隧道土石分界段施工技术探讨

隧道土石分界段施工技术探讨

张舵

中铁二十局集团第二工程有限公司北京100142

摘要：阳山隧道在开挖过程中存在连续土石分界面，隧道上部为黄土，下部为泥岩、砂岩，爆破作业时产生的震动对围岩和地表的影响，易引起土石界面处围岩应力变化，极易造成土体沿土石界面处滑塌和拱部坍塌事故，施工安全风险高、技术难度大。因此本文就隧道土石分界段施工，提出了解决处理方案，供今后相同地质隧道施工进行参考。

关键词：阳山隧道;土石分界段；隧道开挖；坍塌

一、工程概况

阳山隧道位于陕西省延长县郑庄镇、七里村镇、宝塔区麻洞川乡，起讫里程DK379+531～DK391+427，隧道最大埋深278m，Ⅲ级围岩8058.5m，Ⅳ级围岩2501.5m，Ⅴ级围岩1078m，全长11.896km，为单洞双线隧道，是新建蒙西至华中地区铁路煤运通道重点控制工程。

二、施工难点

阳山隧道处在陕北黄土高原粱峁区，冲沟发育，零星分布小面积黄土塬，沟谷切割较深，该地区大部分覆盖厚层黄土，冲沟内偶见基岩裸露。据阳山隧道纵断面图揭示，隧道进口DK379+900～DK380+055段及出口DK388+750～DK389+775段，穿越土石分界地层，隧道开挖净空内上半断面为黏质老黄土，下半断面为砂岩、泥岩。本里程段内隧道无地下水，上部黄土含水率底，下部砂岩、泥岩，岩体较破碎，节理较发育，土石分界面在隧道开挖净空内呈斜坡状。在进行该段开挖施工时，爆破作业产生的震动对围岩和地表的影响，极易引起土石界面处围岩应力变化，造成土体沿土石界面处滑塌和拱部坍塌事故，安全风险高、施工难度大。因此如何有效控制开挖中局部坍塌及初支过大变形是土石分界段隧道施工的重难点。

三、解决方案

（一）开挖、支护施工

根据土石分界面不同位置，制定三种不同的施工方案。

（1）土石分界面位于下台阶采用分部弱爆破施工

DK389+700～DK389+775段土石分界面位于下台阶处，采用三台阶法开挖，上台阶采用人工配合机械开挖，长度控制在5m以内，下部左右两侧分开进行弱爆破，间距控制不小于3m，根据地质条件和设计参数，循环进尺选择0.75m。中台阶长度控制在5m以内，开挖一环、支护一环，下断面开挖后及时施作仰拱，形成封闭结构。开挖时使用简易作业台架、YT-28风枪钻孔，光面爆破，楔形掏槽，采用2#煤矿硝铵炸药，毫秒延期雷管微差起爆，循环进尺拟确定为2m；锚、网、喷初期支护，局部地段拱墙辅以钢拱架加强。

（2）土石分界面位于中上台阶采用上台阶机械开挖，中下台阶分次控制爆破施工

DK389+500～DK389+700段土石分界面位于中上台阶处，施工前先对拱部采用6mФ60超前长导管及3.5mФ42超前小导管进行预支护，然后采用台阶法开挖，锚、网、喷初期支护。上台阶可适当预留核心土，循环进尺不大于0.75m。施工中，应根据围岩情况，采用合理的施工顺序和确定上、下台阶间的距离。开挖后，先初喷混凝土封闭岩面，及时施做初期支护和临时支护。钢架安装后，要及时打设锁脚锚杆。尽早施工仰拱，使土石分界断面形成一个封闭环，增加隧道的稳定性。

（3）土石分界位于拱顶附近采用CD法或三台阶预留光爆层分部爆破法工。

①CD法施工

DK379+865～DK379+900段隧道上部有冲沟，为洞身浅埋富水区段，隧道拱顶覆盖砂质新黄土，细圆砾土和全风化砂岩。施工前，首先对该段进行地表注浆固结加固，降低地层的渗透系数，提高开挖中的围岩稳定性。地表注浆采用采用抽阀管分段后退式注浆，再对DK379+865～DK379+980段原地面进行30cm厚的三七灰土换填及30cm厚的M15浆砌片石铺砌。DK379+865～DK380+000该段地层稳定性差，需严格控制沉降，拱部采用Ф89长管棚及小导管超前支护，机械开挖CD法施工。

