超大断面浅埋黄土隧道三台阶内撑法施工技术
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摘要：本文主要介绍超大断面黄土隧道三台阶开挖方法的施工技术，由于断面大，跨度大，高度高，处于黄土地层，容易引起塌方，本文介绍的三台阶开挖方法，有别于一般的施工方法，安全、经济、进度快，值得应用推广。
1概述
浅埋黄土隧道，一般处于坡积残土、新黄土地层。新黄土大孔发育，具垂直节理，土质结构松散一稍密一中密；含水量较小，一般为5％～15％；易产生天生桥和陷穴。覆盖于地表。由于其垂直节理发育，在垂直节理面上因节理切割形成竖向软弱面，软弱面之间粘聚力很小，多个软弱面互相切割，形成与周边围岩粘聚力很小的棱体，在下部开挖隧道时形成临空面，受开挖扰动和支护缺陷。在重力的作用下棱体塌落形成塌方。破坏有持续发展的特点。
黄土隧道围岩压力按深浅埋有所不同，大量的研究表明：浅埋黄土隧道围岩压力主要为松动压力。浅埋隧道两侧拱腰压力较大，最大压力在两侧边墙脚处。黄土隧道围岩压力的另一个重要特点是侧压力较大，接近于垂直压力。
2 三台阶内撑法工艺流程土
第一步：上台阶弧形导坑开挖，喷、锚、网系统支护，架设钢架并复喷砼至设计厚度，形成较稳定的承载拱。
第二步：在上台阶开挖超过10m，保留5～7m核心土，在核心土后面，施工水平横行内撑及三支扇形支撑，与拱架焊接相连。
第三步：滞后上台阶10～20m，分左右侧进行阶开挖支护，注意拱架根部落到实处。
第四步：滞后阶5～10m，分左右侧进行下台阶开挖支护，注意拱架根部落到实处。
第五步：开挖仰拱，及时施作仰拱砼、填充混凝土，及早封闭成环。
第六步：根据围岩量测结果，适时施作二次衬砌。
3 工程实例
3．1 工程概况
本项目大断面隧道洞身开挖以青龙2＃隧道工程为例，青龙2＃隧道最大开挖断面为212m2，普通开挖断面为191m2。改DⅡK201+065-200为浅埋段，局部埋深仅1.6m；改DⅡK201+200-339段为浅埋偏压段，埋深在8.3-28m之间，隧道设计为双线隧道。隧道线间距为5.0～4.43m。
隧道区表覆第四系全新坡洪积(Q3dl+pl)新黄土，第四系中更新统洪积层(Q2pl)老黄土，新黄土浅黄色,坚硬，以粉粒为主，土质均匀，具虫孔，大孔隙，含云母，白色假菌丝，具湿陷性；老黄土黄褐色，坚硬，以黏粒为主，土质均匀，含云母，白色假菌性丝，钙质结合，呈散体状结构。地表分布新黄土，据分析，该土层具湿陷性，湿陷系数δs=0.031-0.055，为自重湿陷场地，湿陷等级为Ⅱ级，勘测未见地下水，雨季有少量孔隙水。隧道衬砌支护参数如下表
3．2 工程施工
1、上台阶弧形导坑开挖支护
上台阶弧形导坑开外，每循环一榀，约70cm。开挖高度为4.5米，在保证安全的前提下方便挖掘机操作。核心土长5米，上宽5米，下宽10米，既保证操作空间，又尽可能保证核心土留大，以保证安全。
上台阶超前阶10～20m。开挖方式采用挖掘机成型，按照测量的轮廓线，人工配合风镐修边，使其符合轮廓要求，不欠挖。
上台阶施工要点：
1）核心土保留5m即可，随着开挖的前进而随上台阶挖去。
2）经检查，开挖轮廓符合要求后进行初喷混凝土，喷厚约4cm，以封闭围岩。喷时自下而上，喷枪距受喷面约100m，基本垂直。
