湿陷性黄土大断面隧道施工技术

中交集团第一公路工程局科技开发项目编号：大断面黄土铁路隧道施工技术研究课题《湿陷性黄土大断面隧道施工技术》验收文件中交第一公路工程局有限公司二○○八年十二月八日完成单位：中交集团第一公路工程局厦门工程有限公司协作单位：中交太中银铁路工程第六项目经理部二分部中交太中银铁路指挥部项目负责人：赵佳云课题组主要人员：报告执笔：王殿会报告审核：赵佳云总目录1 验收大纲2 工作报告3 技术研究报告4 社会经济效益分析报告5 应用单位使用情况报告验收大纲科技开发项目验收大纲一、项目来源：中交第一公路工程局有限公司科技开发项目，项目合同编号：KT2007－08。

二、组织验收单位：中交第一公路工程局有限公司技术委员会主持验收单位：中交第一公路工程局有限公司技术发展处三、验收形式：会议验收。

由组织验收单位召集局相关处室负责人组成验收委员会，并委托局技术发展处主持验收工作。

验收委员会设主任委员1名，副主任委员1名，委员9名。

四、验收目的为有效、合理地组织管理科技开发项目，评价科技开发项目合同执行的质量和效果，以有利于推动企业的科技进步。

五、验收依据1、中交第一公路工程局有限公司《技术创新与科技开发管理办法》；2、项目合同书；3、相关的技术标准、规范和规程等。

六、验收内容1、依据合同书，对项目的合同任务完成情况和经费使用情况进行考核评价；2、审查该项目的技术资料是否齐全，数据是否正确、详实、符合有关规定；3、审查成果在实际应用中的效果及效益等情况。

七、提供的技术文件1、验收大纲2、工作报告3、技术研究报告4、社会经济效益分析报告5、应用单位使用情况报告工作报告工作报告黄土隧道自承体系不完整，主要靠砂、土的原始结构，靠砂、土体的摩擦、粘滞保持稳定。

另外，土体围岩往往有流变性，湿陷性黄土更加明显。

在遇水或外力（动荷载、静荷载）作用下土体会迅速液化，承载能力下降或土体流动，导致施工或运营中的结构物沉降、变形甚至垮塌。

中交太中银铁路工程一公局施工段黄土隧道群位于山西省吕梁市，该黄土隧道群中隧道进出口段多为湿陷性新黄土，特别是石盘村4号隧道，该隧道洞身范围内地层主要为第四系上更新坡洪积层（Q pldl 3）新黄土, 为自重湿陷性新黄土，湿陷系数δs ＝0.016～0.070，湿陷等级为Ⅱ级。

为保证工程质量，减少或避免隧道结构破坏，同时也为类似工程积累经验，以指导工程的施工，厦门公司针对石盘村4#隧道的具体特点，提出了《湿陷性黄土大断面隧道施工技术》科技开发课题，并于2006年12月向局技术委员会申报立项。

局技术委员会于2007年5月中旬正式批准了本课题的研究立项，并签订了该项目的合同书。

按照项目合同书的要求，厦门公司以山西太中银铁路项目经理部的人员为主，成立了课题研究小组。

为提高本课题的技术含量和研究水平，课题组聘请了铁三院隧道专业工程师和铁道部资深隧道专家在隧道施工理论和施工技术等方面提供技术支持。

由于受到当地征地拆迁影响，黄土隧道的总体施工进度较原计划进度有所滞后，黄土隧道主体工程施工到2008年10月方全部结束，故本课题的研究工作亦相应顺延。

课题组的研究工作大致分以下几个阶段：1、2006年12月13日提出了本课题科技开发项目立项申请。

1、2007年1月～2007年4月上旬，主要进行了课题调研、收集资料、提出课题研究大纲等准备工作。

2、2007年5月中旬，局技术委员会正式批准本课题的研究立项，并签订科技开发项目合同书。

3、2004年5月下旬～2004年6月，隧道施工方案通过了中交指挥部的评审，根据评审会专家的意见和建议，对方案进行了细化和完善，形成了实施方案，并对开挖方法和混凝土配合比进行优化。

4、2007年7月～2008年6月，湿陷性黄土隧道进入全面施工阶段，在施工过程中，进行了施工参数的量测数据的积累。

5、2008年7月～2008年12月初，对施工参数和实测数据进行分析整理，在全面分析整理原始资料的基础上，完成了本课题的技术研究报告。

在本课题的研究过程中，课题组全体人员通力协作、求实创新，共同圆满地完成了项目合同书规定的全部研究内容。

本课题现已申请验收。

中交集团第一公路工程局科技开发项目编号：湿陷性黄土大断面隧道施工技术技术研究报告中交集团第一公路工程局厦门工程有限公司二○○八年十二月八日湿陷性黄土大断面隧道施工技术课题技术研究报告目录1概述1.1 研究背景及必要性 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 研究内容及研究目的 (1)2 湿陷性黄土定义及其结构特征2.1 湿陷性黄土的定义 (2)2.2 湿陷性黄土的结构特征 (2)3 施工原理和施工参数3.1 新奥法施工原理 (2)3.2 黄土隧道支护原理 (3)3.3 湿陷黄土隧道主要施工参数 (4)4 主要施工方法和施工工艺4.1 黄土隧道开挖施工 (4)4.2 黄土隧道初期支护施工 (9)4.3 仰拱及仰拱填充施工 (24)4.4 隧道防排水施工 (29)4.5 拱墙二次衬砌施工 (37)4.6 水沟电缆槽施工 (45)5 监控量测5.1 量测项目 (47)5.2 监控量测施工工艺 (48)6 结束语6.1 主要结论 (56)6.2 有待改进的问题和建议 (57)参考文献 (58)1 概述1.1研究背景及必要性中交太(原)中(卫)银(川)铁路ZQ-Ⅱ标第六项目经理部二分部（一公局厦门公司）施工段位于山西省吕梁市，地质情况主要表现为陕北黄土高原丘陵，地形起伏，冲沟发育，中山、低山及丘陵。

