飽和性黃土隧道施工工法

（建筑工程管理）飽和性

黃土隧道施工工法

2020年4月

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飽和性黃土隧道施工工法

■**■一

一、刖后

在土體中修建隧道通常會發(fā)生塌方、漏水等事故，施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石隧

道。我國西北地區(qū)分布著大范圍的黃土層，與巖體相比，土體不僅強度低、變形

大、自撐能力小、工程性質(zhì)差，而且受水的的影響特別強烈，干的老黃土十分堅

硬，一旦被水浸泡，達(dá)到飽和狀態(tài)，其強度大大降低，飽和性黃土屬于隧道中最

軟弱、穩(wěn)定性最差的不良地層，施工難度很大。我們以新樹灣隧道為列總結(jié)出本

工法，分析飽和性黃土地質(zhì)隊洞室開挖控制的影響因素，確定科學(xué)合理的施工方

法和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，掌握隧道土體變形破壞的基本規(guī)律，尋求出了適合富水黃

土質(zhì)隧道的合理開挖方式、開挖循序和支護(hù)形式，保證了隧道施工安全，同時為

富水土質(zhì)隧道的修建積累了經(jīng)驗，為同類地下工程施工提供技術(shù)參考，取得了顯

著成效，研究開發(fā)的《富含水黃土質(zhì)隧道綜合施工技術(shù)》分別獲得了中鐵十四局

集團科技進(jìn)步特等獎、中國建筑總公司二等獎，該隧道《加強防水板施工工藝控

制，預(yù)防新樹灣隧道滲漏病害》QC小組分別獲得了鐵道部、山東省"優(yōu)秀質(zhì)量

管理小組”稱號，該隧道被業(yè)主蘭州鐵路局評為"優(yōu)質(zhì)示范工程"，施工現(xiàn)場被

評為"安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地"，隧道被中鐵十四局集團評為了優(yōu)質(zhì)工程，正申報

鐵道部優(yōu)質(zhì)工程。

二、工法特點

L安全性能可靠：該工法能有效控制飽和性黃土地層洞室開挖的安全。

2、技術(shù)先進(jìn)，可行，工序緊湊，施工組織簡便。

3、施工快速：掘進(jìn)速度可達(dá)140多米/月，為同類地質(zhì)條件隧道施工的先進(jìn)

水平。

4、經(jīng)濟性良好，通過配套技術(shù)措施的合理采用和先進(jìn)控制技術(shù)的保障可實現(xiàn)

良好的經(jīng)濟性，保證工程項目效益。

5、適用性強：可靈活應(yīng)用于不同地質(zhì)情況的純土質(zhì)類隧道。

三、適用范圍

本工法適用于含水量較大的黃土地質(zhì)洞室開挖，可為其他類型軟土地下工程

提供借鑒。

四、工藝原理

典型的富含水（飽和土）純土質(zhì)隧道，土體的穩(wěn)定性極差，開挖后自穩(wěn)能力

極差，對開挖控制極為不利，同時黃土地層內(nèi)土體具強崩解和弱膨脹性，開挖一

經(jīng)暴露表層土體即變松軟，卸荷后有回彈松脹現(xiàn)象，加之水的不良作用，松動圈

組建變大，極易造成大的塌方事故。黃土具自重濕陷性，遇水后會發(fā)生嚴(yán)重下陷,

致使突然下沉，使開挖后的圍巖迅速傷失自穩(wěn)能力，如支護(hù)措施不能滿足其變化

情況，極易造成塌方。該工法工藝原理是：采用數(shù)字仿真技術(shù)模擬整個隧道的施

工過程，預(yù)測各個施工階段的隧道變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，為及時采用相應(yīng)的工

程措施提供技術(shù)保證。掘進(jìn)方案以正三臺階為基本開挖方法，通過預(yù)留核心土、

仰拱緊跟、施工用水控制及三維數(shù)字模擬計算、適當(dāng)加大預(yù)留量等技術(shù)措施，并

實施開挖控制測量技術(shù)研究以指導(dǎo)施工，摸索黃土的變形特征，并根據(jù)其蠕變特

性合理地把握初期支護(hù)、二次襯砌等施工時機。同時在富含水（飽和土）黃土質(zhì)

隧道施工中成功應(yīng)用大量先進(jìn)技術(shù)，如管棚技術(shù)和雙漿液小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、

土層錨桿施工技術(shù)、懸吊法無釘孔鋪設(shè)防水板技術(shù)、仰拱防干擾平臺技術(shù)、潮（干）

噴施工工藝、整體鋼模臺車襯砌工藝、新奧法施工監(jiān)控量測心新技術(shù)、三維仿真

技術(shù)等，從而確保工程的安全性、經(jīng)濟性。

五、施工工藝

對于純土質(zhì)隧道通常采用無爆破冷作業(yè)法施工，針對不同地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)規(guī)

模采用不同的開挖掘進(jìn)法，黃土隧道宜采用短臺階法或分布開挖法（預(yù)留核心土

法），如單側(cè)壁或雙側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法、正臺階先拱后墻法等，前者適用于大

跨度、地質(zhì)非常軟弱或淺埋段，后者適用于跨度較小或地質(zhì)條件較好段。

對于飽和性的黃土質(zhì)地層，地下水含量豐富，屬典型的特殊地質(zhì)和最軟弱圍

巖地質(zhì)鐵路隧道，施工方案及技術(shù)工藝選擇要經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證。當(dāng)?shù)叵滤S富,

地質(zhì)狀況較差時，施工宜采用短臺階法施工。進(jìn)口端一般存在淺埋、滑坡堆積、

偏壓等不良地質(zhì)情況，應(yīng)首先進(jìn)行卸載、錨噴仰坡防護(hù)、管棚或三臺階施工方法。

每個臺階的長度6-8m,上臺階采用人工預(yù)留核心土環(huán)形開挖，中、下臺階采用

機械開挖，馬口采用風(fēng)鎬人工開挖。超前支護(hù)采用管棚、雙液小導(dǎo)管、超前錨桿

等不同形式。初期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿、鋼架、掛鋼筋網(wǎng)噴射碎等形式。單線鐵路

隧道開挖跨度較小（一般｛8.5m）,更適合于正三臺階先拱后墻法開挖掘進(jìn)和初期

支護(hù)，出硝運輸可選用無軌方式，當(dāng)屬于長大隧道或特長大隧道時可選用有軌運

輸方式，但都應(yīng)做好防排水，應(yīng)用"仰拱施工防干擾平臺"技術(shù)解決仰拱開挖與

運輸?shù)拿?，防水板施工可用防水效果良好的懸吊法無釘孔鋪設(shè)技術(shù)，二次襯砌

應(yīng)采取全斷面整體鋼模臺車方案，自動計量拌合站拌和，仁罐車運輸，泵送灌注

方法進(jìn)行施工。整個洞子形成超前支護(hù)及開挖支護(hù)、出渣運輸、仰拱鋪底、防水

板鋪設(shè)、二次襯砌和水溝電纜槽施工的六道作業(yè)線平行作業(yè)的局面，如圖1:

（一）開挖掘進(jìn)

1、地表處理

黃土溶洞與陷穴、直切溝等地質(zhì)病害在黃土區(qū)較為常見，極大程度影響隧道

安全掘進(jìn)，可能造成基礎(chǔ)下沉、塌方冒頂、承受偏壓等危險。隧道在較長范

圍內(nèi)沿沖溝或源邊平行走向?；蚺c其他地下空腔結(jié)構(gòu)臨近，容易造成覆蓋層

較薄或偏壓，從而發(fā)生較大塌方活滑坡事故。施工前應(yīng)首先做好地表的勘察

和異常情況的處理，以減少地表水對隧道周圍土體的侵蝕，降低對隧道施工

安全的影響。

(1)完善地表水系統(tǒng)，把地表水疏引至不影響隧道施工的安全處。

(2)淺埋段地表采取防滲透封閉措施，集中地表水，同一排放。

(3)對隧道上部的沖溝底進(jìn)行封堵硬化，防止流水下滲，對于陷穴、溶洞

要進(jìn)行密實回填和封口處理，對隧道上方的居民蓄水窖、水井等進(jìn)行

改建或防滲處理。

(4)對隧道施工影響范圍內(nèi)的安全隱患建筑物進(jìn)行拆除或重點監(jiān)控保護(hù)。

(5)加強地表沉降、開裂、附近水井水位變化等異常情況的觀測、經(jīng)常檢

查，及時采取處理措施。

2、洞口仰坡支護(hù)與進(jìn)洞

(1)根據(jù)設(shè)計的仰坡邊線位置，有上及下逐層開挖隧道洞門的仰坡至拱頂

位置,坡度不小于1：1.5,刷坡后打設(shè)(p42鋼管或①22鋼筋錨桿,掛設(shè)鋼筋網(wǎng)

