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摘要：根据多年的工程经验，结合大（同）西（安）客运专线大断面黄土隧道隧道、地基处理设计、施工及科研情况，重点阐述了湿陷性黄土地区隧道与隧道地基处理技术技术要点，并提出了合理的解决方案，对大断面黄土隧道与地基处理设计、施工有一定的指导意义。
关键词：客运专线；湿陷性黄土隧道；施工
Abstract: according to the years of engineering experience, with big (with) the west (Ann) special passenger line large sections loess tunnel tunnel, foundation treatment design, construction and scientific research, this paper mainly discusses the collapsible loess area tunnel and tunnel foundation treatment technology key points, and put forward the reasonable solutions, large sections of the loess tunnel and ground treatment design, construction has some significance.
Keywords: passenger special line; Collapsible loess tunnel; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
新建铁路大同至西安客运专线自北向南经过恒山低中山区、忻定盆地、系舟山余脉丘陵区、太岳山低山丘陵区、临汾盆地、运城盆地、渭北黄土台塬及关中平原。正线全长678.4km，沿线新黄土分布广泛，多具湿陷性，主要分布于各盆地边缘。沿线黄土湿陷性差异较大，厚度5～15m，侯马运城局部大于20m。低丘陵区黄土湿陷性等级高，平原区等级低，平原区湿陷等级一般为Ⅰ、Ⅱ级，低山丘陵区为Ⅱ、Ⅲ级，局部为Ⅳ级，黄土力学指标见表1。大西客运专线隧道均设计为单洞双线隧道，线间距为5m，斜切式带孔窗式洞门，断面最大开挖面积为160.9m2。隧道采用CRTSⅠ型双块板式无砟轨道，轨道结构高度为515mm（内轨顶面至支承层底面。隧道进口、出口均采用斜切式帽檐洞门结构。隧道采用新奥法设计及施工，隧道衬砌类型暗挖采用复合式衬砌结构。
2隧道开挖施工
隧道开挖方法主要采用双侧壁导坑法和三台阶七步开挖流水作业法施工。双侧壁导坑法见图1，主要施工步骤为：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁42小导管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护；人工配合挖掘机开挖 1 部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面；施作 1 部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立型钢钢架和I25a临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I25a横撑；钻设径向锚杆及侧壁22砂浆锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（2）在滞后于 1 部一段距离后，人工配合挖掘机开挖 2 部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网；接长型钢钢架和I25a临时钢架并安装侧导坑的仰拱钢架单元使侧壁导坑钢架封闭成环，设锁脚锚杆，根据实际地质情况，必要时安设I25a横撑；钻设径向锚杆侧壁22砂浆锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（3）在滞后于 2 部一段距离后，开挖 3 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同1。