沿线新黄土分布广泛，具湿陷性。

地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。

埋深普遍在100～200米。

沿线河流主要三川河，河流具有典型的雨洪特征，流量、水位与降水量成正比，动态极不稳定。

本项目全长8.328km，特大桥 664m/1座、大桥872m/4座、中桥144m/3座；路基1033m，涵洞6道；隧道5568m/11座，占本标段全长的66.86%，其中黄土隧道4222m/10座，设计多为黄土Ⅴ级、Ⅴ级加强，地质多为湿陷性新黄土。

一局在以往工程的施工中，虽有过长大隧道的施工经历，但所施工隧道中公路石质隧道的居多，像太中银铁路项目数量多、断面大、湿陷性黄土的土质隧道施工对一局而言尚属首次。

因此，以太中银项目黄土隧道群工程为依托，对湿陷性大断面黄土隧道的施工技术和施工工艺立项进行专题研究，就本工程而言，不仅在确保工程质量和降低工程成本上具有十分重要的作用，对提升企业的技术水平、增强核心竞争力和社会信誉度亦有非常重要和积极的意义；同时，黄土隧道施工技术在华北西北地区的应用越来越广泛，如能总结出一套较为成熟的技术与工艺，对今后的类似工程必将起到良好的指导作用。

1.2 国内外研究现状由于我国前期的经济实力及施工水平的落后，对我国西部地区特别是黄土高原的交通工程没有太大的投入，随着我国对西部大开发的情形下，黄土高原地区的交通工程也得到了迅速的发展，并且开始了在黄土地区进行施工，但是还没有真正的形成一套关于湿陷性黄土大断面隧道施工的工艺及方法，特别是大断面的湿陷性黄土大断面隧道施工工艺及方法更加不成熟。

1.3 研究内容及研究目的1.3.1 研究内容1.3.1.1确定湿陷性黄土大断面隧道的施工工艺、方法及具体施工参数；形成整套湿陷性黄土大断面隧道的施工工艺，以指导今后湿陷性黄土大断面隧道施工。

1.3.1.2观测湿陷性黄土大断面隧道的沉降与变形，进一步具体的验证湿陷性黄土大断面隧道的施工工艺、方法及施工参数。

1.3.2 研究目的本课题的研究目的在于：在湿陷性黄土大断面隧道施工过程中详细收集原始资料、数据，对原始资料、数据进行分析，得出相关结论，形成详细的施工工艺及方法，在隧道施工过程中和结束后，经过对隧道的沉降、变形的观察分析，选出最有效、成本最低的湿陷性黄土隧道的施工施工及方法，对今后湿陷性黄土大断面隧道施工进行指导，达到缩短工期、节约成本、提高隧道施工质量和水平的目的。

同时也可高我公司在西部黄土地区的隧道施工方面的竞争力。

2 湿陷性黄土定义及其结构特征2.1湿陷性黄土的定义湿陷性黄土是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。

湿陷变形量按野外浸水载荷试验在200Kpa压力下的附加变形量确定，当附加变形量与载荷板宽度之比大于0.015时，这种黄土被称为为湿陷性黄土。

2.2湿陷性黄土的结构特征在我国，湿陷性黄土分布较为广泛，约占黄土分布面积的60％，其中大部分主要分布在黄河中游地区。

土体的湿陷性与否和土中的砂粒含量有很大的关系。

由于粗粉粒和砂粒在黄土结构中起骨架作用，而湿陷性黄土中砂粒含量很少，大部分砂粒不能直接接触，能直接接触的大多为粉土颗粒，占总重量约50～70％，而粉土颗粒中又以粗粉土颗粒为多，粘土颗粒和细砂颗粒较少，基本上无大于0．25mm的中砂颗粒。

这些颗粒的矿物成分，粗颗粒中主要是石英和长石，粘粒中主要是中等亲水性的伊利石。

而细粉粒通常依附在较大颗粒表面，特别是集聚在较大颗粒的接触点处与胶体物质一起作为填充材料。

粘粒以及土体中所含的各种化学物质如铝、铁物质和一些无定型的盐类等，多集聚在较大颗粒的接触点起胶结和半胶结作用，作为黄土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然状态下，由于上述胶结物的凝聚结晶作用被牢固的粘结着，故使湿陷性黄土具有较高的强度，而遇水时，水对各种胶结物的软化作用，土的强度突然下降便产生湿陷。

3 施工原理和施工参数3.1新奥法施工原理新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，英文简称为NATM。

它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施工法的基本原则一致。

它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，是现代隧道工程新技术的标志之一。

经历了40余年的发展，新奥法在我国铁路隧道施工中得到了成功应用，特别是在软弱围岩地段应用更为广泛，经济效益较为明显。

太中银铁路工程黄土隧道施工就采用了新奥法施工。

新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”，可分解归纳如下：1．土岩是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护土体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏土体的强度。

为此，施工中断面分块不宜过多，采用机械开挖掘进。

2．为了充分发土岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。

一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使土体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。

在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。

这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制土体的变形。

3．为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。

另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。