白 洪 星
(中铁十七局集团有限公司，山西 太原 030006)
黄土隧道快速施工技术
白 洪 星
(中铁十七局集团有限公司，山西 太原 030006)
以石楼隧道为工程背景，介绍了黄土隧道快速施工的工艺特点，从施工人员及机械配置、超前地质预报、黄土地质处理、通风及排水等方面，阐述了黄土隧道的快速施工技术，为类似工程施工积累了经验。
隧道，黄土地质，超前地质预报，通风，排水
1 工程背景
1.1 隧道总体设计
石楼隧道位于山西省吕梁市石楼县与临汾市隰县境内，为黄土高原丘陵地貌，地形起伏较大，隧道最大埋深约为252 m，最小埋深约为10 m。
本隧道为单洞双线隧道，直线段线间距为4.0 m。隧道进口里程为DK221+415，出口里程为DK234+225，全长12 810 m。
隧道Ⅲ级围岩段长3 400 m，Ⅳ级围岩段长8 750 m，Ⅴ级围岩段长660 m，分别占隧道全长的27%，68%，5%。
1.2 隧道工程地质条件
地貌：本隧道位于吕梁山西坡，黄河左岸黄土梁峁区，地形起伏较大，冲沟发育。海拔高程1 055 m～1 297 m，相对高差10 m～252 m。隧道山顶有深切冲沟，沟底距洞顶3.27 m～97 m。隧道进口端与出口端均处于黄土与第三系粘土分界处。
水文特征：隧道区地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，赋存于第四系老黄土、第三系粉质粘土及三叠系中统二马营组砂岩、泥岩裂隙及风化层中。
1.3 隧道衬砌结构设计
1)洞身二次衬砌结构设计参数见表1。
表1 洞身二次衬砌结构设计参数 cm
2)初期支护设计参数见表2。
2 施工方法及工艺
通常黄土隧道施工多采用双侧壁导坑法，此方法最大的特点就是安全，但工序繁琐，进度缓慢，不适合长大隧道施工，为保证施工安全，又不影响施工工期，所以我们采用三台阶七步法施工。三台阶七步法分上中下三个台阶七个作业面,三台阶七步法的特点：一是施工空间大，可以多个作业面平行作业；二是中下台阶左右错开开挖，有利于作业面的稳定；三是当围岩有变形时，可以很快调整闭合时间。
3 机械设备选用及电力配置
3.1 机械设备选用
表2 初期支护设计参数
根据施工能力和工作量，单个工作面主要机械配备表如表3所示。
表3 单个作业面施工机械配备表
3.2 洞内照明
长大隧道超过1 000 m，由于供电距离过长，电压损失过大。所以我们在石楼隧道出口设一台630 kW变压器，在浅埋段(也就是进洞1.2 km处)设一台315 kW变压器供洞内施工用电；4号斜井洞外设一台1 000 kW变压器，洞内设一台315 kW移动式变压器，保证施工正常用电。
4 施工人员配置与管理
由于黄土隧道开挖进尺短，人员安排多了又浪费，安排少了不能正常施工，人员配置很重要，通过一年多的实践，总结出比较理想的人员配置表(见表4)。
表4 单工作面人员配备表
5 超前地质预报及监控量测
5.1 超前地质预报
采用TRT6000地质超前预报系统，利用地震波的反射原理进行地质预报。
5.2 监控量测
在石楼隧道监控量测中结合实际施工情况，水平收敛采用了收敛仪器测围岩的水平变化，拱顶下沉采用了全站仪免棱镜激光量测。石楼隧道属于Ⅳ级和Ⅴ级围岩交替。Ⅴ级围岩按里程10 m布置一个量测断面，Ⅳ级按5 m布置一个量测断面，地下水量大围岩增设量测断面。
6 特殊黄土地质施工方法
6.1 浅埋地段施工方法
石楼隧道其中DK232+990～DK232+920段位于一个沟谷内，由于当地水土流失严重，当地政府在沟谷下游修筑拦沙坝积淤造田，因此沟谷内常年积水，形成较厚淤积层，地质钻探揭示表层50 cm为积淤层，中间1 m～2 m为卵石层，下层为粉质粘土，含水量丰富，地质情况如图1所示。
6.2 富水地段施工方法
石楼隧道出口4号斜井虽为土质隧道，随着隧道掘进，含量逐渐加大。根据设计勘查，土体中含水主要为孔隙潜水和裂隙水，在最初开挖时无肉眼可见的滴、渗水，但土体相对湿润，随着时间推移，在初喷以前，渗水由滴水状变为线状水，最后出现大面积渗水，如图2，图3所示。