（4）在滞后于 3 部一段距离后，开挖 4 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护。（5）在滞后于 4 部一段距离后，开挖 5 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,一段距离后，开挖 6 部;使初期支护钢架封闭成环。(6)进入新的一轮循环施工。（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I25a临时钢架及临时横撑;达到一定距离（能够摆放钻机及不影响掌子面施工）后，对仰拱基础地基进行处理（%%C510微型桩地基加固，伸入非湿陷性黄土2m）。(8)基底承载力检测合格后，绑扎仰拱钢筋，灌筑仰拱混凝土及填充混凝土 X 部至设计高度。三台阶七步开挖见图2
3隧道湿陷性黄土地基处理
（1）洞门及明洞段。洞门段和明洞段基底采用三七灰土换填夯实(厚1m)，三七灰土下采用φ400水泥土挤密桩加固，桩径400mm，间距1.0mX1.0m，梅花型布置，深至非湿陷性地层2m（桩长根据各施工点地质情况确定）。根据机械选型及现场实际情况，桩长超过12米的水泥土挤密桩改为柱锤冲扩桩施工。在土方开挖到离桩基顶面高程1m位置后，平整场地，并碾压密实，在场地上按设计放出桩位，打木桩和洒石灰标注并保护点位。先在某里程选取8根桩（2排）进行试桩，取得合理的参数后进行大面积施工。采用从外侧开始，向中线方向施工，左右半幅错开施工，左半幅施工，右半幅通行，通行半幅靠近中线侧用碎石填筑一条4m宽的运输通道，保证雨天弃土及回填料的运输。桩长12m以下的采用沉管机进行成孔，后用6%的水泥土2T重锤回填夯实。个别含水率较低、钙质胶结严重的的采用洛阳铲成孔，6%的水泥土回填，2T重锤夯实。桩长12m以上的采用洛阳铲成孔，6%的水泥土回填，2T重锤夯实（采用柱锤冲扩桩施工）。待桩基养护期到后，挖除预留的1m土体，凿除桩头，进行桩基检测，检测不合格的进行补打。桩基检测合格后，平整场地，碾压密实后，再按路基填筑标准回填桩底1m厚三七灰土换填部分，试验结果见表2。对试验桩1号~4号和5号~8号桩中间钻芯各取1个试验孔以测定其桩间土的挤密系数及进行湿陷性系数试验，其结果为：1号~4号之间桩间土的最小挤密系数0.94，平均挤密系数0.959，最大湿陷性系数0.013，平均湿陷性系数0.010；5号~8号之间桩间土的最小挤密系数0.939，平均挤密系数0.957，最大湿陷性系数0.012，平均湿陷性系数0.009，均满足设计要求桩间土的平均挤密系数不小于0.93，最小挤密系数0.88，湿陷性系数小于0.015；桩身压实度平均值为97.7%～98.6%，桩身压实度最小值为97.1%～98.0%；水泥土施工完毕后，人工开挖用钢尺量测，其结果见表3，根据所取得的参数进行大面积大面积推广，取得了良好的效果。对于明挖段灰土挤密桩（柱锤冲扩桩）桩长及桩径不够的，待雨季来临大雨后3天对桩进行了补打，重新成孔和成桩。大雨后土体天然含水率达到22%左右，经检测，沉管机（洛阳铲）成桩效果良好，桩间土机密效果良好。
暗挖段采用φ51微型桩加固，桩径51mm，间距1.0mX1.0m，梅花型布置，深至非湿陷性地层2m。根据地基情况及黄土的含水率，在含水率低，土体比较密实的改用φ51钢管桩施工。 暗挖段处于新黄土地层、湿陷性系数大于0.015时，设计为￠51微型桩，桩长为伸入非湿陷性黄土2m，土壤钙质胶结严重，钻进困难地段采用钢管桩夯入，再高压注浆充填。 隧道土方按三台阶七步法开挖到内轨顶面后，在左右两侧初支工字钢脚板上10cm处纵向各焊一根工字钢，把仰拱未合龙的初支连成一个整体，再按2m/道设置工字钢横撑（适当与微型桩桩位错开），减少大断面开挖的拱顶下沉和周边收敛，确保安全及初支不侵入二衬净空。平整场地，然后上鉆机从边墙向隧道中线方向半幅施工，全幅施工完后，进入下一轮循环。注浆过程中和结束后，必须对处理工程质量进行检测，检测手段主要采用钻探处理范围内主要工程结构部位或可能存在工程隐患的部位进行布置检查孔，在隧道下方进行钻孔取芯检测。检测孔数量应达到总注浆孔数的5%以上，并满足规范要求。