或機制鉛絲網(wǎng)，噴射C25佐防護(hù)，并挖砌好枝狀排水溝，疏導(dǎo)水流。若洞口位滑

坡堆積體地質(zhì)或泉眼密布，軟~流塑狀極軟弱坡體，應(yīng)采用深孔注漿或設(shè)抗滑樁

等加固措施，以確保進(jìn)洞安全。

(2)進(jìn)洞施工實施套拱方案。拱部先進(jìn)洞，進(jìn)洞前先進(jìn)行拱部注漿雙排或

多排(plOOmm小管棚超前支護(hù),布設(shè)形式與密度設(shè)置根據(jù)洞口仰坡土質(zhì)軟弱情

況確定,管棚長視進(jìn)口坡體土質(zhì)穩(wěn)定情況采用4~8m,該隧道采用6m。在管棚

支護(hù)下進(jìn)行上弧導(dǎo)開挖，環(huán)形開挖，預(yù)留核心土以穩(wěn)定掌子面，每次進(jìn)尺30cm,

快速支立鋼架,采用p43舊鋼軌彎制，3根/1m,與管棚鋼管焊聯(lián),當(dāng)有局部或少

量掉土、流泥時，可插入模板擋護(hù)。支護(hù)進(jìn)尺一定距離(一般不超過80cm)后,

立即安裝模板灌注碎形成套拱,套拱伸出仰坡30~50cmo支立鋼架后及時在其

節(jié)點處施做4根cp22鎖腳錨桿，長5m,徑向或偏角30-45度,其尾端與型鋼

焊聯(lián)，同時在邊墻打入的徑向錨桿也與鋼架焊聯(lián)。每測開挖完成后迅速掛設(shè)鋼筋

網(wǎng)片噴射險,開挖進(jìn)尺控制在80cm以內(nèi)。暗洞開挖4m后(應(yīng)控制在6m內(nèi))

即進(jìn)行洞身襯砌，及早形成洞口安全段。

3、洞身開挖及支護(hù)

由于隧道圍巖地質(zhì)均為飽和土，并地下水豐富，底層內(nèi)土體具有強崩解性和

弱膨脹性。土體結(jié)構(gòu)緊密，干時堅硬，開挖一經(jīng)暴露表層土即變松軟，卸荷后有

回彈松脹現(xiàn)象，加之水的不良作用，松動圈逐漸變大，極易造成大的塌方事故。

同時黃土具有自重濕陷性，遇水后會發(fā)生嚴(yán)重下陷，致使突然下沉，使開挖后的

圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如支撐措施不能滿足氣變化情況，極易造成塌方。因此

對開挖支護(hù)要求較高，是安全施工成敗與否的關(guān)鍵。

（1\洞身開挖（施工順序見圖3）

①按照遵循"管超前、少擾動、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、嚴(yán)治水、強支護(hù)、緊封閉、勤

量測"的原則進(jìn)行施工，根據(jù)新奧法原理制定技術(shù)方案和組織施工。

②為確保隧道開挖輪廓符合設(shè)計，應(yīng)做好預(yù)留量的考慮，對于黃土圍巖地質(zhì)，其

收斂變形量大，因此應(yīng)根據(jù)開挖后收斂變形的監(jiān)測結(jié)論進(jìn)行預(yù)留，拱部沉降不穩(wěn)

定可考慮多預(yù)留,一般25cm,邊墻每側(cè)15cm。整體模板臺車較設(shè)計加大輪廓

5cm,以防止跑模侵限。

③小進(jìn)尺的原則要牢固堅持,不能圖一時之快，以防釀成大的事故，要穩(wěn)扎穩(wěn)打,

工序銜接緊湊,有條不紊,一步一步的施工。臺階長度控制在6~8m,減少每次

的開挖面積，防止土體塌落，每次開挖進(jìn)尺要按鋼架的分布距離進(jìn)行控制，一般

不要超過80cm,即及時進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。同時下臺階要緊接上臺階施工，盡量縮

短其間隔時間。上臺階開挖前先施作超前導(dǎo)管（I類圍巖）或超前錨桿（II類圍巖）,

對圍巖進(jìn)行預(yù)加固，為開挖提供牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行分臺階開挖。上

臺階開挖宜采用環(huán)形開挖留核心土人工風(fēng)鎬開挖，充分發(fā)揮掌子面的約束作用，

增強開挖后的土體自穩(wěn)能力。上臺階開挖完畢后，首先迅速初噴封閉巖面，即刻

快速進(jìn)行型鋼支撐的施作及與管棚的焊接和錨桿施工。

④中、下臺階的中部拉槽開挖采用機械，嚴(yán)禁兩邊側(cè)超挖，同時為確保邊墻支護(hù)

穩(wěn)定，中槽應(yīng)放坡開挖，上臺階初期支護(hù)基底保護(hù)襟邊不小于80cm,當(dāng)土體穩(wěn)

定性惡化，應(yīng)適當(dāng)放大，進(jìn)尺控制在3~5m。邊墻兩側(cè)臺階采用人工風(fēng)鎬雙側(cè)交

錯開挖，不得使上部結(jié)構(gòu)同時懸空，每次開挖進(jìn)尺為一根型鋼間距，即不得大于

1m,然后立即將拱部型鋼結(jié)腸，局部打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)，及時進(jìn)行噴射險支護(hù)。

⑤馬口開挖要保證上面初期吃好向前不小于5m，其布置和長度應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況、

收斂變形值分析等因素進(jìn)行設(shè)計，并嚴(yán)禁掌握。馬口開挖采用跳槽法進(jìn)行，左右

錯開,至少保證3根鋼架錯開距離不小于2m,嚴(yán)禁對開馬口,以避免掉拱事故。

開挖利用風(fēng)鎬人工進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖。若偏幫嚴(yán)重，可由上及下小步距分部開挖，

隨挖隨護(hù)，及時打設(shè)錨桿和噴壁面佐，封閉保護(hù)。每次馬口開挖寬度一般1~3

根鋼架范圍內(nèi)（小于2.5m）?；仡^馬口必須待相鄰邊墻初期支護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行。

⑥施工時要特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大或片幫過多，應(yīng)采用漿砌片

石回填，嚴(yán)禁片石干碼。如發(fā)現(xiàn)該處承載力不夠，應(yīng)立即加設(shè)錨桿或其他措施進(jìn)

行加固。下臺階邊墻初期支護(hù)接續(xù)到底后，在墻腳處提前施作部分仰拱，俗稱"墻

趾"，以限制其橫向位移和下沉，及早部分封閉，并為仰拱防干擾提供支撐，先

行施作的部分仰拱可采用鋼支撐，以節(jié)省工序時間和免除干擾。

⑦錨桿一般采用干打錨桿、砂漿錨桿、自進(jìn)式錨桿、長錨桿等形式，根據(jù)具體情

況選擇使用，長度根據(jù)監(jiān)控量測的圍巖松動圈確定。打設(shè)系統(tǒng)錨桿前應(yīng)首先噴射

5cm厚硅進(jìn)行壁面封閉保護(hù)。土體圍巖一般情況建議干法施工，可利用風(fēng)錘干打

①22鋼筋，根據(jù)圍巖監(jiān)控量測情況，錨桿長度要保證深入松動圈0.5m。新樹灣

隧道開挖后圍巖松動面位于圍巖開挖面深3m左右,因此,錨桿長度采用3.5m,

系統(tǒng)錨桿打入土體后具"串葫蘆"效應(yīng)，增強土體整體性，提高圍巖自撐力。實

踐證明該法較為實用，抗拔力在土體圍巖地質(zhì)較好的情況下滿足安全要求，施工

快速，無污染。若土體軟化嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)采用注漿或砂漿錨桿。鎖腳錨桿也可如此

