山嶺隧道洞身開挖的方法?黃土隧道洞身開挖、支護施工技術，我來為大家講解一下關于山嶺隧道洞身開挖的方法?跟着小編一起來看一看吧!

山嶺隧道洞身開挖的方法

黃土隧道洞身開挖、支護施工技術

1工程概況

1.1寶蘭客運專線10标段二工區通渭至榆中蘇家川隧道及西坡隧道段位于定西市安定區，隧道全長（759 1187）m，為雙線隧道。隧道洞身均位于直線上，洞身縱坡為3‰的單面上坡，洞身均為黃土。隧道襯砌後斷面最大淨寬12.81m，淨高8.68m。

1.2隧址區地貌形态屬黃土高原溝壑、梁峁區，地面相對高差約60m，區内黃土梁峁起伏，溝壑縱橫，自然坡度約為20°～60°之間，隧道頂谷深切多呈"V"字型，山坡上多為風積黃土包裹，梁頂植被包裹較差。

隧道位于隴西系内旋褶帶，構造相對簡單。晚第三紀以來，區内新構造運動較為活躍，表現為河溝階地地上升顯著，現代河流侵蝕，下切明顯，高差達100～150m，洞身僅通過第四系上、中更新統砂質黃土，無褶皺、斷裂通過。

1.3隧道進口、出口均為東河的支溝，平時幹涸無水，僅在暴雨季節有暫時性水流，水量一般不大。

隧道區内地下水主要為第四系松散層孔隙水。松散層孔隙裂隙水賦存于第四系上更新統砂質黃土中，無統一潛水面，受大氣補給，水量小，季節性變化大，水位埋藏變化大。地下水對混凝土存在氯鹽、硫酸鹽侵蝕性，侵蝕性等級為L2、H2。

2施工方案

針對黃土基底承載力低、側應力較大、濕陷性及埋深淺等特點，施工時嚴格執行"管超前、短進尺、強支護、勤量測、早成環"的施工原則，确定黃土隧道總體施工方案采用三台階臨時仰拱法及三台階臨時橫撐法，即洞身分上中下三個台階，上導坑采用環形預留核心土開挖初期支護緊跟，中、下導坑左右邊牆間隔開挖支護，仰拱緊跟下導施作，二次襯砌采用自動計量集中拌和混凝土，自行液壓式襯砌台車泵送混凝土施工。

施工中加強超前地質預報檢測頻次，初期支護及早封閉成環，并進行持續的監控量測，對數據進行現場分析，指導現場施工。

3洞口工程及防護排水工程施工

3.1洞口防護排水

隧道進洞施工前，根據設計圖紙要求結合現場地形确定水溝位置，水溝流向順山勢由高向低，引排至路基水系統或直接引排至路基外。

3.2洞口開挖及防護

洞口邊坡盡量減少開挖，以減小對山體黃土擾動，防止上體應力突變。對針黃土具有特點，邊坡開挖在晴天進行，雨天停止施工。仰坡坡率采用1:1.25，按照自上而下的順序分級開挖，開挖一級防護一級。當仰坡較高時，6～8m設一級，留2～4m寬平台，坡腳設置臨時排水溝。

邊仰坡開挖完成後保證坡面直順、平整，測量檢測合格後，立即對邊仰坡進行素噴混凝土封閉、打設錨杆、挂網、二次複噴噴混凝土防護。

3.3對洞頂及周邊發育的陷穴排查處理

根據陷穴發育情況和所處位置，采用灌注砂漿 夯填改良土或自底部向上分層夯填改良土回填，頂部包裹50cm厚老黃土封口。

4導向牆、超前支護施工

隧道出口、出口采用套拱法、φ108長管棚 φ42超前小導管，L=30m超前預支護進洞、具體作法如下：洞口開挖至起拱線，采用兩榀型鋼鋼架緊貼仰坡放置，間距0.5m，縱向Φ22mm鋼筋連接，預埋φ140管棚導向管，其環向間距40cm及傾角0度至3度角同設計的管棚環向間距及外插角，與仰坡錨杆焊接固定，澆築導向牆混凝土厚100cm，然後施做長管棚，形成洞室輪廓。

