黄土公路隧道施工和防排水控制

1、概述

　　黄土在我国分布较广，黄土面积约占我国陆地面积的6.6%，华北、西北地区的黄土地层分布连续，厚度较大，发育较典型。在黄土地区开挖隧道成型好，易于施工。只要断面形式及设计参数合理，施工方法得当，支护及时就能充分发挥黄土的自身承载能力的作用。

　　某黄土高速公路隧道为分离式隧道，上行线隧道长1501m，其中Ⅰ类黄土段537m，纵坡0.52～1.45%；下行线隧道长1310m.Ⅰ类黄土段394m，纵坡1.13～2.54%，隧道中心间距113.4m，隧道中间设三处人行横洞，一处行车横洞。该隧道采用新奥法（NATM）设计和施工，现已建成通车。说明新奥法适用于黄土介质，且效果良好，值得推广。

　　2、水文、地形地貌及工程地质条件隧道区域内有一条主要河流和三个支流通过。

　　支流分别从西侧和南侧汇入主河，向东流去。河流为季节性河流，流量受季节影响。

　　隧道位于黄土梁峁区，黄土披覆在起伏不平的基岩顶面之上，并承袭了下伏基岩的古地形。在稳定提升的新构造运动下，黄土经流水长期侵蚀，形成现今梁峁起伏，河谷深切的地势。总的地形是南部和西部地势相对较高，北部和东部相对较低，高差为305m.梁峁上天然植被很少，因梁峁至沟底的各种流水侵蚀活跃，谷坡的崩塌、滑坡、泄溜很普遍，水土流失严重。在主河及支流河谷中，均可见河漫滩口及一、二级阶地，此种地形分布面积大而且连续。阶地类型主要为堆积阶地，但冲蚀层厚度较薄，一般为10m左右。在较大的冲沟口处，多分布有冲洪积或坡洪积堆。

　　黄土隧道顶部覆盖着新第三系上新统三趾马红土层（N2），为棕红色粘土，夹钙质结核，底部常见砂砾石层。结构致密，呈硬塑状，属低液性粘土。天然含水量较低，一般在10%左右，无胀缩性，垂直节理发育，堆积厚度变化较大，2-40m不等。

　　在三趾马红土之上为中更新统离石黄土（Q2eol），属浅黄色、褐黄色、粉质粘土，夹有数层古土壤，含钙质结核，为硬塑状，结构较致密，天然含水量很低，垂直节理发育，厚度10m—100m.隧道地区地层中主要发育两级节理，一组近南北向，一组近东西向，节理密度大多为2～3m一条，局部地段0.5～1.0m一条。在强风化带，节理裂缝的张开程度和密度明显增加，沿节理裂隙附近，岩石风化程度增强，强度明显降低。

　　3、黄土隧道工程施工

　　3.1黄土隧道的施工方法黄土隧道施工前，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时要加强支护措施，防止坍塌，以保施工安全。

　　施工中应遵循“重地质、超前报、管超前、弱爆破、少扰动、短进尺、架紧贴、强支护、早喷锚、勤量测、修设计、调自承、严治水、紧封闭”的施工原则，施工工序紧凑，精心组织施工。

　　开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法（留核心法），初期支护紧跟开挖面施作。

　　黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍塌。因此，宜采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆，管棚支撑加固围岩。在初期支护基本稳定后，进行永久支护衬砌。衬砌背后回填要密实，尤其要注意拱顶回填。

　　做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水侵蚀洞体周围，造成土体坍塌。在有地下水的黄土层中施工时，洞内应施作良好的排水设施。水量较大时，应采用井点降水法将地下水位降至隧道衬砌底部以下，以改善施工条件，加快施工进度。在干燥无水的黄土层中施工，应管理好施工用水，不使废水漫流。

　　3.2黄土隧道施工注意事项

　　⑴首先做好洞口、洞门及洞顶的排水系统，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌；

　　⑵施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭，加设锚杆，架立钢支撑等加强支护。混凝土喷射机压力不宜大于0.2Mpa；

　　⑶施工时要特别注意拱脚下墙脚处断面，如超挖过大，可用墙体同标号混凝土回填或用浆砌片石回填。如发现该处土体承载力不够，应立即加设锚杆或采取其它措施进行加固。钻锚杆孔时，宜采用干钻；

　　⑷黄土隧道施工，宜先做仰拱，如果不能先作仰拱时，为防止边墙向内位移，应在开挖与灌注仰拱之前，加设横撑梁顶紧，以防墙体变形；
　⑸锚杆宜采用早强砂浆式锚杆。若拱部位于砂层时，为防止喷射混凝土层塌落，可将Ф8mm的密钢筋网，置于紧贴开挖面，作为初喷混凝土层固定支撑。

　　4、黄土隧道管棚与支护黄土隧道施工时应严格按照黄土隧道的施工方法组织施工，在进洞之前先做好洞顶排水天沟等排水系统。

　　进洞时洞门先作超前支护，大管棚预注浆。大管棚采用Ф89×4mm，自拱顶向两边按间距40cm环形布设，倾角σ=2°～5°，每环30根，每根长10×2米。

　　在管棚施作时应着重检查以下项目：

　　⑴检查开挖的断面中线高程和开挖轮廓线是否符合设计要求；

　　⑵钢拱架安装垂直度允许误差（±20mm）、中线及高程允许误差（±5cm）均应在允许误差之内；

　　⑶在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角应不侵入开挖轮廓线，钻孔由高孔位向低孔位进行，孔径宜比管棚筋直径大20～30mm；