采用，但應(yīng)注意與鋼架焊接要牢固，保證數(shù)量，傾角控制要準(zhǔn)確。經(jīng)工程實踐，

土體錨桿施工宜選用干法作業(yè)工藝，對于飽和土應(yīng)采用自進(jìn)式錨桿和注漿錨桿。

⑧加強超前地質(zhì)預(yù)報工作，如鉆長超前地質(zhì)探孔，及時進(jìn)行圍巖內(nèi)部應(yīng)力、位移

等監(jiān)測，提前分析總結(jié)指導(dǎo)施工意見，使技術(shù)措施緊跟或超前地質(zhì)變化，確保施

工安全。

⑨土質(zhì)隧道開挖后收斂變形量大，要采取可靠措施予以防范，一時要加大開挖輪

廓的預(yù)留量；二是做好收斂變形的施工監(jiān)測，及時為施工提供可靠數(shù)據(jù)；三是做

好初期支護(hù)，確保初期支護(hù)設(shè)計結(jié)構(gòu)和參數(shù)及強度；四是科學(xué)合理把握各工序施

工時機，如開挖順序、支護(hù)時機、二襯施作時機等。這些措施主要依賴新奧法施

工的認(rèn)真監(jiān)控量來實現(xiàn)，切實為隧道施工提供科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠的指導(dǎo)意見。

⑩準(zhǔn)確掌握土質(zhì)圍巖松動破壞區(qū)（即松動圈）的范圍、規(guī)模，可采用桿式多點位

移計進(jìn)行量測，并進(jìn)行圍巖內(nèi)部應(yīng)力的量測，用科學(xué)數(shù)據(jù)判斷不同圍巖段松動圈

的大小和不同深度的破壞程度，以此確定支護(hù)方案和支護(hù)參數(shù)。針對這種情況，

系統(tǒng)錨桿要加長，應(yīng)進(jìn)入松動面不小于0.5m,超前錨桿加長的同時要加大傾斜

角度，保證加固范圍，固結(jié)圍巖，避免小塌方引致的道塌方事故和片幫。頂部系

統(tǒng)錨桿建議采用自進(jìn)式錨桿，以減少對土質(zhì)圍巖的擾動。

（11）施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素時，應(yīng)暫停開挖，加強臨時支護(hù)，以便采取適應(yīng)性的工

序安排。

⑵初期支護(hù)

①I類圍巖初期支護(hù)形式為噴、錨、網(wǎng)施工支護(hù)和超前支護(hù)，全斷面含仰拱噴層

厚20CM,拱墻掛網(wǎng)并設(shè)超前小導(dǎo)管雙液預(yù)注漿a拱部0.4m,邊墻0.5m,

cp42mm鋼管）,拱墻采用自進(jìn)式D30系統(tǒng)錨桿l-3m,全斷面采用3棍12m型

鋼架。

②II類圍巖初期支護(hù)形式見表1:

II類圍巖初期支護(hù)形式表1

Cp22砂漿錨桿(系統(tǒng)錨桿)鋼筋網(wǎng)鋼架超前錨桿(p22

長度間距間距長度環(huán)向間

位置位置間距位置位置

(m)(cm)(cm)(cm)距(cm)

100X拱墻仰

拱墻3拱墻20x201拱墻430

100拱

③富含水純土質(zhì)軟弱圍巖隧道的支護(hù)方法，按照新奧法原理設(shè)計，錨、網(wǎng)、噴支

護(hù)，鋼架全斷面封閉，自進(jìn)式注漿錨桿和雙液小導(dǎo)管超前支護(hù)及流塑段管棚和預(yù)

注漿加固，打設(shè)環(huán)向系統(tǒng)錨桿，掛鋼筋網(wǎng)，噴射佐初期支護(hù)。應(yīng)采取一切可利用

手段保證掘進(jìn)安全。

④初期支護(hù)緊跟開挖施工，快速工序施作，使圍巖與錨噴支護(hù)及早共同作用，不

產(chǎn)生松弛。

⑤支護(hù)與開挖同步施工,,分臺階支立和下落初期支護(hù)。鋼架節(jié)點分3層設(shè)置，

橫向連接點分別位于拱腳、邊墻中部及底腳，與仰拱鋼架聯(lián)接要及時、牢固。每

臺階鋼架落基點基底要密實，承載力不夠及時錨桿加固，若懸空脫離，要塞填木

板擠實擠緊。

下臺階施工時，上臺階初期支護(hù)保護(hù)襟邊部小于80CM，拉中槽時預(yù)留，機械施

工嚴(yán)禁超挖。

⑥鋼筋網(wǎng)掛設(shè)應(yīng)在鋼架臨空側(cè)，以保證與壁面足夠空隙。其搭接長度不應(yīng)小于

10CM,與錨桿或鋼架點焊要牢固。

⑦做好噴前壁面檢查，清除欠挖部位及松動部位，特別是邊幫脹松部位。

⑧噴設(shè)已選用潮噴工藝，要嚴(yán)格按照其技術(shù)法則進(jìn)行，保證拌合料質(zhì)量，確保強

度。噴射機壓力以不大于0.2Mpa為宜，應(yīng)分層噴設(shè)，以保證足夠密實度，每層

厚度控制在8CM以內(nèi)，分層間隔時間不宜過短，與水泥品種、速凝劑摻量、施

工溫度、水灰比大小等有關(guān),一般摻速凝劑情況下15min左右。噴射碎厚度應(yīng)

嚴(yán)格控制，保證設(shè)計，既不超厚以免造成二襯厚度不足，也應(yīng)避免厚度不足，以

防造成初期支護(hù)支撐力量消弱。

⑨超前支護(hù)嚴(yán)格設(shè)計參數(shù)和工藝技術(shù)法則，注意桿件數(shù)量,仰角準(zhǔn)確，搭接長度,

注漿質(zhì)量等問題。以保證超前支護(hù)實施效果。

⑩充分認(rèn)識初期支護(hù)質(zhì)量保證對安全的重要性，要嚴(yán)密檢驗制度，確保支護(hù)設(shè)計

參數(shù)和施作質(zhì)量，要經(jīng)常檢查，及時修補空鼓、剝落部分，應(yīng)急技術(shù)措施要及時

跟上，徹底消除安全隱患。

(3)避車洞開挖

避車洞開挖施工一般在其位置兩側(cè)二次襯砌完成后進(jìn)行，小避車洞人工風(fēng)鎬進(jìn)

行，大避車洞或會車洞應(yīng)遵循正洞開挖與支護(hù)方案進(jìn)行。入洞時，邊緣應(yīng)先彎制

支立2~3根鋼架，間距宜小，不大于30CM,與正洞環(huán)向鋼架焊接聯(lián)牢固后再

向內(nèi)開挖，可分兩臺階或全斷面一次挖夠進(jìn)行，進(jìn)尺仍堅持"短"的原則，錨桿

支護(hù)同于正洞。應(yīng)注意的是正洞掘進(jìn)步預(yù)留避車洞位置，正常施作，待開挖避車

洞時才割斷和鑿除邊墻初期支護(hù)。

(4)仰拱施工

仰拱施工是軟弱圍巖地質(zhì)隧道施工的一項重要工序，其開挖順序、施工時機、支

護(hù)形式等都要適應(yīng)工程實際，以確保隧道施工安全。

①仰拱開挖認(rèn)真貫徹新奧法施工"緊封閉”的原則，應(yīng)緊跟掌子面進(jìn)行，仰拱緊

跟既可保證受力閉合成環(huán)，又可減少水平收斂及沉降幅度，當(dāng)拱部及兩側(cè)邊墻初

期支護(hù)下落至底腳并達(dá)到設(shè)計強度即實施開挖，要快速施工，一氣呵成，保證及

早封閉。

②為避免底部擠壓隆起，仰拱緊跟、及時填充的同時，開挖后要及時實施臨時仰

拱，可采用便于拆卸的鋼木支撐結(jié)構(gòu)，以減少水平收斂擠壓當(dāng)擠底較為軟弱，可

采用向下注漿、打設(shè)錨桿等措施。另外，預(yù)留核心土環(huán)形開挖方法也可有效的避

免底部隆起。

③在開挖與灌注前，為防止邊墻內(nèi)移，宜加設(shè)臨時型鋼橫梁支撐。對于單線鐵路

隧道，根絕跨度情況可一次挖成循環(huán)段，每循環(huán)段應(yīng)控制在6m以內(nèi)。若地質(zhì)流

塑軟化嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行向下注漿和錨桿加固或噴險進(jìn)行基底加固，分段開挖，進(jìn)尺