3）按照设计在加工棚加工好钢拱架，运到现场。人工对拱架落脚处进行夯实，立拱架，先两侧，在拱顶拼接合龙。吊线检查，固定。焊接连接钢筋，连接筋间距100cm。
4）焊接钢筋网片，注意钢筋网片搭接，到边到底，不留空。
5）施工锁脚锚杆，锁脚锚杆长4m，在拱架根部以上100cm内布置，紧贴拱架两侧施做，尾部与拱架焊接，每端4根共8根，
6）施工锚杆，锚杆长度、间距符合设计，锚杆，锚杆尾部与拱架焊接，使其连成一整体。
7）喷射混凝土，喷射混凝土自下而上喷射，厚度分两次施工，以免过厚造成掉块。
2、内支撑施做
内支撑在核心土开挖后进行施工，采用双工字钢合并做横向水平撑，支顶到已安装的型钢支撑上，并与之焊接牢固；在水平横支撑上立三支扇形支撑，一支竖直，两支在一端与竖直撑并在一起，另外一端分散撑在同一榀型钢拱架上，与之焊接牢固，像折扇的扇骨。
施工要点：
1）扇形支撑与横行水平支撑连接牢固，支撑与型钢拱架焊接牢固。
2）扇形支撑必须在阶开挖前立好。
3）扇形支撑的位置应保证上台阶的开挖操作空间，以保证上台阶的施工。
3、阶开挖
中、下台阶开挖分左右两侧，阶滞后上台阶约10～20m，阶开挖高度约3m，左右侧错开5～10m，阶开挖，每次挖1～2榀，视监控量测数据而定。机械开挖，预留10～15cm人工修正。开挖到位要及时进行支护，封闭围岩。
阶施工要点
1）开挖注意要保护好上台阶的拱架，并保证扇形支撑脚部的“保安岩柱”（也即是扇形支撑下的围岩），拱脚处须人工清理干净土及混凝土，在拱架间喷射混凝土厚度不够部分，要凿除，以保证初支质量。
2）阶支护，在人工修边时，要注意拱架高度，在拱架落脚处预留5cm，进行夯实。连接板对接良好，4个螺丝上紧。
3）焊接连接筋及钢筋网片，钢筋网片要与上部网片搭接在一起，不留空，其余要求与拱部相同。
4）施工锚杆，特别要注意施工好锁脚锚杆，要求与拱部相同。
5）喷射混凝土，要求与上台阶相同。
4、下台阶开挖支护
下台阶施工滞后阶约5～10m，其余施工参考阶施工工艺。
5、仰拱开挖支护
仰拱开挖前，拆除开挖桩号内的扇形支撑及保安岩柱。
仰拱开挖按照全幅进行，每循环开挖不超过6m。开挖时，注意不要挖到下台阶已经安装好的拱架，拱脚处不能超挖，以免掉拱。
在开挖到位后进行仰拱支护，把下台阶拱架用人工清理出来，连接板对接。
连接筋焊接，连接筋间距为100cm，6m通长焊接在一起，以保证仰拱拱架的稳定性。
喷射混凝土，要求与拱部同。
4 结语
1、在洞身开挖中，必须密切注意洞身围岩的变化，黄土地区，特别要关注围岩的含水量变化，这关系到支护体系是否合适，含水量变大，说明围岩有突变的可能，较弱的支护参数会导致围岩失稳。
2、在断面比较大的情况下，必须缩小断面开挖，否则，很容易出现险情，造成无法挽救的损失。
3、中、下台阶开挖，左右两侧须错开5m以上距离，同一榀拱架不得同时落脚。
4、上台阶开挖进尺以一榀拱架间距为循环进尺，中、下台阶视围岩情况，可以开挖2～3榀的间距，及时封闭围岩。
5、开挖以机械开挖至轮廓线以内10cm处，然后人工配合小型机具修边，以控制超挖。
6、每次开挖，支护拱架拱脚落到实处，锁脚锚杆与拱脚焊接牢固。
7、加强监控量测，根据监控结果及时调整支护参数。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。