4.1導向牆施工

邊坡開挖至起拱位置時，預留核心土并進行修整，導向牆直接坐與核心土上施作，施作時底部鋪設彩條布隔離。

導向牆寬100cm，厚度為100cm，牆内預埋Ф140×5mm導向鋼管并與牆内埋設的2榀I18工字鋼鋼拱架焊成整體；為保證導向牆整體受力穩定，拱腳設置混凝土擴大基礎。導向牆内導向管安設的平面位置、傾角、外插角的準确度等直接影響大管棚的施工質量，施工中嚴格控制。

4.2超前長管棚施工

針對本工區黃土遇水崩解特點，為防止洞口發生滑坍，洞口采用超前大管棚注漿支護，以确保安全進洞。

（2）管棚參數

長管棚中心距開挖輪廓線50cm，拱頂144範圍内設置，鋼管間距環向0.4m，外插角1°采用ф108熱軋無縫鋼管，壁厚6mm，管節長度為4～6m，采用絲扣相接，接頭相互錯開；管棚環向間距40m，縱向長度根據淺埋段圍岩長度及洞口包裹層厚度而定，取30m。

4.3超前小導管施工

超前小導管采用外徑42mm、壁厚3.5mm熱軋無縫鋼管制作，導管前端加工成錐形并封焊密實，管身設若幹注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，按梅花型布置；尾部長度不小于100cm，作為不鑽孔的止漿段。

超前小導管設置于拱頂144°範圍内，搭接長度不小于1m。單層超前小導管單根長3.5m、環向間距40cm，插入角度10°～15°；雙層小導管單根長5m、環向間距30cm，插入角度為10°和40°，設置時交錯布置。

⑴導管安裝前，測量放樣定位，采用電煤鑽打孔，成孔後檢查管内有無虛渣異物，若有用吹管吹出或掏勾勾出；

⑵将小導管用錘擊或鑽機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%小導管安設後，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，必要時在小導管附近及工作面噴射砼，以防止工作面坍塌。

⑶導管注漿。導管注漿采用定量注漿，即每根錨管内注入300L漿液後即結束注漿。注漿水泥漿液水灰比為1：1（重量比），注漿壓力一般為0.5～1.5Mpa。為加快注漿速度和發揮設備效率，可采用群管注漿（每次3-5根）。

5洞身開挖及支護

黃土隧道洞身開挖采用人工配合機械的開挖方法。挖掘機開挖預留30cm左右厚度，人工開挖修邊。同時為防止黃土自陷性沉降侵占設計開挖體型，實際開挖斷面大于設計斷面，預留30～40cm沉降變形量。

5.1施工工序

⑴挖1部台階。開挖隧道上台階土體時，預留核心土确保開挖安全和初期支護順利進行。上部環形導坑開挖進尺控制在0.6m，開挖後及時進行初噴砼封閉開挖掌子面，施作洞身結構的初期支護及臨時仰拱，即先初噴厚4cm的混凝土，再鋪設鋼筋網片，然後人工配合機械架立型鋼鋼架。鋼架設鎖腳錨管，鎖腳錨管設置于台階鋼架拱（牆）腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側邊沿按下傾角30～60°打入，并與鋼架采用"U"型鋼筋牢固焊接。拱腳采用鋼墊闆。同時，為保證拱腳基礎牢固，防止拱頂下沉量過大，對拱腳位置采用槽鋼或木闆支墊。