要严格控制取芯质量，以便观察充填比率，对充填物进行饱和抗压强度试验。检测标准：结石体抗压强度≥0.3MPa按照土工试验进行复合地基承载力，检测复合地基承载力大于200KPa；对桩间土湿陷性经行检测，加固后黄土湿陷性系数不得大于0.015，每施工完一组检测一次，每次不少于3个点。微型桩施工工艺流程：场地平整—测量放线—钻进桩管—封孔—灌水泥浆—成桩。困难地段（含水率<12%，钙质胶结严重）钢管桩施工工艺流程：场地平整—测量放线—夯进桩管—封孔—灌水泥浆—成桩。对于暗挖段，强制要求先施工桩基，检测完成后再挖仰拱初支部分土体。同时对于天然含水率低、钙质胶结严重、湿陷性超标（系数大于0.015）地段，改为钢管桩夯进成桩，使用大功率的夯机及高强钢管，对于实在夯进困难的，适当灌少量水，灌水软化土质4小时后再进行夯管成桩。
4结语
湿陷性黄土隧道施工需从地质钻探、设计、施工3个环节做好控制。（1）地质勘查单位在做隧道地址勘探时，采用合适的勘探方式及机械，以便得到准确的地勘资料及准确的原状土力学性能参数。（2）设计单位应在设计前到现场进行地质及土样核对，以保证设计合理。（3）施工单位要及时反馈，灵活机动的处理地基处理存在的问题，对于施工工序，要严格按照工序施工，以保证消除黄土的湿陷性及保证复核地基承载力达到设计值。（4）明挖段地基处理要及时封闭，在遇到雨季时要做好排水措施和塑料布遮盖，及时回填三七灰土换填层封闭及养护，保证雨水不下渗，降低地基承载力。暗挖段要注意超前支护的小导管打设及锚杆、锚管打设用水浸泡地基，必须按工序挖到内轨顶面后先支撑，进行地基处理，保证地基不被浸泡，符合地基承载力符合要求。 (5)各工序及时跟进，地基处理完后要及时对仰拱初支进行合龙，及时施作二衬，保证大断面黄土隧道的初支不侵入二衬净空，同时保证浅埋段的施工安全。
参考文献：
[1] 杨建民,喻渝,赵辉雄. 郑西客运专线富水黄土隧道的设计与验证[J].铁道标准设计,2008,(11).
[2] 陈剑.湿陷性黄土隧道常见病害及防治研究[J].交通世界(建养.机械),2011,(07).
[3] 祝林.冒天山黄土隧道施工技术[J].铁道建筑技术,2010,(03).
作者简介：张兴愿（1979.6--）,工程师，主要从事隧道施工。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：客运专线；湿陷性黄土隧道；施工
Abstract: according to the years of engineering experience, with big (with) the west (Ann) special passenger line large sections loess tunnel tunnel, foundation treatment design, construction and scientific research, this paper mainly discusses the collapsible loess area tunnel and tunnel foundation treatment technology key points, and put forward the reasonable solutions, large sections of the loess tunnel and ground treatment design, construction has some significance.
Keywords: passenger special line; Collapsible loess tunnel; construction
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
新建铁路大同至西安客运专线自北向南经过恒山低中山区、忻定盆地、系舟山余脉丘陵区、太岳山低山丘陵区、临汾盆地、运城盆地、渭北黄土台塬及关中平原。正线全长678.4km，沿线新黄土分布广泛，多具湿陷性，主要分布于各盆地边缘。沿线黄土湿陷性差异较大，厚度5～15m，侯马运城局部大于20m。低丘陵区黄土湿陷性等级高，平原区等级低，平原区湿陷等级一般为Ⅰ、Ⅱ级，低山丘陵区为Ⅱ、Ⅲ级，局部为Ⅳ级，黄土力学指标见表1。大西客运专线隧道均设计为单洞双线隧道，线间距为5m，斜切式带孔窗式洞门，断面最大开挖面积为160.9m2。隧道采用CRTSⅠ型双块板式无砟轨道，轨道结构高度为515mm（内轨顶面至支承层底面。隧道进口、出口均采用斜切式帽檐洞门结构。隧道采用新奥法设计及施工，隧道衬砌类型暗挖采用复合式衬砌结构。