图1中隔壁法（CD法）施工工序横断面及纵断面示意图

②三台阶预留光爆层分部爆破法工

DK388+750～DK389+100段，土石分界面位于拱顶上部，采用三台阶法开挖，DK389+100～DK389+500段土石分界面位于拱顶部位，采用三台阶大拱脚临时仰拱法开挖。先机械开挖上台阶土体，后依次爆破开挖中、下台阶，最后起爆光爆层，中下台阶分左右两部分进行。根据隧道地质条件和设计参数，循环进尺选择0.6m，上台阶高设为3m左右，下台阶高度设为4m左右。隧道三台阶临时仰拱开挖法是将隧道断面分成上中下三个部分进行开挖的施工工法；要求及时施作拱部临时仰拱；各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法。

（二）控制局部坍塌及较大变形的措施

（1）为防止局部坍塌及拱脚产生过大变形，DK380+000～DK380+055及DK388+750～DK389+775各台阶节点处设置2根6m长Ф76（t=5mm）锁脚锚管，拱部采用6mФ60超前长导管及3.5mФ42超前小导管进行预支护。上、中、下台阶初期支护钢架底部节点间纵向采用厚度为14mm，宽度15cm的钢板连接，钢板纵向长度根据钢架类型、尺寸等确定，每榀钢架共4处节点，设4处纵向连接钢板连接。钢管前端加工成锥形，尾部焊接Φ6mm钢筋加劲箍，管壁四周钻Φ6mm溢浆孔。

（2）土石分界段设计开挖预留变形量为8～12cm，开始施工中分界面在拱部以上时按20cm预留，分界面在拱部以下时按30cm预留，后续施工根据地质条件、量测反馈数据分析后综合确定，以确保初期支护净空满足规范要求。

（3）当施工掘进达到5～10m时，必须进行落底成环施工。中下台阶施工时左右侧错开一定距离分别开挖，避免两侧同时落底，造成拱架悬空引起大的沉降，拱架落底时拱架底部要支立牢靠并及时回填。

（4）隧道土石分界段拱部土体自稳性差，易坍塌及掉块，故支护必须紧跟。每循环开挖后应立即施作锚喷挂网联合支护，认真进行初喷作业，初喷厚度为4cm，喷射混凝土时，分多次复喷至设计厚度。

（三）二次衬砌

二次衬砌紧跟，确保开挖步距不超限，保证施工安全。隧道仰拱采用弧形模板整幅施工，仰拱与填充分开浇筑；仰拱及二衬端头采用钢木结合止水带平展对夹固定模板，确保中埋止水带位置准确，防水效果良好。

四、预防塌方措施

（一）超前地质预报。采用C6钻机超前钻孔、TSP203地质预报系统、地质雷达和红外线探测仪进行联合地质预报，并认真作好地质素描，提高预报的准确性，为安全穿越土石分界段提供第一手资料。

（二）加强监控量测。大力推行监控量测、超前地质预报信息化管理，将量测及地质预测到的地质特征变化及时汇总分析、修正支护参数，调整衬砌结构，这是防塌的主动手段。加强地下水活动的监控工作，地下水以及施工用水管理不善，便会促进塌方的发展，为此，对涌水及渗水必须及时予以排引。

（三）加强施工现场管理。施工现场管理，是完成一切预防措施的前提和基础，因此，必须从提高施工人员的技术水平和加强岗位责任制出发，进行素质教育，制定行之有效的规章制度，其中最重要的是现场施工员，必须是经过培训和考核合格，具有强烈责任心、敬业精神，具有较丰富的实践经验与组织能力的人担任。

五、结语

土石分界段开挖历来是隧道施工中的高风险点和重难点，本文主要以阳山隧道为例，提出运用综合超前地质预报、结合围岩监控量测，超前长导管、超前小导管支护措施和三台阶控制爆破施工技术作为解决处理方案，希望对今后类似工程提供一定的借鉴和指导。

参考文献：

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