⑵打設徑向錨杆後複噴混凝土到設計厚度。底部架立臨時仰拱（I18臨時鋼架），噴射混凝土封閉。

⑶上台階施工至适當距離後，先拆除1部2～3榀I18臨時鋼架，再人工配合機械開挖2部台階，導坑周邊部分初噴厚4cm混凝土，鋪設鋼筋網片、架立接長鋼架鋼架，打設鎖腳錨管及徑向錨杆後複噴混凝土至設計厚度。架立臨時仰拱（I18臨時鋼架），噴射C25混凝土封閉臨時仰拱。

⑶開挖3部台階，3部台階分兩次開挖完成即仰拱面以上和隧底兩部分。根據監控量測結果分析，待初期支護收斂後，拆除②部臨時仰拱，開挖仰拱填充面以上，開挖完成後邊壁初噴厚4cm混凝土，鋪設鋼筋網片、架立接長鋼架鋼架，打設鎖腳錨管、複噴混凝土至設計厚度；隧底開挖掌子面距離上台階開挖掌子面控制在20～25m,每次開挖進尺不得大于2榀鋼架，開挖完成後及時接長鋼架、噴射混凝土封閉初期支護并封閉成環。

⑷灌注該段的Ⅳ部仰拱及Ⅴ部仰拱填充（仰拱與仰拱填充分開施作）。利用襯砌模闆台車一次性灌注Ⅵ部二次襯砌（拱牆襯砌一次施作）。

開挖過程中，根據施工時圍岩的地質情況及監控量測資料調整支護結構形式，必要時加設中間豎撐（采用圓木），使圍岩支護得到有利的保護和加強。

特别是洞口段第一次仰拱成環是進洞成敗最為關鍵的一個環節，也是非常危險的一個環節，處理不好會造成洞口坍塌。先停止掌子面開挖進尺，噴混凝土封閉，開挖隧底。第一次開挖2榀拱架間距，縱向長度150cm，開挖後迅速安裝工字鋼拱架2榀與已支護正洞鋼架連接成環，并采用間距1.0mФ25縱向連接鋼筋對隧底兩榀鋼架進行焊接連接，噴射噴混凝土包裹。

三台階臨時橫撐法施工與三台階臨時仰拱法施工工藝基本相同，最大的區别是開挖隧道所設置的臨時橫撐不需要采用混凝土包裹。

5.2初期支護施工

根據隧道洞身土質，初期支護采用錨噴支護，一方面錨噴支護具有很好的及時性、密貼性和封閉性，它能及時封閉開挖面，阻止土體變形；另一方面，錨杆和鋼筋網片具有一定的延展性，它可以允許洞身土體沿橫向和縱向有較大的變形，甚至和被加固土體一起作整體位移，而仍能繼續工作不失效。

錨噴支護施工工藝流程如圖5所示。

5.2.1初噴砼

隧道開挖整修完畢後，應立即初噴3～5cm厚的混凝土，其作用是封閉開挖面并找平，以防止圍岩應力集中及土體松弛變形而可能導緻的坍塌。

5.2.2錨杆施工

砂漿錨杆施工工藝流程為：施工準備→布孔→鑽孔→清孔→注入砂漿→插入杆體→安裝錨杆墊闆→複噴砼覆蓋墊闆

（1）鑽孔。采用電煤鑽打錨杆孔，嚴禁使用水鑽。

（2）錨杆安設。采用先注漿後插入法施工，錨杆孔鑽孔完成後用高壓風清孔，采用注漿泵注入M20水泥砂漿，砂漿注入量為錨杆孔體積的2/3，之後将加工好的Ф22、L=3.5m錨杆體插入孔内，安裝錨杆墊闆。錨杆杆體插入孔内長度不得小于設計長度的95%。待砂漿強度達到一定強度能上緊墊闆螺母。

為便于施工可采用Ф22早強藥包式錨杆。先将藥包浸泡在清水中進行，随泡随用。用直徑約為3cm竹竿或塑料管将浸好水的藥卷送到孔底，并輕輕搗實，藥卷裝滿後及時插入錨杆。