2隧道开挖施工
隧道开挖方法主要采用双侧壁导坑法和三台阶七步开挖流水作业法施工。双侧壁导坑法见图1，主要施工步骤为：（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁42小导管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护；人工配合挖掘机开挖 1 部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面；施作 1 部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立型钢钢架和I25a临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I25a横撑；钻设径向锚杆及侧壁22砂浆锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（2）在滞后于 1 部一段距离后，人工配合挖掘机开挖 2 部；喷8cm厚混凝土封闭掌子面。；导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网；接长型钢钢架和I25a临时钢架并安装侧导坑的仰拱钢架单元使侧壁导坑钢架封闭成环，设锁脚锚杆，根据实际地质情况，必要时安设I25a横撑；钻设径向锚杆侧壁22砂浆锚杆后复喷混凝土至设计厚度。（3）在滞后于 2 部一段距离后，开挖 3 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同1。（4）在滞后于 3 部一段距离后，开挖 4 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护。（5）在滞后于 4 部一段距离后，开挖 5 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护,一段距离后，开挖 6 部;使初期支护钢架封闭成环。(6)进入新的一轮循环施工。（7）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I25a临时钢架及临时横撑;达到一定距离（能够摆放钻机及不影响掌子面施工）后，对仰拱基础地基进行处理（%%C510微型桩地基加固，伸入非湿陷性黄土2m）。(8)基底承载力检测合格后，绑扎仰拱钢筋，灌筑仰拱混凝土及填充混凝土 X 部至设计高度。三台阶七步开挖见图2
3隧道湿陷性黄土地基处理
（1）洞门及明洞段。洞门段和明洞段基底采用三七灰土换填夯实(厚1m)，三七灰土下采用φ400水泥土挤密桩加固，桩径400mm，间距1.0mX1.0m，梅花型布置，深至非湿陷性地层2m（桩长根据各施工点地质情况确定）。根据机械选型及现场实际情况，桩长超过12米的水泥土挤密桩改为柱锤冲扩桩施工。在土方开挖到离桩基顶面高程1m位置后，平整场地，并碾压密实，在场地上按设计放出桩位，打木桩和洒石灰标注并保护点位。先在某里程选取8根桩（2排）进行试桩，取得合理的参数后进行大面积施工。采用从外侧开始，向中线方向施工，左右半幅错开施工，左半幅施工，右半幅通行，通行半幅靠近中线侧用碎石填筑一条4m宽的运输通道，保证雨天弃土及回填料的运输。桩长12m以下的采用沉管机进行成孔，后用6%的水泥土2T重锤回填夯实。个别含水率较低、钙质胶结严重的的采用洛阳铲成孔，6%的水泥土回填，2T重锤夯实。桩长12m以上的采用洛阳铲成孔，6%的水泥土回填，2T重锤夯实（采用柱锤冲扩桩施工）。待桩基养护期到后，挖除预留的1m土体，凿除桩头，进行桩基检测，检测不合格的进行补打。桩基检测合格后，平整场地，碾压密实后，再按路基填筑标准回填桩底1m厚三七灰土换填部分，试验结果见表2。