宜短,2~3根鋼架范圍短循環(huán)段施工。

④仰拱中間大部分土體采用機械開挖，嚴(yán)禁超挖，墻腳處人工風(fēng)鎬進(jìn)行。開挖完

畢護(hù)立即進(jìn)行佐灌注，仰拱碎應(yīng)摻適量早強劑，以便及早形成受力環(huán)。

⑤由于單線隧道斷面狹窄，為解決仰拱緊跟或超前施工與開挖出陽運輸相互干擾

的問題，引進(jìn)了我局開發(fā)的“仰拱防防干擾平臺"技術(shù)，進(jìn)行合理改進(jìn)，減少了

工序干擾，大大縮短了工序時間，應(yīng)用效果良好。

⑥仰拱內(nèi)型鋼架或格柵鋼架要及早與邊墻鋼架焊聯(lián)或法蘭連接，可采用挖槽逐根

連接，避免大面積擾動地基，待一個循環(huán)段鋼架連接完畢后，再進(jìn)行開挖，從而

確保良好受力狀態(tài)。

(5)臨時防排水

土質(zhì)隧道一般為非鉆爆作業(yè)，開挖掘進(jìn)主要采取機械或人工直接開挖，洞內(nèi)開挖

作業(yè)受水的侵害主要為圍巖滲透水、注漿作業(yè)用水、噴射碎用水、襯砌時清洗管

道和模板的用水等，對于土質(zhì)隧道而言，水的危害作用非常顯著，因此做好防排

水是保證圍巖整體穩(wěn)定、施工作業(yè)安全的關(guān)鍵。

①洞外排水。隧道進(jìn)洞前應(yīng)平整洞頂?shù)乇恚懦e水，所有坑洼、陷穴、探

坑、鉆孔等，應(yīng)用不透水土回填夯實。整理隧道周圍的流水溝渠，必要時以垢工

鋪砌，防止下滲并使水流暢通。洞口邊、仰坡坡頂外天溝應(yīng)確保截水引流。反坡

施工洞口處設(shè)置橫向截水溝，以防止水倒灌入隧道，同時在洞口外設(shè)置一個積水

坑，將截水溝的水引入積水坑，及時將水用水泵抽至污水處理廠，經(jīng)處理合格后

排放。

②臨時排水與仰拱施工和鋪底填充相互照應(yīng)，仰拱施工完畢后要及時進(jìn)行填充，

兩側(cè)及早形成排水溝，上坡施工時可自行將水排出洞外，下坡時應(yīng)采取反坡排水

溝措施。

③未施作仰拱和填充段，可采用移動式防滲漏水槽或水管引流至排水溝內(nèi)，也可

于工作面挖作防滲漏集水井，統(tǒng)一將施工用水和圍巖滲漏水泵抽至排水溝內(nèi)。此

段原土地基暴露，當(dāng)?shù)鼗浫蹩射佋O(shè)臨時防水板或噴一層險進(jìn)行封閉，避免滲透

水下滲，浸泡地基，同時避免機械車輛來回碾壓擾動原地基，機械車輛通過時或

鋪木板、竹排，也可搭設(shè)便橋。

④如作業(yè)面涌水，采取埋設(shè)導(dǎo)水管進(jìn)行疏導(dǎo)，滴水或滲透水小水流采用塞麻筋或

竹片引流。滲透水嚴(yán)重地段，可于初期支護(hù)背后埋設(shè)透水盲管進(jìn)行引流。大的涌

水應(yīng)采取預(yù)加固技術(shù)，進(jìn)行有效的封堵和疏導(dǎo)。排水應(yīng)一次排至臨時排水系統(tǒng)內(nèi),

避免水浸泡土體。

⑤盡量最大可能避免施工用水對土體的侵害，清洗碎輸送管道和模板的廢水直接

引排至排水系統(tǒng)，或用防滲水車運至洞外。所有輸水管道必須封閉，防滲、防漏。

(6)裝殖與運輸

實行無軌運輸方式裝硝,采用短臂挖掘機或40B側(cè)翻裝載機，大型自卸車棄

楂。

①根據(jù)隧道長短、斷面大小、施工方法、機具設(shè)備等確定好裝楂與運輸方案,

與開挖掘進(jìn)作業(yè)效率匹配，提高效率，優(yōu)化工序銜接，縮短工作時間，減少

干擾，為保證安全創(chuàng)造良好環(huán)境。

(進(jìn)口、支口、出口工作時間)

②隧道內(nèi)會車洞每200米設(shè)置一處，根據(jù)機械設(shè)備型號，會車洞尺寸

2.0*12*6米，大大提高了機械效率,基本消除了待工現(xiàn)象。

③洞內(nèi)要照明充分，運輸?shù)缆芳皶r緊跟仰拱硬化，勤清理雜物與廢水，保證

道路暢通。機械車輛啟動要鳴笛，運輸車輛嚴(yán)禁超載洞內(nèi)慢速行駛，保證機

械設(shè)備運轉(zhuǎn)良好。

④及時通風(fēng)，免除灰塵、廢棄污染。

⑤嚴(yán)格遵守機械車輛安全操作規(guī)程，教育司機文明操作駕駛，機械回轉(zhuǎn)提前

疏散施工人員，做好管、線路和其他機具材料的防護(hù)和躲避,免除機械傷害。

（7）土質(zhì)隧道采用新奧法施工時，會遇到初期支護(hù)收斂變形大，圍巖難于

穩(wěn)定的問題，在設(shè)置二次襯砌后還會出現(xiàn)襯砌開裂現(xiàn)象，根據(jù)飽和性黃土圍

巖特性，確定二次襯砌與開挖掌子面之間的合理距離關(guān)系到出去支護(hù)和二次

襯砌的穩(wěn)定。為此應(yīng)制定一套能夠適合該隧道地質(zhì)條件的開挖控制措施，指

導(dǎo)隧道施工。在隧道施工中，應(yīng)通過土工試驗、隧道變形的現(xiàn)場監(jiān)控量測、

三維有限元仿真計算等信息化手段，對隧道的變形規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，獲得

一些有益的成果，有效地指導(dǎo)隧道施工，保證隧道施工安全和工程質(zhì)量。

①三維有限元仿真與變形預(yù)測

施工前可采用三維數(shù)值模擬技術(shù)，進(jìn)行回歸分析，利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，建

立開挖與變形動態(tài)模型，預(yù)測各個施工階段的隧道變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，

推算最優(yōu)施工參數(shù)，為及時采用相應(yīng)的工程措施提供技術(shù)保證。同時還可有

選擇的利用量測數(shù)據(jù)采用一種基于支持向量機的隧道變形預(yù)測智能新方法

對隧道開挖變形預(yù)測進(jìn)行研究，以指導(dǎo)隧道安全施工和完善技術(shù)措施為工程

提供參考依據(jù)。

軟弱圍巖建議加強初期支護(hù)安全儲備，采用型鋼鋼架，發(fā)揮其攻讀大、強度生效

迅速的提點優(yōu)勢，盡量免除格柵鋼架，及早變更。

（二）結(jié)構(gòu)防排水系統(tǒng)施工技術(shù)

結(jié)構(gòu)防排水系統(tǒng)施工主要包括軟式透水盲管的布設(shè)、防水板施工、襯砌施工縫止

水、排水溝等。

1、軟式透水盲管的布設(shè)

根據(jù)漏水情況,分散單個漏水點采用①50mm軟式透水管盲溝,大股水采用鋼管

弓I排，大面積滲透采用大幅復(fù)合防水板引排。邊墻軟式透水盲管的布設(shè)按設(shè)計要

求予以布設(shè)。軟式透水盲管外層上不用復(fù)合防水板蓋住，兩側(cè)用cp8的U形筋固

定或繩結(jié)在初期支護(hù)的面上，沿初期支護(hù)每側(cè)6m一道（p50管環(huán)向下鋪設(shè)到邊墻

底部,接通沿墻腳處縱向設(shè)置的cplOOmm軟式透水盲管盲溝。盲管布設(shè)要整齊、

緊湊、牢固，避免人為外斜和下彎、扭結(jié)、擠死等現(xiàn)象。軟管之間聯(lián)系采用塑料

兩通或三通。

2、防水板施工

為確保防水板施工質(zhì)量，保證防水效果，應(yīng)選用無釘鋪設(shè)防水板施工技術(shù)。

隧道防水要求不滲不漏，可采用懸吊法工藝無釘孔鋪設(shè)防水板施工。主要工作流

程為:鋪設(shè)臺車就位一初期支護(hù)面檢查與修飾一掛設(shè)掛釘一防水板懸掛一防水板

趴焊一充氣檢驗與襯前檢查--修補缺陷一合格后進(jìn)入下步工序。

(1)焊接質(zhì)量是防水板防水效果好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)采用雙焊帶焊接，充