（3）特别注意砂漿錨杆施工，每側拱邊牆設4根錨杆，長度不小于3.5m，間距1～1.2，梅花形布置。

5.2.3鋪設鋼筋網

鋼筋網一般在系統錨杆施作之後安設，但如遇到圍岩松散地層，拱部易坍塌或掉塊，為了給作業人員提供防護，可先施作鋼筋網（必要時亦可先架設格栅鋼架）。鋼筋網采用φ6.5鋼筋，網格尺寸為20×20cm，事先在加工場加工制作成1.6×1.0m的網片。網片間搭接保證一個網格。

鋼筋網鋪設緊貼岩面，并保證其保證保護層厚度不小于3cm。鋼筋網與鋼筋網連接處、鋼筋網與錨杆連接處點焊在一起，使鋼筋網在噴射時不易晃動。

5.2.4型鋼拱架施工

洞口段及洞身土質為新黃土時，采用I25a工字鋼拱架加強支護，縱向間距60cm；洞身土質為老黃土穩定性較好時，采用I20a工字鋼拱架加強支護，縱向間距80cm。

鋼架在洞外按設計尺寸加工成型，洞内安裝在初噴砼和挂網之後進行，用定位錨杆固定，兩側拱腳和牆腳用鎖腳錨杆固定，鋼架間設縱向連接筋并噴設砼包裹。

（1）鋼架加工制作。鋼架應按設計要求預先在洞外加工場分節加工成型。

（2）鋼架加工後進行試拼。

（3）鋼架架設工藝要求

①鋼架必須放在牢固的基礎上，施工時将基礎底部虛碴清理幹淨，鋪設槽鋼火模闆以增加基底承載力，最大程度的減少鋼架受自重及圍岩沉降變形發生變形。

②鋼架架立時垂直隧道中線，當鋼架和初噴層之間間隙過大時設置墊塊，後期采用噴砼噴填密實。

③為增強鋼架的整體穩定性，将鋼架與系統錨杆焊接在一起，同時鋼架與鎖腳錨管之間通過"U"型鋼筋焊接。鋼架間設環向間距1m的Ф22mm縱向連接鋼筋焊接。

④鋼架架立後盡快噴砼作業，并将鋼架全部包裹，使鋼架與噴砼共同受力。

鋼架施工工藝流程圖

5.2.5噴射混凝土施工

噴射砼采用濕噴法，噴射前埋設噴厚控制标志釘。選擇噴射料時，要對所使用的各種原材料進行試驗，保證原材料的質量。噴射砼時嚴格按施工配合比計量配料。

将骨料、水泥、合成纖維和水按試驗确定的比例拌合均勻，用濕噴射機壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑後噴出。噴混凝土料由洞外自動計量拌和站生産，混凝土攪拌車運輸，濕噴機噴射，重點控制隧道采用10～15m³/h的濕噴機噴混凝土。其工藝流程見"濕噴混凝土工序流程圖"。

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噴射作業采用自下而上分層分段進行，一次噴射厚度6cm。噴射時噴頭應垂直于受噴面，噴頭距離受噴面以0.6～1.8m為宜，先找平凹處再開始噴砼，噴頭運行軌迹為螺旋狀，後一層噴射在前一層砼終凝後進行，确保噴層厚度均勻、密實。

噴射砼終凝後2小時起即開始噴霧養護，養護期不少于7天。

6監控測量

施工時應準确及時的進行現場監控量測，通過現場量測掌握洞身和支護的動态，指導施工，預報險情，确保安全進行日常的施工管理。在對量測數據進行分析處理與計算後，繪出曲線，根據所繪曲線的變化情況與趨勢，判定圍岩的穩定性及時修正和确定隧道初期支護參數，同時為二次襯砌施作時間提供參考依據。

