浅埋富水黄土地段隧道施工技术探讨
摘要：黄土隧道施工，在技术与安全方面存在一定的不可预见性，特别是浅埋、富水、软弱地段黄土隧道施工更是隧道施工中的一大技术难题。本文介绍了通过采用三台阶临时仰拱法开挖，小导管、钢拱架超前支护和加强监控量测等综合措施成功通过了浅埋、富水、软弱地段 , 确保了安全，加快了进度，为黄土浅埋隧道安全、快速施工提供了一定的参考依据 ,为今后类似工程施工提供了宝贵经验。
关键词：浅埋,富水,黄土隧道施工技术
1、工程概况
新建铁路麟游矿区至宝鸡二电厂铁路专用线工程线路从宝中线凤翔站场接轨，沿途经过凤翔县长青、尹家务、董家河、糜杆桥、姚家沟等乡镇，麟游县招贤、两亭、天堂等乡镇，终点至麟游矿区郭家河装车站。线路全长87.11km。
土建工程TJ-F标段正线长12.15km，桩号DK75+570～DK87+720;装车线长1.959km，桩号ZDK0+000～ZDK1+958.58。
主要工程内容有：路基全长6684km，挖方1746825 m³，填方1083912 m³，AB组填料62008 m³;桥梁1068.9延长米/3座;隧道4254延长米/3座，涵洞1829.3横延米/31座等。
2、隧道出口浅埋地段设计概况
由我公司承建的宝麟铁路运煤专线林家山3号隧道全长2518m ,开挖宽度10.2m ,开挖高度10.9m。其中富水黄土隧道长383m，其黄土含水率20%～30%。
浅埋黄土段采用初期支护采用喷锚支护，钢架采用Ⅰ16a型钢，间距为0.50m，拱部设置超前φ42小导管(L=4.0m)预支护，含水量超过23%地段采用Ⅰ16型钢，钢架之间环向设置φ22钢筋连接拉杆(间距为1.0m，含水量大于23%时，间距为0.8m)，每分部钢架脚板处采用2根φ42锁脚锚杆(L=4.0m)固定刚拱架，C25混凝土喷护，二次衬砌采用模筑混凝土施工，混凝土采用C35防水混凝土。
3、施工技术
3.1开挖
黄土段隧道采用三台阶临时仰拱法开挖。预留核心土，上台阶人工环形开挖，台阶的长度控制在1—2m，采用装载机直接出碴。施工中围岩发生变化即施工开挖方法需要变化时，应做好工艺转变的严格控制，尤其做好掌子面的封闭施工工作。
开挖顺序为：上台阶→中台阶左侧→中台阶右侧→核心土→仰拱，共五个步骤。周边采用人工环形开挖，中间核心土及隧底采取挖掘机开挖，人工修整。见图1。
3.2超前支护
穿越本地段，拱部采用超前小导管支护，并进行注浆，小导管采用3.5mφ42(壁厚3.5mm)无缝钢管制作，环向间距0.3m，间隔一榀施作一环，纵向水平搭接不小于1m。
将要进行灌浆的小导管钻眼做成花管，顶入端加工成圆锥形，然后将小导管穿越钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，往隧道轮廓线外侧成5～10°外插角，尾端露出钢架50mm，小导管与钢架焊接连接，保证超前支护与初期支护钢架连为整体。
3.3 钢架制作及安装
钢架设计为I16型钢制作，间距0.50m/榀，型钢钢架加工制作在洞外采用弯曲机胎模冷弯成型。每榀钢架分5片组装设计，其连接采用15mm厚的钢板与I16端部焊接后，再用螺栓连接，焊缝高度不小于6mm。
钢架安装采取分片安装，钢架底部采取方木或混凝土预制块支垫密实，防止钢架下沉。钢架每个分部单元采取锁脚锚管固定，锁脚锚管施作时往下呈30—45°，锚管与钢架的连接要采取“U”形卡线焊连接，以保证锚管与工字钢架整体受力。
钢架的连接采用钢筋拉杆纵向连接，内外交错布置，并保证每个安装单元的焊接要满足焊缝长度要求。凡钢架与锚杆结合部位，均采用焊接固定，提高整体稳定性。
3.4喷砼
开挖后先进行初喷封闭，初喷厚度控制在4cm以上，钢架支立完成后随即喷射混凝土至设计厚度，并在钢架处加厚喷层以包裹钢架，确保钢架稳定。