氣檢查壓力不得小于O.lmpa,環(huán)向焊縫下坡搭接上坡,盡量避免水平方向焊縫,

采用時下部搭上部,并在防水板背面焊縫處加焊一道10cm寬防水板以增強防水

效果。焊接部位要清理干凈，無灰塵、油污等雜物，焊接時必須要展平，避免出

現(xiàn)焊接褶皺，當(dāng)初期支護(hù)面部平影響焊接質(zhì)量時，可于其背后臨時墊三合板，以

保證焊接質(zhì)量。

(2)投設(shè)U型釘可采用風(fēng)錘，為避免其扎破防水板，可增設(shè)防水板角料

襯墊。吊帶綁扎應(yīng)緊密，吊帶綁扎處應(yīng)盡可能使土工布還釘密貼，以保證與吊帶

共同均勻受力。

(3)初期支護(hù)表面整修，在鋪掛防水板前，首先對初期支護(hù)嚴(yán)格檢查，鑿

凸補凹，對外露鋼筋及錨桿部分要燒焊摸漿找平，即達(dá)到防水板與初期支護(hù)面密

貼的效果，又防止扎破防水板。

(4)由于圍巖含水量大,初期支護(hù)滲漏水嚴(yán)重，應(yīng)注意防水板后滲透水的

排出，以防出現(xiàn)水囊造成襯砌厚度不夠，或?qū)⒎浪搴缚p擠開，造成襯砌滲水。

容易出現(xiàn)的水囊部位為拱部及軌面一下兩側(cè)襯砌施工縫處，要及時排除積水，防

止吊帶承載力不夠造成防水板塌落，同時在這些部位提前加密吊帶，增強受力俺

去儲備。

(5)防水板鋪設(shè)后，襯砌應(yīng)緊跟，不要超過3天，防止防水板暴露時間過

長造成吊帶強度降低和增加防水板防護(hù)工作量，也不利于對初期支護(hù)的觀測。

(6)灌注前二次襯砌佐一定要對防水板質(zhì)量進(jìn)行檢查，合格后方可進(jìn)行佐

的灌注。要減少泵送險對防水板的沖擊，以避免造成吊帶扯斷和松弛量不夠。灌

注中嚴(yán)禁振動棒碰撞防水板。二次襯砌若設(shè)有鋼筋，焊接時要在焊接點和防水板

間加設(shè)擋板，避免燒壞防水板。二襯施工縫應(yīng)與防水板焊縫錯開至少1m,避免

兩處重疊增加防水難度。

(7)避車洞輪廓線與防水板接觸處防水難度大,焊縫多，施工時應(yīng)加強焊

縫質(zhì)量的檢查，可在避車洞輪廓線與防水板接觸處加設(shè)兩道透水軟管以利及時排

水。

(8)初期支護(hù)及其背后的內(nèi)部位移及壓力測試導(dǎo)線的接出，應(yīng)通過排水軟

管由水溝底接出，禁止在防水板上打孔洞。

3、施工縫止水條及水溝施工

襯砌施工縫止水條采用矩形膨脹型橡膠止水條，施工時采用嵌入式。水溝施工前

仰拱填充完畢形成水溝底部流水槽，其上采用先澆注險邊墻方案，蓋板采用預(yù)制

安裝。嚴(yán)寒地區(qū)有保溫設(shè)計的按保溫水溝施工，一般在進(jìn)洞300米范圍。

（三）二次襯砌施工

整體鋼模臺車是隧道襯砌實現(xiàn)機械化施工的重要設(shè)備，它與佐灌注設(shè)備配套使

用，可大大提高作業(yè)效率，減輕工人勞動強度和提高襯砌質(zhì)量。二次襯砌施工應(yīng)

選用整體鋼模臺車全斷面襯砌工藝，大型拌合站生產(chǎn)拌合物，碎輸送車運輸，泵

送入倉，邊墻可采用插入式振動器搗固，頂部采用附著式振動器振搗。

1、鋼模臺車有臺架、模板及液壓系統(tǒng)三大部分組成，通過液壓裝置立、拆模板。

臺車由自動行走系統(tǒng)牽引，一次可完成全斷面襯砌10m,平行式作業(yè)，在一段襯

砌完成并達(dá)到要求強度后才能脫模，整車移至下一襯砌段。

2、根據(jù)富含水換土質(zhì)圍巖特性和監(jiān)控量測結(jié)果把握合理的二次襯砌施工時機。

對此類地質(zhì)條件,二襯應(yīng)緊跟,距掌子面距離應(yīng)控制在50~60m,盡量縮短初期

支護(hù)的暴露時間，必要時可進(jìn)行跳襯。一般富含水純土質(zhì)地質(zhì)條件下的初期支護(hù)

7~15天即趨于穩(wěn)定,二襯應(yīng)在初期支護(hù)完成后15-20天內(nèi)完成,最晚不超過

25天。值得注意的是此類蜿蜒收斂穩(wěn)定一段時間后仍可能發(fā)生一定的收斂變形,

由于開挖后，土體內(nèi)地下水豐富，松動去滲透系數(shù)哦增大，地下水重新滲集，應(yīng)

力二次重分布，當(dāng)初期支護(hù)支撐能力不能承受，甚至?xí)l(fā)生大的突變破壞，因此

在初期支護(hù)第一次趨于穩(wěn)定后盡快進(jìn)行二襯。

（四）施工供風(fēng)、供電、供水

隧道施工供風(fēng)、供電、供水的組織應(yīng)科學(xué)合理、既滿足施工需要，又必須節(jié)約成

本，制定方案前應(yīng)根據(jù)隧道工程情況進(jìn)行細(xì)致的計算。

①施工用風(fēng)：洞內(nèi)施工用高壓風(fēng)，由建立在洞外的空壓機風(fēng)站供應(yīng)。新樹灣

隧道空壓機風(fēng)站有2臺20m3風(fēng)機組成，通過（pl08mm無縫鋼管送至洞內(nèi)。

②施工用水：洞內(nèi)施工用高壓水，可由修建在洞口上方的高位水池的水用中

125mm管來供應(yīng)。高壓水池距離洞頂?shù)母叨炔恍∮?0mm，水池的容量不小于

30m3,并且要進(jìn)行防滲保溫處理。洞外供水路管的埋深不小于最大凍深。

③施工用電：施工現(xiàn)場的用電由安裝在洞口的變壓器供應(yīng)。洞內(nèi)的動力電采

用380v三相電,照明用220v交流電,在襯砌臺車、開挖掌子面等人工作業(yè)區(qū)

采用36V安全電壓進(jìn)行照明，確保施工用電的安全。為防止停電影響工程施工，

應(yīng)備用發(fā)電設(shè)備，確保施工的正常進(jìn)行。

六、機具設(shè)備

序號設(shè)備規(guī)格單位數(shù)量用途備注

1短臂挖機Pc-56臺1中槽等部位挖土

2側(cè)翻裝載機ZL50c臺1裝硝

3自卸車東風(fēng)lot輛6運硝及料具倒運

4拌合站強制4500L臺座磴拌合

5拌和機JS350臺2硅拌合備用

6磅輸送泵HB-60臺2泵送磴

7變壓器500KVA臺1調(diào)節(jié)電壓

8發(fā)電機200KW臺1提供電源備用

9鋼筋加工設(shè)備套4鋼筋制作

10型鋼冷彎機自制臺2彎制鋼拱架

11電焊機135-300臺4金屬焊接

12空壓機20m3組1提供高壓風(fēng)

13通風(fēng)機88-1臺2洞內(nèi)通風(fēng)