隧洞明洞段邊仰坡開挖前，于仰坡開口線外側50cm處設置地表沉降觀測點。測點埋設時，首先埋設線路中心點，然後橫向每間隔2～5m埋設觀測點，觀測點埋設範圍為邊坡開口線距離隧道拱頂開挖輪廓線的間距H與隧道開挖最大淨空面尺寸B的和（埋設過程中要求埋設點位處于同一斷面裡程）。測點埋入地表以下30-50cm,采用混凝土灌注。

地表沉降觀測點共埋設3排，分别距套拱5m、10m、20m，用水平儀觀測地表下沉值，每天最少觀測1次。

正洞測量監控斷面每隔5m設置，每個斷面埋設9個，分别布置與拱頂中心及拱頂中心兩側水平間距2.5m處，拱頂120°加角線處、開挖最大淨空斷面處、内規頂面處。每次挖完成後根據間距要求及時埋設，并通知測量進行監測，初讀數應在開挖後12h内完成，最遲不得大于24h且在下一循環開挖前必須完成；沉降觀測保證每天不少于2次。

根據觀測結果及時反饋到施工中去，對預留沉降量進行調整。

7隧道防排水系統施工

隧道防排水系統是隧道結構安全及正常運營的重要因素，施工時應按設計要求嚴格施作，并根據現場水文地質情況增設防排水體系。

（1）縱、橫向排水盲管施工

排水盲管由縱向盲管、環向盲管和連接盲管組成。縱向排水盲管沿縱向布設于左、右側側溝地闆以上20cm處，采用HDPE80雙壁打孔波紋管，每10m為一段；環向排水盲管采用HDPE50打孔波紋管，每10m一環（地下水發育地段根據實際情況進行适當調整）沿隧洞環向周邊布設。

環向盲管與縱向盲管均直接與隧道側溝聯通，縱向排水管中部設置變徑三通連通邊牆進水孔及側溝，以便必要時進行維護。洞内排水管施工期間應定時進行清洗，确保管道暢通，以免管道阻塞引起襯砌背後水壓升高造成二次襯砌隧道結構破壞。

（2）橫向排水管施工

橫向排水管（ф100PVC）主要輸導側溝積水至中心預埋鋼筋混凝土排水管，沿隧道縱向每隔30m設置一道，在施工仰拱砼時預埋。

橫向排水管（ф80PVC）主要輸導道床面積水至中心預埋鋼筋混凝土管，沿隧道縱向每隔30m設置一道，在施工仰拱砼時預埋。

（3）中心排水管

中心排水管埋設于仰拱填充内，采用孔徑60cm、壁厚6cm預制混凝土管，主要引排側溝及道床面積水至線路外。排水管每間隔30m設置一淨空尺寸為（長*寬*深）1*1*1.26m的檢查井，用于檢查疏通管路，保證排水暢通。

（4）防水層施工

防水層在初期支護變形基本穩定後，二次初砌施作前進行。防水層所用材料為土工布（土工布：400g/m2）和EVA防水闆（厚1.5mm），其鋪設工藝應符合以下要求：

①錨杆、鋼筋網等凸出部分，先切斷後用錘鉚平抹砂漿素灰；噴射混凝土凹凸不平時，應補噴混凝土使其表面平整圓順，且凹凸量不得超過±5cm；

②初噴混凝土表面鋪設土工布，用帶熱熔墊圈的射釘錨釘固定，水泥釘長度不得小于50mm，平均拱頂點3～4個/m2，邊牆點2～3個/m2；土工布從拱頂中心向兩邊拱腳、邊牆對稱固定，搭接長度不得小于5cm。

③防水闆緊跟土工布施工，鋪設前測畫出隧道中線，采用整幅長度的防水闆由拱頂中心開始向兩側平鋪，用自動爬行手動熱焊器将防水闆熔焊在襯墊上；同時采用自動爬行手動熱焊器将将防水闆焊成整體，防水闆之間互相搭接15cm，搭接原則是：邊牆壓拱部，下部壓上部。

