大断面黄土隧道贯通施工技术

  赵善同

(中铁三局桥隧分公司，河北.邯郸 056036)

【摘要】以郑西铁路客运专线函谷关隧道各工作面贯通工法为例，总结出针对CRD、弧形导坑等不同开挖方法间的贯通要点。该工法适用于大断面黄土隧道安全、快速的要求，特别当黄土隧道断面大于160m3时更为有效。 

【关键词】  郑西铁路客运专线     黄土隧道     贯通   

1、工程概况

函谷关隧道为大断面黄土隧道，进口→横洞→1号（DK270+429-DK272+810）属V级围岩，正洞洞身采用Ⅴ级黄土加强衬砌，Ⅴ级地段设计支护参数如下：支护采用I25a型钢钢架全环布置，间距0.6m；拱墙设Φ22系统锚杆，间距1.0×1.0m，拱部药包锚杆长2.5m，边墙药包锚杆长4m；初期支护喷砼厚35cm，φ8钢筋网网格间距20cm×20cm拱墙布置，仰拱喷砼厚度同拱墙； C35二衬钢筋砼衬砌厚度为60cm，仰拱C35钢筋砼衬砌厚度为70cm。

1号→2号→3号(DK272+810-DK277+140)属IV级围岩，正洞采用弧形导坑法进行开挖，IV级地段设计支护参数如下：支护采用I22a型钢钢架全环布置，间距0.8m；拱墙设Φ22系统锚杆，间距1.0×1.0m，拱部药包锚杆长2.5m，边墙药包锚杆长3.5m；初期支护喷砼厚30cm，φ8钢筋网网格间距20cm×20cm拱墙布置，仰拱喷砼厚度同拱墙； C35二衬钢筋砼衬砌厚度为50cm，仰拱C35钢筋砼衬砌厚度为60cm。 

2、贯通里程及贯通方向

2.1、贯通里程

1）进口→横洞贯通里程DK270+980，横洞郑州方向开挖至贯通里程后停止开挖，最终由进口西安方向完成贯通， 经过现场踏勘DK270+980埋深37米，距离2号冲沟沟心（DK271+015）35m，贯通处地势平缓，可进行贯通。

2）横洞→1号贯通里程DK271+770，1号郑州方向开挖至贯通里程后停止开挖，最终由横洞西安方向完成贯通，经过现场踏勘DK271+770埋深50米，距离5号冲沟沟心（DK271+715）55m，贯通处地势起伏较小，可进行贯通。

3）1号→2号贯通里程DK273+628，1号西安方向开挖至贯通里程后停止开挖，最终由2号郑州方向完成贯通， 经过现场踏勘DK273+628埋深108米，贯通处地势起伏较小，地质条件较好，可进行贯通。

4）2号→3号贯通里程DK275+578，2号西安方向开挖至贯通里程后停止开挖，最终由3号郑州方向完成贯通， 经过现场踏勘DK275+578埋深191米，贯通处地势起伏较小，地质条件较好，可进行贯通。

2.2贯通方向

1）进口→横洞贯通里程DK270+980，目前进口距贯通点开挖剩余20m，仰拱距掌子面35m，衬砌距掌子面63m，横洞郑州方向距贯通点开挖剩余10m，仰拱距掌子面32m，由于进口台车具备贯通前紧跟掌子面并完成贯通段衬砌施工的条件，故选择由进口贯通横洞郑州方向。

2）横洞→1号贯通里程DK271+770，目前横洞西安方向距贯通点开挖剩余125m，仰拱距掌子面45m，衬砌距掌子面65m，1号斜井郑州方向距贯通点开挖剩余85m，仰拱距掌子面25m，衬砌距掌子面57m，由于横洞采用CRD法贯通较弧形导坑法安全，最终由横洞西安方向完成贯通。