14干噴機轉(zhuǎn)體式臺3潮噴砂

15污水泵LS618-18臺6排出施工廢水及滲水

整體鋼模臺新

16全液壓臺2二次襯砌

車

17防水板臺車自制臺1掛設(shè)防水板及附設(shè)盲管

18自行怕焊機可控溫臺6防水板焊接2臺備用

19棧橋自制臺2仰拱防干擾平臺

20已輸送罐車HDJ5250臺3運送碎

21風(fēng)鎬臺12洞內(nèi)人工開挖

22風(fēng)動鑿巖機YZ-28把8圍巖鑿孔

23單液注漿泵HFV-2D臺2砂漿錨桿施工

24管棚鉆機金星9000臺1管棚施工

雙液調(diào)速注漿

252TGZ120/150臺1小導(dǎo)管施工

泵

合計臺套

七、勞動力組織

序號專業(yè)分工人數(shù)主要職責(zé)

管理機構(gòu)

1指揮組3全面皆埋、決策、組織、協(xié)調(diào)、指揮

開展技術(shù)攻關(guān)活動，對課題進(jìn)行式樣量測研究和總

2技術(shù)攻關(guān)4

結(jié)，制定技術(shù)方案，提出重大技術(shù)措施變更

編制技術(shù)交底，組織技術(shù)培訓(xùn)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，進(jìn)

3技術(shù)指導(dǎo)與質(zhì)量控制8

行質(zhì)量監(jiān)控和糾正，積累技術(shù)資料，做好施工記錄

實施全員安全管理，建立崗位責(zé)任制，制定規(guī)章制

4安全保證2

度并組織落實，組織安全教育，進(jìn)行安全控制

5思想教育，勞資管理，開展勞動競賽活動，綜合治

黨務(wù)及后勤保障8

理，生活保障供應(yīng)等

6施工保障3物質(zhì)供應(yīng)，機具設(shè)備維護(hù)

7施工計劃于核算制定工期計劃，進(jìn)行成本核算

施工隊伍（。。。人）

8施工用水、用電、高壓供風(fēng)、洞內(nèi)通風(fēng)、道路與現(xiàn)

現(xiàn)場保證（勤雜班）12

場清理，洞內(nèi)清潔，保衛(wèi)值班等

9開元與支護(hù)75開完作業(yè)、支護(hù)作業(yè)、構(gòu)件制作等

10出硝運輸10裝石查、運輸、棄硝平整

11仰拱鋪底班12仰拱鋪底和洞內(nèi)水溝施工

12防水板掛設(shè)班8防水板掛設(shè)

13二次襯砌班15二次襯砌灌注，臺車移位與養(yǎng)護(hù)

14硅供應(yīng)班40險拌制、運輸供應(yīng)，拌合站維修

15修理班8機具設(shè)備和各種器具的維護(hù)、修理

16其他10

17合計220

八、質(zhì)量控制

1、建立健全質(zhì)量保證體系,推行iso9000標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行工程全面質(zhì)量管理。完善

內(nèi)部承包責(zé)任制，制定質(zhì)量獎懲辦法，將工程質(zhì)量與個人利益掛鉤。

2、制定創(chuàng)優(yōu)規(guī)劃，確保工程質(zhì)量達(dá)到建設(shè)單位工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。并根據(jù)創(chuàng)優(yōu)

規(guī)劃、認(rèn)真組織落實各項措施。

3、在全體工作人員中，不斷組織質(zhì)量教育，建立工程質(zhì)量終身責(zé)任制。對灌漿

工藝，工序?qū)嵭屑夹g(shù)員跟班作業(yè)，指導(dǎo)、監(jiān)督質(zhì)量的實施。

4、嚴(yán)格執(zhí)行"三檢制"，嚴(yán)格把好材料進(jìn)場關(guān)、檢驗關(guān)、使用關(guān)，不合格材料不

準(zhǔn)驗收。

5、應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，注重"四新”技術(shù)的應(yīng)用。

6、實施嚴(yán)格、全面的施工監(jiān)測，科技創(chuàng)新，用數(shù)據(jù)說話，動態(tài)施工控制，動態(tài)

管理。

九、安全措施

1、建立健全安全管理機構(gòu)和安全工作規(guī)章制度。成立強有力的領(lǐng)導(dǎo)班子，

建立健全安全保證體系，領(lǐng)導(dǎo)掛帥，全員參加，安全長負(fù)責(zé)，組織實施對該項目

的安全管理，保證工程安全貫徹貫穿施工全過程。

2、加強安全生產(chǎn)教育，提高全員安全意識，明確技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、控制措施等事

項。

3、根據(jù)工程特點，建立安全崗位責(zé)任制，逐級簽訂安全生產(chǎn)承包責(zé)任狀，

明確分工，責(zé)任到人。

4、每道工序開工前，做出詳細(xì)的施工方案和實施措施，報有關(guān)部門審批。

在進(jìn)行技術(shù)交底的同時要進(jìn)行詳細(xì)的安全施工、環(huán)境保護(hù)交底。

5、抓好現(xiàn)場管理，搞好文明施工，經(jīng)常保持現(xiàn)場管線整齊，加強用電管理。

燈明、路平、無積水。易燃物品倉庫要設(shè)專人防守，危險區(qū)要設(shè)有欄桿和標(biāo)志，

備齊消防器材，并能防盜。生活區(qū)、拌合站、加工廠，要符合防洪要求。

6、堅持經(jīng)常和定期安全檢查制度，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，賭賽事故漏洞，并

結(jié)合事故的規(guī)律和季節(jié)特點，重點防范，實行獎懲制度。

7、應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，開展科技攻關(guān)與技術(shù)創(chuàng)新，確保軟弱。復(fù)雜地質(zhì)條件隧

道優(yōu)質(zhì)、高效、安全施工。

8、做好方案論證，認(rèn)真對圍巖性質(zhì)進(jìn)行分析，明確工程地質(zhì)特點，找準(zhǔn)影

響因素，制定具備針對性的技術(shù)措施，并強調(diào)抓好落實和方案的科學(xué)優(yōu)化。

9、強化監(jiān)測，把現(xiàn)場監(jiān)控量測工作及數(shù)據(jù)和得出的結(jié)論與工程實際密切聯(lián)

系起來，使之切實起到指導(dǎo)施工的目的，同時依次為先決條件，做好技術(shù)優(yōu)化。

10、施工前精心策劃，充分領(lǐng)會新奧法原理，利用先進(jìn)技術(shù)對圍巖開挖變形

情況作出指導(dǎo)意義的預(yù)測，做好技術(shù)措施預(yù)警方案，準(zhǔn)備好相應(yīng)的極具和材料。

水發(fā)育與否是關(guān)系到黃土質(zhì)隧道能否安全施工的關(guān)鍵因素。與巖體相比，體強度

低，變形大，自撐能力小，受水的影響強烈。典型的富含水（飽和土）純土質(zhì)隧

道，土體的穩(wěn)定性極差，開挖后自穩(wěn)能力極弱，對開挖控制極為不利，屬于鐵路

隧道中最軟弱、穩(wěn)定性最差的不良地層，施工難度很大。

2、地層內(nèi)土體具強崩解性和弱膨脹性。土體結(jié)構(gòu)緊密，干時堅硬，開挖一

經(jīng)暴露表層土體即變松軟，卸荷后有回彈松脹現(xiàn)象，加之水的不良作用，松動

圈逐漸變大，極易造成大的塌方事故。

3、黃土具自重濕陷性，遇水后會發(fā)生嚴(yán)重下陷，致使突然下沉，使開挖后

的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如支護(hù)措施不能滿足其變化情況，極易造成塌方。

4、黃土溶洞與陷穴、直切沖溝等地質(zhì)病害在黃土地區(qū)較為常見，極大程度

影響隧道安全掘進(jìn)，可能造成基礎(chǔ)下沉、塌方冒頂、承受偏壓等危險。

"富含水黃土質(zhì)隧道綜合施工技術(shù)"科研項目的主要研究內(nèi)容是：

L通過工程事例分析飽和性黃土地質(zhì)對洞室開挖控制的影響因素，確定科

學(xué)合理的施工方法和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，為同類地下工程施工提供技術(shù)參考。

2、對圍巖物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測試，掌握實際土體的真實狀態(tài)。

3、根據(jù)力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果建立實際土體的力學(xué)模型。

4、采用數(shù)值仿真技術(shù)模擬整個隧道的施工過程，預(yù)測各個施工階段的隧道

變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，為及時采取相應(yīng)的工程措施提供技術(shù)保證。

