排隧聞道滲水撐。⑤早成環：初期軍支護應盡早記封閉矛成環。⑥快襯挺砌：綁仰拱講距掌超子面貌的距助離嚴鋪格控購制在20結-3閑0m以內，彈二次襯睜砌距掌控子面控彎制在60～80此m范圍內。㈡斜捏井與蓋正洞勒交叉副口處稿施工敵方法秦東異隧道唯共設前置3座斜井挨，如何杏由斜井賢小斷面支進入正扔洞大斷粗面施工匹無設計牽方案，姜是本標壺段的一析個施工倉難點。樸項目部蠶經過論悄證比選肅提出了中心執爬坡恥導坑藥施工掩方案，并在盆項目經穗理部內設征集合墨理化建巨議進一乎步完善視該施工勾方案，協后報設訊計、監偽理、咨本詢、建撐設單位環審批后達在現場典得以實吧施，取態得了良服好的效始果。此方租案首孕先對貨斜井貫和正倚洞交暑叉口嘉進行時加固壟，并嘗施做俘門式掏鋼架免為正敵洞鋼鼻架安識裝創各造條欲件，序后通淚過圓壩曲線錦中心乖爬坡鈴導坑掩到達捉正洞性頂部原，再際按照笑正洞頑的設弓計斷焰面正臟向進康行隧蹈道開居挖（10米）創贊造作業忽空間，陳接著反博向拆除姥爬坡導口坑支護呈并擴大浮成隧道巴正式斷宰面完成劇斜井向豎正洞的越過渡。遼此方案約的成功偶實施，慕受到了鄙業主、叔咨詢、鑼監理、暮設計單凍位的好伏評，該貼方案已拼納入設振計院定控型設計鈔圖，作嶺業指導惰書被業瞧主納入導由xx公司編閉寫的“xx客運專昂線作業扇指導書糞”匯編方，在全序線推廣嶺。斜井向練正洞過簡渡斜井口斜井與正洞交裹叉口噴射混醉凝土防排腳水施爬工技兵術不合格檢查凈空及初期支護表面情況安裝環、縱向透水盲管和盲溝模板臺車就位割除外露超長的鋼筋、錨桿，整平凹凸不平的表面以及滲漏水處理、原材料檢驗和試驗合格鋪設防水板隱蔽檢查充氣及隱蔽檢查合格安裝施工縫止水帶隱蔽檢查不合格中間交工隧道結秤構防排柄水施工亦工藝流拐程圖焊接制止水勵帶焊接防蒜水板掛設防信水板高性能河砼的配扭合比及胳其他主偷要參數拱墻斜襯砌痰設計柔為C3仿5鋼筋顏砼，尊配合孟比為“水泥竿∶河系砂∶限碎石欺∶水親∶減堵水劑褲∶粉奇煤灰=1逃∶1倘.9段6∶鎖3.笛21漠∶0閃.4榜7∶世0.濁01遵6∶燃0.速33”，設計膀坍落度懂為20敲0～230蘿mm。水直泥采突用秦絲式嶺，岸用量慰為330翁kg；砂采濤用華陰濟中砂，狹用量為64攤8硬kg；碎徑石采肚用xx蒿岔峪腥，規格框為5～31.決5mm，用量10抽58沈kg；水為躁飲用水咽，用量特為15象4k鬼g；外摻奔料采用侮山西黃亮騰產的侮高效減梅水劑，蠅用量為5.2鉗8kg；Ⅰ級粉橋煤灰108扯.9k侵g。試望驗結閣果7d強度為26授.4楚Mp寬a，28荷d強度翅為40.色0M答pa，56降d強度為43里.8可Mp軍a。抗滲池標號扇達到P8。56d電通量姓達到989庫侖婆，滿勞足設咳計要租求襯砌內凈空檢查、外觀檢查中間交工砼配料、拌合、運輸施工準備監控量測確定施工作二次襯砌斷面檢查安止水帶、安裝襯砌鋼筋臺車就位臺車凈空、襯砌厚度檢查面板整修涂脫模劑臺車加固輸送管安裝、擋頭板安裝砼澆注拆模、養護鋼筋、砂、石、水泥、外加劑、止水帶、配合比拱頂壓漿二次習襯砌蘿混凝悼土施暗工工塵藝框嬌圖二次獄襯砌葵模板妥臺車遇正在斃組裝辟調試混凝制土的惹攪拌二襯祖混凝烤土采盤用二抹次投吉料工猴藝進磁行拌朱制，壯集中走在拌奮合站良采用隨強制對式攪艱拌機燦攪拌洗，攪曲拌次丈序為嶺先將梨砂、興石、鉤水泥稈加入資攪拌資機拌岸和0.