黃土大斷面隧道非爆開挖成型控制

1、黃土大斷面隧道非爆開挖成型控制銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部2020年5月勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新摘要黃土分布地域廣闊，主要分部于山西、陜西、以及甘肅、青海、寧夏、河南等地，黃土高原在中國(guó)北方地區(qū)與西北地區(qū)的交界處，它東起太行山，西至烏鞘嶺，南連秦嶺，北抵長(zhǎng)城。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施 ，黃土隧道設(shè)計(jì)與施工難度漸趨復(fù)雜。黃土隧道有其自身的特點(diǎn)，本身具有一定的結(jié)構(gòu)特性，大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，在特定施工環(huán)境下遇水產(chǎn)生濕陷變形、塑變，失水后其力學(xué)性質(zhì)顯著改變等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對(duì)黃土地區(qū)隧道工程設(shè)計(jì)、施工影響很大。隧道在施工階段，圍巖由開挖前的天然

2、應(yīng)力平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚨词宜擅浳灰飘a(chǎn)生圍巖變形。在開挖施工作業(yè)中表現(xiàn)為黃土結(jié)構(gòu)迅速破壞，開挖施工作業(yè)、變形、塌方、超欠挖控制較為困難，不可預(yù)測(cè)的因素較多，目前我們針對(duì)不同地段的黃土隧道，對(duì)施工過(guò)程中存在的一些問(wèn)題認(rèn)識(shí)不完全。本文通過(guò)對(duì)甜永高速11標(biāo)西塬隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，進(jìn)行了分析與總結(jié)，重點(diǎn)介紹了短三臺(tái)階在黃土隧道施工中的成功應(yīng)用，分析論述了黃土隧道開挖成型支護(hù)過(guò)程中面臨的一些難題及采取的應(yīng)對(duì)措施，如隧道開挖過(guò)程中局部垮塌掉塊、變形大、超欠挖失衡等。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（

3、G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部目錄一一、項(xiàng)目概況二、黃土大斷面隧道開挖成型控制難點(diǎn)三、具體措施四、取得成效五、存在的問(wèn)題及建議目錄CONTENTS銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新一、項(xiàng)目概況西塬隧道位于甘肅省慶城縣，隧道設(shè)計(jì)為100km/h高速公路雙線隧道，左線長(zhǎng)1216m，右線長(zhǎng)1248m。全隧道設(shè)置緊急停車帶2處，車行橫洞1處，人行橫洞2處。隧道建筑限界寬度11m，限界高度5m，汽車荷載等級(jí)為公路級(jí)。隧道左右線均為單向2車道。隧址區(qū)為黃土殘梁溝壑區(qū)，穿越黃土梁，黃土梁頂上部多覆蓋松散新黃土，疏松多孔，垂直節(jié)理發(fā)育，下伏為較致密老

4、黃土夾古土壤層。隧道支護(hù)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)采用噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+型鋼支撐的綜合防護(hù)系統(tǒng)，二次襯砌采用整體模筑混凝土結(jié)構(gòu)。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部地質(zhì)情況地層巖性不良地質(zhì)水文地質(zhì)條件地形地貌隧址區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4dl+c）黃土狀土，上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土（Q3eol）、殘積古土壤（Q3el）；中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土（Q2eol）、殘積古土壤（Q2el）。隧址區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙潛水。水位高程位于洞室附近，洞開挖過(guò)程中有線狀流水現(xiàn)象。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新項(xiàng)目區(qū)內(nèi)為黃土殘梁溝壑區(qū)，穿越黃土梁，進(jìn)出口端斜坡均較陡，約20-65，黃土沖溝

5、發(fā)育，溯源侵蝕嚴(yán)重，地形凌亂，滑坡、崩塌發(fā)育。隧道洞室最大埋深186. 77m。隧址區(qū) K174+430K174+610 段發(fā)育崩坡積體 B3。寬100米，長(zhǎng)約50米，厚1-5米K174+430K174+690 左側(cè)發(fā)育崩坡積體 B4。寬約220米，長(zhǎng)約 700米，厚 1-8米銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部黃土大斷面隧道開挖成型控制難點(diǎn)二開挖成型效果差2易塌方31易變形難點(diǎn)勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部2.1 控制難點(diǎn)4、工機(jī)具配置影響

6、因素3、臺(tái)階長(zhǎng)度勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新2.2 黃土大斷面隧道開挖成型控制影響因素1、含水率2、循環(huán)進(jìn)尺（循環(huán)時(shí)間）銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部28.429.42617.918.517含水率（%）勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新（1） 含水率對(duì)開挖的影響含水率是影響黃土土質(zhì)發(fā)生結(jié)構(gòu)塑變的重要因素，不同程度的含水率，給隧道開挖成型造成不同程度的超挖、垮塌。西塬隧道正洞土質(zhì)含水率最大值29.4%，最小值15.4%，正常在18%左右。西塬隧道左線不同里程段含水率變化35302520151050里程銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部工況一15202