3）1号←2号贯通里程DK273+628，由2号郑州方向完成贯通。目前1号西安方向距贯通点开挖剩余31m，仰拱距掌子面35m，衬砌距掌子面66m，2号斜井郑州方向距贯通点开挖剩余46m，仰拱距掌子面30m，衬砌距掌子面51m。

4）2号←3号贯通里程DK275+578，由于3号斜井已经与出口贯通，洞内空气条件及衬砌压力较2号西安方向小的多，故选择2号西安方向开挖至贯通里程后停止开挖，衬砌台车挑头回衬，最终由3号郑州方向完成贯通。目前贯通区间剩余470m。

3、隧道贯通方法

3.1、CRD法贯通（进口→横洞）

3.1.1CRD法待贯通面加固（横洞郑州方向）

①CRD法①部掌子面距离贯通地点6m时，开始施工长3m、高30cm管棚工作室。

②CRD法①部掌子面距离贯通地点3m时，采用φ50超前小导管进行超前支护，导管长9米，间距30cm，支护范围拱部120°。

③超前小导管施做完成后，①部按正常断面向前施工至贯通里程，各部室顺序跟进。

④CRD法③部掌子面距离贯通地点6m时，开始施工长3m、高30cm管棚工作室。CRD法③部掌子面距离贯通地点3m时，采用φ50超前小导管进行超前支护，导管长9米，间距30cm，支护范围拱部120°。

⑤CRD法②④部距离①③部6米处停止开挖，中隔壁采用“V型支护”进行加强，同时临时横撑紧跟①③部掌子面，为了加强临时横撑的支护强度，对①③部下方临时横撑采用隔两榀喷两榀（“隔2喷2”）的对喷砼带强化初期支护成环受力效果。

⑥CRD法各部室到达贯通位置后，采用锚网喷封闭掌子面，喷射混凝土厚度10cm，纤维锚杆长5m，Φ8钢筋网间距20cm。

图1 CRD法贯通示意图

3.1.2CRD法贯通面加固（进口西安方向）

①CRD法①部距贯通地点25米时，抓紧仰拱衬砌施工，①部距贯通点还有5m 时，仰供距掌子面不大于20m，二衬距掌子面不大于30m。

②贯通过程中①③部开挖每次一榀，间距0.6米，拱脚每处施作四根长度4米的锁脚锚管。

③CRD法①部距贯通点还有5m 时，采用人工进行开挖。

④隧道第一洞室贯通后，要快速进行下部封闭施工，下部室挖护作业最多不超过2榀，并要交替进行。例如CRD法的②④部不得同时施工。

⑤待各部室全部贯通并且贯通区域衬砌全部施做完成后，再拆除钢筋台架，重新拼装在台车后方，反方向回衬以前跳段区域。

3.2、弧形导坑法贯通（2号→1号；3号→2号）

3.2.1待贯通面加固（1号西安方向；2号西安方向）

①弧形导坑法①部掌子面距贯通点6m时，开始施工长3m、高30cm管棚工作室。

②弧形导坑法①部掌子面距贯通点3m时，采用φ50超前小导管进行超前支护，导管长9米，间距30cm，支护范围拱部120°。

③超前小导管施做完成后，①部按正常断面向前施工3m，各部室顺序跟进，中台阶（即②、④部）施工至距离贯通地点3米停止开挖，下台阶（即③、⑤部）施工至距离贯通地点6米停止开挖。

④弧形导坑法各部室到达贯通位置后，采用锚网喷封闭掌子面，喷射混凝土厚度10cm，纤维锚杆长5m，Φ8钢筋网间距20cm，同时正洞初期支护采用“两竖两横”I25型钢加固，纵向型钢底部采用整体槽钢垫底，临时仰拱跟近至距离贯通面6米位置。