5、在隧道施工的同時，進(jìn)行大量的監(jiān)控量測，包括內(nèi)控收斂變形、隧道拱

頂下沉、圍巖內(nèi)部位移、初期支護(hù)和二次襯砌壓力、支護(hù)內(nèi)力等，以掌握圍巖

位移和支護(hù)變形的動態(tài)，指導(dǎo)合理安排工序，及時修改支護(hù)參數(shù)，為嚴(yán)重危及

施工安全時分析原因、采取相應(yīng)措施和施工決策提供依據(jù),確保工程的安全性、

經(jīng)濟性，同時了解圍巖壓力的基本特征以及初期支護(hù)的作用效果，為今后類似

工程積累設(shè)計和施工技術(shù)依據(jù)。

項目研究的目標(biāo)是：掌握隧道土體變形破壞的基本規(guī)律，尋求適合富水土

質(zhì)隧道的合理開挖方式、開挖順序和支護(hù)形式，保證隧道施工安全，同時為富

水土質(zhì)隧道的修建積累經(jīng)驗。

通過課題組全體成員的艱苦科研實踐，終于圓滿完成了任務(wù)，達(dá)到了既定

目標(biāo)。

研究成果及其創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：

1、確定了以正三臺階為基本開挖方法的掘進(jìn)方案，通過預(yù)留核心土、仰拱

緊跟、施工用水控制及三位數(shù)值模擬計算、適當(dāng)加大預(yù)留沉降量等技術(shù)措施，

并實施了開挖控制量測技術(shù)研究很好的指導(dǎo)了施工，基本摸索出了黃土的變形

特征，成功的在濕陷性黃土中應(yīng)用了錨噴支護(hù)技術(shù)，并根據(jù)其蠕變特性合理地

把握住了初期支護(hù)、二次襯砌等施工時機，從而保證了隧道掘進(jìn)安全，總結(jié)出

了富含水軟土隧道安全、快速、經(jīng)濟的施工方法。

2、通過新奧法施工的先進(jìn)量測技術(shù)在該隧施工中的應(yīng)用和回歸分析計算,

摸索和總結(jié)了富水黃土質(zhì)洞室開挖的圍巖變形、內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的基本變化規(guī)律,

利用現(xiàn)代計算機技術(shù)建立了此類圍巖開挖變形動態(tài)模擬模型，同時提出了一種

基于支持向量機的隧道變形預(yù)測智能新方法對隧道開挖變形預(yù)測進(jìn)行應(yīng)用研

究，很好的指導(dǎo)了隧道安全施工和技術(shù)措施的科學(xué)完善，也為工程設(shè)計提供了

參考依據(jù)。由此所取得出的結(jié)論和認(rèn)識大大豐富了國內(nèi)同類圍巖隧道技術(shù)資料

積累和一定的理論水平進(jìn)步，同時拓寬了該類隧道設(shè)計和施工的思路。

3、施工中應(yīng)用了大量先進(jìn)技術(shù)，如管棚技術(shù)和雙液小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、

土層錨桿施工技術(shù)、懸吊法無釘孔鋪設(shè)防水板技術(shù)、仰拱防干擾平臺技術(shù)、潮

（干）噴施工工藝、整體鋼模臺車襯砌工藝、新奧法施工量測新技術(shù)等等，這

些先進(jìn)技術(shù)在富含水（飽和土）黃土質(zhì)隧道施工中得到了成功應(yīng)用，確保施工

安全效果顯著，為類似工程方案選擇提供了可靠依據(jù)。

4、在富含水黃土質(zhì)隧道施工中成功應(yīng)用了新奧法原理，豐富了黃土隧道施

工技術(shù)。

第一章黃土質(zhì)隧道施工技術(shù)現(xiàn)況

第一節(jié)國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及說明

我國西北地區(qū)分布著大范圍的黃土層，與巖體相比，土體不僅強度低，變

形大，自撐能力小，工程性質(zhì)差，而且受水的影響特別強烈，干的老黃土十分

堅硬，一旦被水浸泡，達(dá)到飽和狀態(tài)，其強度大大降低，因此在土體中修建隧

道常常會發(fā)生塌方、漏水等事故，施工難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石隧道。

到目前為止，我國已經(jīng)在土體中建成了許多隧道，包括鐵路隧道、公路隧

道、引水隧道等，在施工中遇到的問題很多，施工的難易程度主要取決于土體

的性質(zhì)和地下水的分布。比如西延線的九燕山隧道、洪市溝1#、2#隧道是在

第三系砂粘土和部分現(xiàn)代沖、洪積的更新世粘土（Qi和Q2黃土）中修建的,

土體具有膨脹性，對隧道的防水和支護(hù)造成了相當(dāng)大的困難。寶中線有8座隧

道位于第三系砂粘土中，多采用上導(dǎo)坑先拱后墻法施工，下部斷面采用拉中槽

施工，施工中均發(fā)現(xiàn)有裂隙水存在，有水部位在導(dǎo)坑開挖，尤其是拱部擴大時,

均發(fā)生了大小不等的塌方，已成拱地段，有的拱腰出現(xiàn)裂縫，部分裂縫出現(xiàn)錯

臺，嚴(yán)重處有斜裂，裂縫并有延伸和發(fā)展的趨勢。西蘭公路太峪隧道跨度13m,

在中更新統(tǒng)（）老黃土中開挖，土質(zhì)堅硬致密，無濕陷性，強度高，穩(wěn)定性

Q2

好，先拱后墻分部開挖，工程進(jìn)展順利。神延線北段的沙哈拉宛隧道也是在老

黃土中開挖，由于進(jìn)口段地處風(fēng)積砂地段，地層自穩(wěn)能力較差，采用水平旋噴

預(yù)支護(hù)直接進(jìn)洞的方法，取得了成功。

與巖體相比，土體強度低，變形大，自撐能力小，受水的影響強烈。因此,

在土體中修建隧道經(jīng)常會發(fā)生塌方事故。新松樹灣隧道位于粘質(zhì)黃土和砂粘土

中，前者具有II級自重濕陷性，后者表現(xiàn)為強崩解性和弱膨脹性，含水量大，

飽和度即近100%,與其他土質(zhì)隧道相比，不僅土體天然含水量大，且上層滯

水及裂隙水和囊狀水等地下水豐富，同時土體具有強崩解性，遇水強度迅速降

低，土體穩(wěn)定性極差，該隧施工難度遠(yuǎn)大于國內(nèi)外其他隧道。

第二節(jié)特殊地質(zhì)及不良地質(zhì)現(xiàn)象分析

黃土地質(zhì)屬于典型的特殊地質(zhì)及不良地質(zhì)，它對隧道施工的主要影響因素

主要存在以下幾個方面：

1、地下水及黃土節(jié)理。水發(fā)育與否是關(guān)系到黃土質(zhì)隧道能否安全施工的關(guān)