7、0工況二2010050工況三233501201520232010020501200含水率范圍（%）開挖掉塊長(zhǎng)度（cm)開挖掉塊深度(cm)50100150勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新含水率在15%-19%，穩(wěn)定性較好，約9小時(shí)后，中局部出現(xiàn)少許掉塊；含水率在19%-23%，土體穩(wěn)定性較差。7小時(shí)后，開始掉塊，頻率較高；含水率超過(guò)23%，土質(zhì)穩(wěn)定性差，易擾動(dòng)，4小時(shí)后開始大面積塌方的現(xiàn)象，長(zhǎng)2.5-3.5m，深度40-120cm左右，造成超挖嚴(yán)重。不同含水率條件下開挖掉塊長(zhǎng)度、掉塊深度隨含水率變化情況400350350300250200含水率范圍（%） 開挖掉塊長(zhǎng)度（cm) 開挖掉塊深

8、度(cm)銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部（2）開挖循環(huán)進(jìn)尺對(duì)隧道開挖控制的影響1.開挖進(jìn)尺控制在5075cm,平均線性超挖610cm;2.開挖進(jìn)尺控制在150cm,平均線性超挖12cm;3.開挖進(jìn)尺控制在225cm,平均線性超挖25cm。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部工況一850工況二1275工況三19150工況四25225812192550751502250平均線性超挖（cm）開挖進(jìn)尺(cm)50100200150250平均線性超挖隨開挖進(jìn)尺變化情況平均線性超挖（cm）開挖進(jìn)尺(cm)勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)

9、更新（3）開挖臺(tái)階長(zhǎng)度對(duì)隧道開挖的影響臺(tái)階過(guò)長(zhǎng)直接影響土體裸露時(shí)間，機(jī)械手在噴砼過(guò)程中，需要先后移動(dòng)12次，下臺(tái)階噴砼完成后，需要修坡道，機(jī)械手方可噴射上臺(tái)階，噴砼過(guò)程不連續(xù)，堵管概率高，噴砼時(shí)間長(zhǎng)約160200分鐘，過(guò)程垮塌嚴(yán)重。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部20010工況一200102258工況二225824512工況三24512300250200150100500挖機(jī)型號(hào)（SANY）開挖循環(huán)時(shí)間（h）挖機(jī)型號(hào)（SANY）開挖循環(huán)時(shí)間（h）勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新（4）工機(jī)具配置對(duì)開挖控制的影響1.圍巖較好，采用200型挖機(jī)，局部地方開挖困難，增加開挖時(shí)間。

10、采用245型挖機(jī)，開挖斗容量過(guò)大，擾動(dòng)大、局部地方挖不到位，大超大欠嚴(yán)重，循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)；采用225型挖機(jī)，可滿足施工需求，循環(huán)時(shí)間有保障，但超欠挖控制不理想。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部具體措施三95%6.制定考核辦法1.含水率極限值指導(dǎo)開挖隧道施工中堅(jiān)持“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。開挖過(guò)程中根據(jù)掌子面圍巖變化情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工工藝，及時(shí)監(jiān)控量測(cè)并反饋結(jié)果，為隧道開挖過(guò)程中支護(hù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整、澆筑二次襯砌的時(shí)機(jī)提供依據(jù)。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜

11、永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部2.臺(tái)階長(zhǎng) 3.工法選度優(yōu)化 擇、優(yōu)化4.測(cè)量放 5.機(jī)械線控制開挖 配套選用3.1 含水率極限值指導(dǎo)開挖根據(jù)水文地質(zhì)條件，分里程、段面、部位測(cè)定含水率，根據(jù)含水率和圍巖情況調(diào)整開挖進(jìn)尺及臺(tái)階長(zhǎng)度。1.含水率15%19%，開挖進(jìn)尺控制在100120cm；2.含水率19%23%，開挖進(jìn)尺控制在5075cm;3.含水率大于23%，開挖控制在50cm,人工整修為主，減少機(jī)械設(shè)備對(duì)土體的擾動(dòng)。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新3.2 臺(tái)階長(zhǎng)度優(yōu)化減少土體裸露時(shí)間，根據(jù)機(jī)械手懸臂半徑，調(diào)

12、整臺(tái)階長(zhǎng)度，減少機(jī)械手工程位置的調(diào)整，縮短了噴砼時(shí)間和過(guò)程堵管概率。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部3.3 工法選擇、優(yōu)化在所有影響因素確定和可控的條件下，對(duì)施工工藝和方法進(jìn)行優(yōu)化。綜合考慮圍巖條件、施工控制（技術(shù)和管理）、施工效率、施工成本和工程進(jìn)度，提出并應(yīng)用拱墻、仰拱初期支護(hù)一次封閉成環(huán)的施工工藝，及時(shí)閉合仰拱，盡快形成初支整體結(jié)構(gòu)，快速改善初支受力條件，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，減小初支沉降、收斂變形。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部3.3 工法選擇、優(yōu)化勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新根據(jù)水文地質(zhì)情況和圍巖條件，淺埋段正