开挖过程中出现不同程度的掉块，掌子面有时出现大面积掉块，最初设计均为Ⅳ级围岩，初支采用格栅拱架，间距1.2 m/榀，变形量较大，在DK233+380～DK233+352段，DK223+270～DK223+290段，DK231+430～DK231+395段，在初期支护完成后，均出现不同程度的拱部开裂，变形达到60 cm左右，甚至坍塌。造成事故的主要原因为土体内的含水引起了土体结构的改变，使土体间应力发生改变和重新分布，土体颗粒间的粘聚性大大降低，尤其在隧道开挖后引起断面周边土体出现松动圈，松动圈内的土体受水影响而产生的应力分布均匀或者重新改变，同时在土体应力随时间逐步释放的作用下，由于格栅拱架刚度不足，受不均匀力的作用，易发生变形，导致初支大变形。经专家讨论研究采用Ⅴ级围岩施工，格栅拱架更换为Ⅰ18工字钢，间距调整为1 m/榀，目前施工正常，收敛在5 cm以内，未发现异常。
7 通风及排水方案
7.1 通风
隧道施工通风主要按长管路独头压入式，利用风管对单独掘进的工作面供风，通风系统简单、稳定。在进、出口区以及斜井洞口各选配2台2×55 kW轴流风机通风，风管直径为160 cm。
高压风采用洞外电动空压机组成的压风站集中供风方式，高压风管直径采用150 mm无缝钢管，进洞后采用托架法安装在边墙上，沿隧道通长布置，高度以不影响仰拱施工为宜。
空压机配备按洞内风动机械同时工作耗风量及管道漏风系数等计算。
Q=∑Q×(1+δ)×k×km。
其中，δ为安全系数，电动取0.3～0.5；k为空压机本身磨损的修正系数，取1.05～1.10；km为不同海拔高度的修正系数，取1.14;∑Q为风动机具同时工作耗风量总和，∑Q=∑q×qn，qn为管道漏风系数，取1.15，同时工作的各种风动工具耗风量∑q=N×q×k1×k2，N为使用台数，q为每台耗风量，k1为同时工作系数，取0.85，k2为风动机磨损系数，取1.10。
根据计算所得总耗风量，在隧道进出口区及斜井区分别设一组4×40 m3/min高压风站，供应洞内高压用风。
7.2 排水
由于石楼隧道出口和4号斜井均为反坡掘进，所以采用机械接力式排水，洞内水流入集水井，用水泵将水抽出排至洞外污水处理池，洞内另一侧水，利用过轨管线预留槽引入集水池内。正洞内500 m设一个集水池，集水池尺寸为2.5 m×2.5 m×1.5 m，见图4。
出口浅埋段处排水采用地表排水及洞内排水相结合的方法排水。
8 结语
长大隧道的施工组织及施工方案的选择，除考虑成本外，更重要的是如何保证隧道的安全快速施工。通过石楼隧道实践证明，在组织施工的方案选择上，考虑了不利因素，方案合理，可实施性强，为同类工程施工提供了经验。
Fast construction technology of loose tunnel
Bai Hongxing
(China Railway 17th Bureau Group Co., Ltd, Taiyuan 030006, China)
Taking Shilou tunnel as the engineering background, the paper introduces fast construction technology features of loose tunnel. Starting from aspects of construction staff and machine distribution, advance geology prediction, loose geology treatment, ventilation and drainage, it describes fast loose tunnel construction technologies, which has accumulated experience for similar engineering construction.
tunnel, loose geology, advance geology prediction, ventilation, drainage
1009-6825(2016)12-0142-03
2016-02-17
白洪星(1980- )，男，工程师
U455
A