鍵因素。與巖石相比，土體強度低，變形大，自撐能力小，含水量或水的侵蝕

對其力學(xué)性質(zhì)的影響非常顯著。干的老黃土十分堅硬，整體承載能力較高，但

被水浸泡，達(dá)到飽和狀態(tài)后，呈軟塑甚至流塑狀，強度大大降低。該隧穿過地

層為砂粘土（Ql~2）,土層除上部薄層含水量較少，為半干硬狀態(tài)外，其下多

為可塑狀，并富含裂隙水。局部含砂層或裂隙發(fā)育，地下含水量豐富，開挖面

常帶"汗露"現(xiàn)象，土體內(nèi)節(jié)理發(fā)達(dá)，呈X型，不規(guī)則分布，成對出現(xiàn)，并有

一定的延續(xù)性。在水的作用下，土體開挖后會迅速崩解，強度驟然降低，圍巖

自穩(wěn)能力極大消減。由于黃土的崩解性、濕陷性和弱膨脹性，隧道開挖后土體

容易順著節(jié)理脹松或剪斷，出現(xiàn)片幫和頂部小塌方，施工處理不當(dāng)甚至引起較

大的坍塌。另外，土體滲透性較好，逢雨季和春季解凍消融時期，工作面多出

現(xiàn)塑性溜滑，技術(shù)預(yù)防措施不及時，就有可能釀成大的安全事故。

2、地層內(nèi)土體具強崩解性和弱膨脹性。土體結(jié)構(gòu)緊密，干時堅硬，開挖一

經(jīng)暴露表層土體即變松軟，卸荷后有回彈松脹現(xiàn)象，加之水的不良作用，松動

圈逐漸變大，極易造成大的塌方事故。

3、黃土具自重濕陷性，遇水后會發(fā)生嚴(yán)重下陷，致使突然下沉，使開挖后

的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如支護(hù)措施不能滿足其變化情況，極易造成塌方。

4、土體內(nèi)富含有機質(zhì)和鹽堿成份，地表普遍有白色鹽堿霜，根據(jù)既有松松

灣隧道滲漏水洞壁上留下白色鹽堿的痕跡，使佐變得松軟，可用手扳掉，可見

其對普通硅酸鹽水泥具有很強侵蝕性。因此做好隧道的防排水至關(guān)重要，對佐

要采取防腐蝕措施，同時防水效果的好壞也是電氣化鐵路隧道運營安全的重要

保障（特別是嚴(yán)寒地區(qū)X

5、黃土溶洞與陷穴、直切沖溝等地質(zhì)病害在黃土地區(qū)較為常見，極大程度

影響隧道安全掘進(jìn)，可能造成基礎(chǔ)下沉、塌方冒頂、承受偏壓等危險。隧道在

較長范圍內(nèi)沿沖溝或源邊平行走向，或與其他地下空腔結(jié)構(gòu)臨近，容易造成覆

蓋層較薄或偏壓，從而發(fā)生較大塌方和滑坡事故。新松樹灣隧道與既有隧相距

30~50m,進(jìn)口端位于兩深沖溝相夾交匯地帶，兩溝邊坡密布泉眼,常年滲水,

呈泥狀。沿隧大致縱向左上部有一深溝，山梁上部地表陷穴與人為井窖密布，

松樹灣村現(xiàn)有水井30余個，大多數(shù)水井的水深0.3~0.5m,水位高程位于拱頂

40~60m,基本位于隧道正上方。

6、洞內(nèi)排水不良，運輸?shù)缆纺酀簦藶樗蛲赣克荒艿玫酵咨铺幚?

將給施工效率和隧底施工帶來很大困難，底腳泡軟，極易發(fā)生較大收斂，甚至

形成事故。

第二章富含水黃土質(zhì)隧道主要施工技術(shù)

對于純土質(zhì)隧道通常采用無爆破冷作業(yè)法施工，針對不同地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)

規(guī)模采用不同的開挖掘進(jìn)方法，黃土隧道宜采用短臺階法或分部開挖法（留核

心法）,如單側(cè)壁或雙側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法、正臺階先拱后墻法等，前者適用于

大跨度、地質(zhì)非常軟弱或淺埋段，后者適用于跨度較小或地質(zhì)條件較好段。

當(dāng)?shù)叵滤S富，地質(zhì)狀況較差時，施工宜采用短臺階法施工。進(jìn)口端一般

存在淺埋、滑坡堆積、偏壓等不良地質(zhì)情況，應(yīng)首先進(jìn)行卸載、錨噴仰坡防護(hù)、

管棚或小導(dǎo)管超前支護(hù)，然后可采用先拱后墻分部施工進(jìn)洞方案。根據(jù)圍巖狀

況，洞身掘進(jìn)可采用兩臺階或三臺階施工方法。每個臺階的長度6-8m,上臺

階采用人工預(yù)留核心土環(huán)形開挖，中、下臺階采用機械開挖，馬口采用風(fēng)鎬人

工開挖。超前支護(hù)采用管棚、雙液小導(dǎo)管、超前錨桿等不同形式。初期支護(hù)采

用系統(tǒng)錨桿、鋼架、掛鋼筋網(wǎng)噴射佐等形式。

隧道出硝運輸通常采用無軌運輸方式，當(dāng)屬于長大隧道或特長大隧道時可

選用有軌運輸方式，但都應(yīng)做好防排水。無軌運輸采用短臂小松挖掘機扒楂、

40B側(cè)翻裝載機裝硝,自卸汽車出楂。

施工時，采用仰拱鋪底超前、二次襯砌緊跟的施工作業(yè)順序。為了減少仰

拱施工與開挖運輸?shù)母蓴_，采用仰拱施工防干擾作業(yè)平臺技術(shù)。防水板的鋪設(shè)

自行加工防水板作業(yè)臺架，采用無釘孔鋪設(shè)施工工藝。二次襯砌采用大模板襯

砌臺車進(jìn)行先墻后拱整體式襯砌，碎的供應(yīng)，采用洞口的自動計量拌合站拌合,

混凝土運輸車運送，混凝土輸送泵灌注的方法進(jìn)行施工。

開挖掘進(jìn)施工技術(shù)要點為：

1、為確保隧道開挖輪廓符合設(shè)計，應(yīng)做好預(yù)留量的考慮，對于黃土圍巖地

質(zhì)，其收斂變形量大，因此應(yīng)根據(jù)開挖后收斂變形的監(jiān)測結(jié)論進(jìn)行預(yù)留，拱部

沉降不穩(wěn)定可考慮多預(yù)留,一般25cm,邊墻每側(cè)15cm。整體模板臺車較設(shè)

計加大輪廓5cm,以防止跑模侵限。

2、小進(jìn)尺的原則要牢固堅持，不能圖一時之快，以防釀成大的事故，要穩(wěn)

扎穩(wěn)打，工序銜接緊湊,有條不紊，一步一步的施工。臺階長度控制在6~8m,

減少每次的開挖面積和土體暴露面積，防止土體塌落，每次開挖進(jìn)尺要按剛架

的分布距離進(jìn)行控制，一般不要超過80cm,即及時進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。同時下臺

階要緊接上臺階施工，盡量縮短其間隔時間。

3、中部拉槽，采用機械開挖嚴(yán)禁兩邊側(cè)超挖，上臺階初期支護(hù)基底保護(hù)襟

邊不小于80cm,當(dāng)土體穩(wěn)定性惡化，應(yīng)適當(dāng)放大。同時為確保邊墻支護(hù)穩(wěn)定,

中槽應(yīng)放坡開挖。

4、馬口開挖要保證上面初期支護(hù)向前不小于5m,其布置和長度應(yīng)結(jié)合地

質(zhì)情況、收斂變形值分析等因素進(jìn)行設(shè)計，并嚴(yán)格掌握。馬口開挖采取跳槽法

進(jìn)行,左右錯開,至少保證3根剛架錯開距離（不小于2m）,嚴(yán)禁對開馬口,

以避免掉拱事故。開挖利用風(fēng)鎬人工進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖。若片幫嚴(yán)重，可由上及

下小步距分部開挖，隨挖隨護(hù)，及時打錨桿和噴壁面佐，封閉保護(hù)。每次馬口

開挖寬度一般1~3根剛架范圍內(nèi)（＜2.5mX回頭馬口必須待相鄰邊墻初期支

護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行。

5、施工時要特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大或片幫過多，應(yīng)采用

漿砌片石回填，嚴(yán)禁片石干碼。如發(fā)現(xiàn)該處承載力不夠，應(yīng)立即加設(shè)錨桿或其

他措施進(jìn)行加固。

6、如作業(yè)面涌水，采取埋設(shè)導(dǎo)水管進(jìn)行疏導(dǎo)，滴水或滲透水小水流采取塞

麻筋或竹片引流。大的涌水應(yīng)采取預(yù)加固技術(shù)，進(jìn)行有效的封堵和疏導(dǎo)。排水

應(yīng)一次性排至臨時排水系統(tǒng)內(nèi)，避免水浸泡土體。

7、錨桿一般采用干打錨桿、砂漿錨桿、自進(jìn)式錨桿、長錨桿等形式，根據(jù)

具體情況選擇使用，長度根據(jù)量測的圍巖松動圈范圍確定。打設(shè)系統(tǒng)錨桿前應(yīng)

首先噴設(shè)5cm厚硅進(jìn)行壁面封閉保護(hù)。土體圍巖一般情況建議干法施工，可利

用風(fēng)錘干打①22螺紋鋼筋,根據(jù)圍巖內(nèi)部應(yīng)變量測情況，錨桿長度要保證深入

松動圈不小于0.5m。新松樹灣隧道的開挖后圍巖松動面位于圍巖開挖面深3M

左右，因此錨桿長度采用3.5m,系統(tǒng)錨桿打入土體后具"串葫蘆"效應(yīng)，增強

土體整體性，提高圍巖自撐能力。實踐證明該法較為實用，抗拔力在土體圍巖

地質(zhì)較好的情況下滿足安全要求，施工快速，無污染。若土體軟化嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)

采用注漿或砂漿錨桿。鎖腳錨桿也可如此采用，但應(yīng)注意與剛架焊接要牢固，

保證數(shù)量