思5～1.亂0m煌in，再腹加水柜攪拌1.5～2.5梯min。外加砌劑最后肆加入。粗攪拌前蓮外加劑炎先用拌跪和水進衛行稀釋蛛均勻，樣攪拌時西間延長哨至3m資in。砼怒攪拌財不僅池僅使嫩材料尿均勻繁的混弊合，喘還起閉到一國定的凱塑化嗓和提字高和綁易性點作用纖，對首防水候砼的襖性能裁影響典較大直，砼沙攪拌擇達到徹色澤嶺一致顏后方依可出甚料。混凝托土的撈攪拌二襯境混凝內土采個用二卵次投脖料工對藝進炸行拌校制，重集中或在拌息合站影采用處強制喘式攪鳳拌機捧攪拌歸，攪牧拌次壯序為悲先將腦砂、敏石、寒水泥觸加入晉攪拌嫂機拌孟和0.跟5～1.0這min，再加括水攪拌1.5～2.5奔min。外加幣劑最后葬加入。坡攪拌前寨外加劑粒先用拌耳和水進嶺行稀釋未均勻，科攪拌時劑間延長陵至3m激in。砼陵攪拌刊不僅秋僅使腿材料右均勻破的混繞合，購還起擠到一陷定的菠塑化陶和提密高和棚易性予作用狗，對薄防水豆砼的丹性能架影響鳥較大環，砼書攪拌貸達到越色澤悶一致向后方命可出阿料。混凝土傭澆筑及綱振搗隧道二犬襯混凝蜜土施工墳分上下豪兩部分核進行，成上下分勢界以兩捷側墻角冰處，設馳計軌面婦標高下93c項m為準受。仰宣拱及倍鋪底煉砼采陪用棧旬橋配贊合仰廣拱模授板整魯體澆街筑，識其混窮凝土汪均在診洞口征拌合五站拌拐和，雖砼罐釀車運昏到現趕場，積混凝連土輸詞送泵脫泵送籮入模辭，插箱入式月振搗臥器搗攤固。透澆筑鄙混凝撇土從網仰拱咸中心舍向兩投側對嫂稱進鴿行。井砼的搜振搗很采用傷插入刺式搗班固棒蠅配合尖附著礦式振匯搗器祖進行獻。插潔入式銅搗固稀棒振管搗時爸，按“快插慢貸拔”操作導。砼鋼分層叔灌注維時，滲其層傲厚不叫超過爐振動揉棒長鄙的1.2摟5倍，并硬插入下喚層不小兩于5cm，振坑搗時績間為10～30s。搗固抓棒要等薦距離的生插入，怠均勻的閥搗實全或部砼，這插入點襖間距小貸于振搗生半徑的1倍。姥前后澡兩次攪搗固爹棒的子作用能范圍代相互皮重疊四，避湯免漏茫搗和夕過搗思。振棵搗時哭嚴禁匙觸及格鋼筋豈和模目板。接觸網椒預埋槽填道的施貞工方法1、槽道恭模型：右圖投中：A代表I型釘，B代表T型螺栓宴。上圖輸中：A代表I型釘，B代表T型螺耽栓。2、在臺車跨模板上只開安裝拋孔，單直根槽道移固定點文為兩處傷（槽道沈兩端部類各一處慚），開枝孔方式帥如右圖晨。秦東隧荷道滲水粗地段控吳制沉降掠施工技躬術秦東如隧道1#、2#斜井責按照矩既定跨方案泳進入冶正洞烈后，金按三量臺階耗弧形博導坑年預留址核心讀土法棍進行近施工染，土楊質為牽粉質吹黏土胃，含啄水量16筍%～24%之間工。在駐初期慢支護2～3天后，曬表面出塔現滲水愛，拱腳互有滲流齡水現象辭。由于腹滲水影棉響，拱助腳土體勵軟化，頂致使拱萄頂下沉紹較大，駛拱頂沉谷降最大閉值已經進達到32嗚.3貿cm。鑒于羞此情況標，現場就對1#斜井xx端進飽行了轟扇形組支撐勉，并慢采用約增設馳鎖腳蔥錨管填