对试验桩1号~4号和5号~8号桩中间钻芯各取1个试验孔以测定其桩间土的挤密系数及进行湿陷性系数试验，其结果为：1号~4号之间桩间土的最小挤密系数0.94，平均挤密系数0.959，最大湿陷性系数0.013，平均湿陷性系数0.010；5号~8号之间桩间土的最小挤密系数0.939，平均挤密系数0.957，最大湿陷性系数0.012，平均湿陷性系数0.009，均满足设计要求桩间土的平均挤密系数不小于0.93，最小挤密系数0.88，湿陷性系数小于0.015；桩身压实度平均值为97.7%～98.6%，桩身压实度最小值为97.1%～98.0%；水泥土施工完毕后，人工开挖用钢尺量测，其结果见表3，根据所取得的参数进行大面积大面积推广，取得了良好的效果。对于明挖段灰土挤密桩（柱锤冲扩桩）桩长及桩径不够的，待雨季来临大雨后3天对桩进行了补打，重新成孔和成桩。大雨后土体天然含水率达到22%左右，经检测，沉管机（洛阳铲）成桩效果良好，桩间土机密效果良好。
暗挖段采用φ51微型桩加固，桩径51mm，间距1.0mX1.0m，梅花型布置，深至非湿陷性地层2m。根据地基情况及黄土的含水率，在含水率低，土体比较密实的改用φ51钢管桩施工。 暗挖段处于新黄土地层、湿陷性系数大于0.015时，设计为￠51微型桩，桩长为伸入非湿陷性黄土2m，土壤钙质胶结严重，钻进困难地段采用钢管桩夯入，再高压注浆充填。 隧道土方按三台阶七步法开挖到内轨顶面后，在左右两侧初支工字钢脚板上10cm处纵向各焊一根工字钢，把仰拱未合龙的初支连成一个整体，再按2m/道设置工字钢横撑（适当与微型桩桩位错开），减少大断面开挖的拱顶下沉和周边收敛，确保安全及初支不侵入二衬净空。平整场地，然后上鉆机从边墙向隧道中线方向半幅施工，全幅施工完后，进入下一轮循环。注浆过程中和结束后，必须对处理工程质量进行检测，检测手段主要采用钻探处理范围内主要工程结构部位或可能存在工程隐患的部位进行布置检查孔，在隧道下方进行钻孔取芯检测。检测孔数量应达到总注浆孔数的5%以上，并满足规范要求。要严格控制取芯质量，以便观察充填比率，对充填物进行饱和抗压强度试验。检测标准：结石体抗压强度≥0.3MPa按照土工试验进行复合地基承载力，检测复合地基承载力大于200KPa；对桩间土湿陷性经行检测，加固后黄土湿陷性系数不得大于0.015，每施工完一组检测一次，每次不少于3个点。微型桩施工工艺流程：场地平整—测量放线—钻进桩管—封孔—灌水泥浆—成桩。困难地段（含水率<12%，钙质胶结严重）钢管桩施工工艺流程：场地平整—测量放线—夯进桩管—封孔—灌水泥浆—成桩。对于暗挖段，强制要求先施工桩基，检测完成后再挖仰拱初支部分土体。同时对于天然含水率低、钙质胶结严重、湿陷性超标（系数大于0.015）地段，改为钢管桩夯进成桩，使用大功率的夯机及高强钢管，对于实在夯进困难的，适当灌少量水，灌水软化土质4小时后再进行夯管成桩。
4结语
湿陷性黄土隧道施工需从地质钻探、设计、施工3个环节做好控制。（1）地质勘查单位在做隧道地址勘探时，采用合适的勘探方式及机械，以便得到准确的地勘资料及准确的原状土力学性能参数。（2）设计单位应在设计前到现场进行地质及土样核对，以保证设计合理。（3）施工单位要及时反馈，灵活机动的处理地基处理存在的问题，对于施工工序，要严格按照工序施工，以保证消除黄土的湿陷性及保证复核地基承载力达到设计值。（4）明挖段地基处理要及时封闭，在遇到雨季时要做好排水措施和塑料布遮盖，及时回填三七灰土换填层封闭及养护，保证雨水不下渗，降低地基承载力。暗挖段要注意超前支护的小导管打设及锚杆、锚管打设用水浸泡地基，必须按工序挖到内轨顶面后先支撑，进行地基处理，保证地基不被浸泡，符合地基承载力符合要求。 (5)各工序及时跟进，地基处理完后要及时对仰拱初支进行合龙，及时施作二衬，保证大断面黄土隧道的初支不侵入二衬净空，同时保证浅埋段的施工安全。
参考文献：
[1] 杨建民,喻渝,赵辉雄. 郑西客运专线富水黄土隧道的设计与验证[J].铁道标准设计,2008,(11).
[2] 陈剑.湿陷性黄土隧道常见病害及防治研究[J].交通世界(建养.机械),2011,(07).
[3] 祝林.冒天山黄土隧道施工技术[J].铁道建筑技术,2010,(03).
作者简介：张兴愿（1979.6--）,工程师，主要从事隧道施工。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。