考虑到黄土自稳时间短，要求开挖面尽早封闭，我们选用PZ-9C型大容量的喷砼机，每小时喷砼量可达9m³/h，如一次喷砼量为4.5 m³，采取1台喷砼机，0.5h就可以喷完，提高了工作效率，缩短了围岩的暴露时间。
喷砼用水采用从洞外水管供水。水管采用橡胶高压水管，施工过程中要防止水管接头漏水或水管破裂，浸泡隧底，造成安全隐患。
为了避免钢架背后脱空现象，首先在喷砼时尽量采取小角度喷密实，另外在下一循环开挖后，观察钢架背后是否存在空洞，采取从前方往回补喷的方式，使钢架背后喷砼充填密实，与围岩形成整体有效的支撑体系，共同受力，防止造成隧道坍塌。
3.5 二衬及仰拱砼
二次衬砌台车采用液压砼衬砌台车，长度9m，为了使二衬施工与出碴、喷砼等其它工序交通不受影响，台车架采用“∏”型结构，用型钢制作，衬砌所用的模板，应采用定型的金属结构制作，每段模筑砼一次完成整体灌注，在灌注时预留和预埋照明、通风、消防等所需的洞室和线路管、孔、槽。台车面板之间设置公母榫，长度6-10mm，防止模板绞接位置漏浆。台车后端50cm范围设计能自由调整，保证前后两模混凝土不出现2mm以上的错台，整体拼装在洞外按照设计图纸进行，由专业技术人员检查合格后方可进行使用。
仰拱采取9m长栈桥分段施工，栈桥采用型钢制作，同样不影响掌子面的机械设备交通，开挖后要及时进行仰拱混凝土衬砌，并且要控制仰拱距掌子面的距离不超过25m，二衬距掌子面的距离不超过70m，有效避免隧道坍塌。
3.6交通组织措施
由于单线铁路隧道，断面小，洞内交通组织困难，为了缓解交通压力，我们在隧道内，每60—90m在隧道的同侧设一调车洞，有的可以与设计上的大避车洞、变电洞室合建，这样可以解决洞内出碴车、挖掘机等机械设备的调头问题，而且大大地减小了机械设备从调车洞到掌子面这段距离倒车慢行的时间。每天按开挖3计算，经过现场统计比较，实践证明每月可影响进尺达6.2m。
3.7监控量测措施
黄土隧道监控量测是确保安全的一个重点工作，在洞外要经常做地表观察，注意沉降及开裂情况，洞内做好拱顶下沉及水平收敛等监控量测。监控量测工作必须紧接开挖、支护作业，监测断面一般布置在开挖掌子面前约5m，量测断面按5m间距布置，断面垂直隧道轴线，所在监测点都必须在该监测断面上，不得偏离，量测频率根据量测断面距掌子面的距离及日变化速率两个指标来控制，一旦发现变化速率大于5mm/d，累计沉降大于10cm，要加强初期支护、增设临时水平支撑或及时进行二衬施作，预防隧道坍塌。
3.8应急措施
为了预防黄土隧道坍塌，减少人员伤亡及机械设备损失，在施工过程中我们要储备应急物资及采取相应应急措施。在掌子面附近备型钢或钢管在变形较大时做临时水平支撑用，另外从掌子面到已施工二衬区备一根通长钢管作为隧道万一坍塌后，可以通过管道往里输送食物、饮料及保持通信。应急物资随着掌子面的掘进，同时往前跟进。应急设备采用隧道施工的挖掘机、装载机等，设备状态要保持正常。另外在施工时，每道工序都安排专人全过程盯班，特别注意观察掌子面围岩情况及初支裂缝或掉块等变形，一旦发现问题，及时将人员和机械设备撤到安全区，避免发生不安全事故，造成损失。
4.取得的效果
通过采取以上措施，取得了一定的效果，安全上得到了保证，采取快挖快支，及时封闭成环，二衬仰拱通过采取措施，不影响掌子面正常作业，二衬每3天1个循环，每循环9m，每月进尺90m，能跟上掌子面开挖进尺及安全距离要求，至今隧道未出现坍塌事件，为隧道正常施工提供了有力的保障;另外开挖进度上得到加快，实践证明黄土隧道开挖进尺得到了很大的提高。
5.结语
在林家山3号隧道进口黄土富水浅埋段的施工过程中，通过采取三台阶临时仰拱法开挖开挖法，人工配合机械开挖及对开挖步距严格的控制，钢架的精心制作与安装时锁脚锚杆的固定，纵向连接筋的合理连接，喷砼设备的选择与型钢钢架背后的密实充填，二衬及仰拱的及时施作，供水方案的优化与合理组织洞内交通等措施，确保了安全，加快了进度，为黄土浅埋隧道安全快速施工提供了一定的参考依据。