　　⑷检查接头管箍及注浆孔打设是否符合设计要求；

　　⑸管棚注入水泥浆时，封堵塞应有进料孔和出气孔。在出气孔流浆后，方可停止压浆。

　　在大管棚的掩护下，人工与机械配合采用环形开挖，中心留核心土，环形开挖从两侧边墙开始，最后开挖拱顶处，一次进尺控制在0.75～0.8m，坚决避免出现一次进尺太多。为使初期支护及早成环，开挖核心土时应距拱部开挖面不大于5米。

　　初期支护紧跟掌子面施做，断面成型后立即喷射不小于5cm厚的混凝土，封闭掌子面，安装钢拱架及锚杆后，再次喷射混凝土。黄土围岩钻孔易夹钻，如等锚杆安装好后再进行下道工序施工，施工进度将受影响，也不利于施工安全。如采取锚杆后行，且距离控制在2～3个循环之内，在喷射混凝土时先喷一半，锚杆检查符合设计及规范要求后，再将剩余混凝土部分喷平的方法，即安全又解决了施工进度问题。

　　核心土挖除后，应及早施做仰拱混凝土，浇筑仰拱混凝土前，要清理浮渣和淤泥，保证仰拱坐落在新鲜岩面或原状土上，仰拱一次浇筑长度为6m，及早使衬砌成环，确保围岩稳定不变形。

　　黄土隧道施工过程中，围岩监控量测系“新奥法”施工的重要组成部分，施工中必须严格按照有关图纸和规范执行，只有通过对围岩进行监控量测，才能正确地掌握围岩与支护之间的收敛动态，掌握围岩与支护的动态规律，并结合地质超前预报，客观评价围岩稳定性，进一步了解围岩的弹塑性区域，裂隙发育程度等，从而达到合理调整初期支护参数及调整预设计。

　　5、黄土隧道防排水施工控制

　　黄土隧道最怕水，因此，黄土隧道必须做好防、排水工作，使建成的隧道不渗、不漏，也是隧道施工成败的关键。在黄土隧道的施工中，要严格按照设计施工，因地制宜的采取“以排为主、防、排、堵、截相结合”综合治理原则，达到排水畅通，防水可靠，不留隐患的目的。具体方法是：初期支护期间，表面无水区的5m内，渗漏水区3m内，从拱腰至墙脚，每侧打不少于3个引水孔，孔深50cm，然后环形设Yas排水半管，外用1cm厚砂浆封闭半管表面。如遇局部有渗水、涌水，应调整半管安放位置，或视情况增加半管使用数量。排水半管布设好后，应仔细检查初期支护表面有无渗、漏水现象，检查合格后再进行下道工序施工。

　　在铺设土工布（400g/m2）前，应检查初期支护表面是否平整，如有钢筋或锚杆头外露，应割除并用砂浆抹平，使喷混凝土表面凹凸高差不超过土±5cm；喷混凝土表面符合要求后再铺设工工布，既能保护防水板免遭破坏，又能起到渗水作用。土工布用衬垫贴上，再用射钉枪钉上水泥钉锚固，水泥钉长不得小于50mm.拱顶平均3-4点/m2，边墙2-3点/m2.土工布铺设20m后，再铺设改性LDPE防水板，铺设的防水板必须符合国标（GB12953——91）中各项指标的要求，为减少接缝，采用幅宽5～7m的防水板。采用专用熔接器热熔粘接防水板接缝，搭接部分不得小于80mm，粘接剥离强度不得小于母体拉伸强度的80%.采用真空加压法检测防水板接缝粘接强度。在0.2Mpa压力作用下5分钟，粘接强度不得小于0.16Mpa.防水板铺设固定工艺见图2隧道纵向排水采用中心排水管沟和行车道边缘两侧设纵向排水沟的方法，将衬砌外围的水排出洞外。纵向排水管沟在隧道设计中是常见的主要方法，但要注意在施工中杂物、地下水夹带的矿物质、泥砂在排水管沟内积蓄，将排水系统堵塞，使排水系统失去作用，影响建成的隧道正常运营。为防止排水管沟堵塞，在初期支护与二次衬砌之间沿隧道纵向全长与隧道同坡设置Ф160×5mmPVC半花管，在1/2断面内梅花状每隔5cm钻一个Ф6mm的圆孔，再在半圆管上部用1-2cm碎石充填。为了便于对纵向排水管沟的定期疏通，施工中经常采用管道疏通机进行疏通。为使积水及时排出洞外，在两侧墙脚每隔50m对称布设检查维修孔。管沟内积蓄的水经检查孔由横向排水管沟（PVCФ160×5mm）通过行车道边缘排水沟或中心排水管沟排出洞外。为便于维修，在边缘排水管沟或中心排水管沟每隔200m设一处沉淀检查井，排水系统形成即便于维修检查，又能“畅通无阻排水”的网络体系，通过动态排水，实现隧道不渗水、不漏水，确保正常运营。