图2 弧形导坑法贯通示意图

3.2.2 弧形导坑法贯通面加固（2号郑州方向；3号西安方向）

①弧形导坑法法①部距贯通地点25米时，抓紧仰拱衬砌施工，①部距贯通点还有5m 时，仰供距掌子面不大于20m，二衬距掌子面不大于30m。

②贯通过程中①部开挖每次一榀，间距0.6米，拱脚每处施作四根长度4米的锁脚锚管。

③弧形导坑法法①部距贯通点还有5m 时，拱部采用“拱部双侧壁导坑法”进行人工开挖，即把拱部分为三个洞室。三个洞室在拱部按先两边后中间的顺序依次贯通。

④隧道第一洞室贯通后，要快速进行下部封闭施工，下部室挖护作业最多不超过2榀，并要交替进行。例如弧形导坑法的②④部和③⑤部不得同时在一个断面施工。

⑤待各部室全部贯通并且贯通区域衬砌全部施做完成后，再拆除钢筋台架，重新拼装在台车后方，反方向回衬以前跳段区域。

3.3、贯通前仰拱、衬砌的步长关系

贯通时仰拱距离贯通面控制在20m以内，衬砌距离贯通面控制在30m以内，若衬砌距离较远，则拆除钢筋台架，衬砌台车跳打至允许范围内。

3.4贯通施工步骤

超前小导管→掌子面封闭（开挖方向继续掘进）→初支仰拱跟近→仰拱跟近→衬砌跳打跟近→拆除（拼装）钢筋台架→拱部三个洞室依次贯通→下部→衬支仰拱贯通→二衬仰拱贯通→衬砌贯通。

4 几点体会

4.1、施工过程中网片、锁脚锚管、锚杆等严格按设计规范进行施工，连接筋与连接筋搭接长度不小于20cm，并于拱架焊接牢固。

4.2、为防止贯通时钢架间距不一致，两方向最后四榀拱架垂直度及法线方向要严格控制，最大误差不得大于1°，即拱顶至拱脚垂直度误差不得大于7cm。每榀拱架必须在隧道同一法线上。

4.3、考虑最终贯通时钢架不一致或者钢架本身存在扭曲变形，拱架统一抬高15cm，以保证最终贯通时线形顺直。

4.4、考虑⑵工作面停置时间较长，各部拱架在最后6米范围内拱脚采用整体槽钢连接，槽钢长50cm并提前钻眼，槽钢与槽钢间采用Φ22钢筋连接牢固，以保证拱架的整体受力。

4.5、为防止收敛过大，在弧形导坑工作面距离贯通面12m位置时加设3榀工字钢束（三根工字钢背靠背焊接）以保证拱架的整体稳定性。

4.6、弧形导坑法施工的⑵工作面拱部至仰拱预留整体核心土。中台阶预留2米长台阶保证核心土稳定，核心土坡度1：1，台阶上施工工字钢束，并进行锚喷加固，在施工完成中台阶后回填反压土，形成初期支护、整体核心土及临时仰拱共同受力的支护体系。

4.7、贯通过程中，有许多不可预见的未知因素，施工过程中要加强隧道内的照明，注重对围岩地质的观察，派专人检查施工过程中掌子面变化情况，遇见异常情况应立即上报相关人员，同时加强监控量测与地面量测，及时掌握围岩变化情况，并对数据进行分析，遇异常情况立即采取相应措施。洞内应急抢险物资储备到位，如圆木、方木、木板、木楔、铁线、脚手架、铁锹、油锯或手电锯等等。

参考文献：

[1] 王梦恕.客运专线长大隧道设计施工的讨论.铁道工程学报，2005,(1):10.

[2] 客运专线铁路隧道工程技术指南.北京中国铁道出版社.2005.

[3] 大跨黄土隧道设计与施工技术.铁道第一勘察设计院.2006.

[4] 冯建军.客运专线黄土隧道施工技术探讨.交通土建工程设计与施工新技术,2005:1～6.

[5]程刚.大断面黄土隧道施工技术研究.铁道标准设计.2005,(3):30～31

作者简介：赵善同，男，1970年10月出生，1990年毕业于石家庄铁道学院土木工程系，工程师。