13、洞洞身采用CD法，確保斷面和初支穩(wěn)定；深埋段正洞洞身采用短三臺(tái)階仰拱初支一次封閉成型工法，快速形成初支整體結(jié)構(gòu)，盡快改善初支受力條件，施工效率高。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部3.4 測(cè)量放線控制開挖開挖立拱前，測(cè)量組嚴(yán)格控制開挖尺寸，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性、精度性和可靠性，立拱前多點(diǎn)測(cè)量，準(zhǔn)確放樣，立拱完成，對(duì)拱腳、拱腰、拱頂?shù)冗M(jìn)行多點(diǎn)復(fù)測(cè)，控制超欠挖，嚴(yán)禁欠挖，避免超挖。在本循環(huán)立拱前復(fù)核上循環(huán)的超欠情況，進(jìn)而控制本循環(huán)的立拱放線。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部備注每循環(huán)進(jìn)尺2榀拱架與上中臺(tái)階鋼架安裝平行作業(yè)序號(hào)123工序

14、名稱開挖上中臺(tái)階開挖下臺(tái)階出渣所需時(shí)間（min臺(tái)階及仰拱鋼架安裝噴砼合計(jì)55120515與中臺(tái)階鋼架安裝平行作業(yè)單循環(huán)用時(shí)8小時(shí)35分鐘勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新3.5 機(jī)械配套選用選用225挖機(jī)；50裝載機(jī)、KC30機(jī)械手、8臺(tái)出渣車、24米自行式仰拱棧橋，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)開挖、出渣平行作業(yè)，人工修整開挖輪廓，縮短循環(huán)時(shí)間，提高開挖成型、進(jìn)度等，平均線性超挖控制在8.6cm，開挖循環(huán)時(shí)間縮小至8h。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新3.6 制定考核辦法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，組織技術(shù)、生產(chǎn)管理人員，

15、制定西塬隧道開挖超欠挖控制管理考核辦法，確定開挖施工技術(shù)方案，對(duì)技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行定期技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)作業(yè)隊(duì)伍實(shí)行月度、季度和年度考核。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部取得成效四1、開挖效率工法的選定、工藝的優(yōu)化、人員和機(jī)械的合理調(diào)配達(dá)到充分利用，實(shí)現(xiàn)開挖月進(jìn)度110m的突破。2、經(jīng)濟(jì)效益超欠挖控制在8.6cm以內(nèi)，初支沉降、收斂變形累計(jì)控制在6cm以內(nèi)，減少因超挖過(guò)大引起混凝土的大量超耗；從而避免因欠挖引起脫空、空洞等隱患造成二次成本。3、社會(huì)效益工法工藝的調(diào)整優(yōu)化，人力機(jī)械的配套選用，使施

16、工過(guò)程有序可控，超欠挖得到有效控制，施工質(zhì)量和安全得到保證，受到業(yè)主表?yè)P(yáng)，并多次組織相鄰標(biāo)段進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)，彰顯了隧道局專業(yè)水平。勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新4.1 初支沉降、收斂控制成效隧道開挖仰拱一次性封閉成環(huán)，減小了初支沉降及收斂變形，累計(jì)沉降控制了在60mm以內(nèi)，從而減少了混凝土用量，降低項(xiàng)目成本投入。Va圍巖設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為25cm，施工過(guò)程預(yù)留變形量調(diào)整為1015cm。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部里程長(zhǎng)度（m) 施工工法部位平均線性超挖(cm)備注K174+639.33

17、-K175+215.0K175+215.0-K175+265.00K175+265.00-K175+726.7581.2750461.7短三臺(tái)階預(yù)留核心土CD法短三臺(tái)階預(yù)留核心土暗洞段緊急救援站暗洞段上臺(tái)階中臺(tái)階左中臺(tái)階右下臺(tái)階先行導(dǎo)洞上臺(tái)階后行導(dǎo)洞上臺(tái)階先行導(dǎo)洞下臺(tái)階后行導(dǎo)洞下臺(tái)階上臺(tái)階中臺(tái)階左中臺(tái)階右下臺(tái)階8.47.35.67.09.59.08.48.110.49.68.67.4勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新4.2 平均線性超欠挖控制成效西塬隧道開挖成型控制基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，全隧平均線性超挖8.6cm。銀百高速（G69）甜永段TY11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部勇于跨越 追求卓越 至精至誠(chéng) 更優(yōu)更新銀百高速（G69