④為防止灌注混凝土時擠裂拉壞防水闆，鋪設時适當留有餘地。

8隧道二次襯砌

（1）施工方法

隧道二襯采用全斷面整體式襯砌。為了加快襯砌速度并确保洞身安全，在每個隧道洞口配備一台10.5m長液壓鋼模闆襯砌台車。混凝土澆築采用HBT60C型砼輸送泵灌注，砼攪拌運輸車運輸，以人工采用插入式振搗器振搗主要，台車自帶附着式振搗器振搗配合振搗施工。

（2）拆模和養護

二襯拆模時間要準确把握，不宜過早，既要保證混凝土結構安全及外觀質量，又要滿足加快台車周轉使用要求，一般承重結構，以混凝土強度達到8.0Mpa以上為标準；對于受較大圍岩壓力的模闆須待砼達到設計強度的100%後才能拆除。

隧道襯砌混凝土養護采用高壓水噴霧養護，以防止隧道積水浸泡圍岩影響圍岩穩定。噴霧養護一般為7天。

（3）黃土隧道要堅持二襯緊跟，确保襯二距掌子面不得大于70m。當處于軟弱圍岩及斷層破碎帶時，由于其圍岩自穩能力差，初期支護難以使其達到完全穩定，可根據支護情況及量測信息，及早進行二襯施工。

9襯砌背後回填注漿

隧道襯砌施工完成并達到100%強度後，進行襯砌背後回填注漿。注漿管采用孔徑φ50mmPVC管，鋼模台車就位前，沿拱頂軸線每隔間距3m布設于拱頂模築襯砌外緣、防水闆内側。注漿前對注漿管進行清理，保證注漿管暢通。

回填注漿材料采用1:1水泥漿液。水泥漿采用漿液攪拌機拌合，單液注漿泵注漿。注漿采用隔孔注漿方式，當發生各孔串漿現象時，采用群孔注漿方式。注漿壓力為0.5～1.0MPa，注漿材料、注漿方式及注漿壓力等參數根據注漿試驗結果及現場情況調整。

10 結束語

寶蘭客專蘇家川隧道、西坡隧道洞身通過地層主要為第四系上更新統風積砂質黃土、沖積礫砂，第四系中更新統風積砂質黃土、洪積礫砂，基地為上第三系泥岩；其中砂質黃土顆粒以粉粒為主，土體較疏松，垂直節理發育，蟲孔及針狀孔隙發育，具Ⅳ級自重濕陷性，且隧道進出口黃土陷穴發育，施工時極易掉土、坍塌。通過超前大管棚預注漿法 超前小導管加固洞口段，短進尺及時施工初期支護，仰拱先行，二砌緊跟等一系列施工方法，安全地通過了洞口圍岩淺埋段的施工，為隧道正常施工創造了條件。

隧道開挖過程是地層内應力重新分布的過程，開挖前土體處于天然應力平衡狀态，隧道開挖後周邊土體失去原有支撐，向洞室空間膨脹位移，改變了圍岩土的平衡關系，破壞了這種天然應力平衡狀态，應力進行重分布，從而引起開挖土體周圍産生一定量的移動，即圍岩變形，而圍岩變形過大就會發生坍塌，所以在施工過程中應加強圍岩量測，除對地表及洞内拱頂下沉、周邊收斂進行常規量測外，還應加大量測頻率，并對量測數據進行分析，及時預測圍岩的穩定狀态，為支護參數的選定提供依據；隧道上導開挖時，預留核心土，對掌子面圍岩進行反壓，阻止圍岩應力釋放，有效保障拱頂土體的穩定及施工人員的安全，同時為施工人員提供工作平台，便于施工。

總之對于淺埋黃土隧道施工，應嚴格遵循""先預報、管超前、短進尺、強支護、勤量測、早成環"的施工原則。

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