大断面黄土隧道弧形导洞法施工关键技术研究

第32卷第2期
2017年4月资源信息与工程Vol.32 M)2April 2017

大断面黄土隧道弧形导洞法施工关键技术研究
杜雁鹏
(招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400060)

摘要：本文对弧形导洞法施工技术在大断面黄土燧道施工中的使用情况进行分析，突出弧形导洞法的作用与优
势。采用试验研究的方法，通过对A、B、C三个不同黄土燧道使用弧形导洞法的结果进行了对比与分析。弧形导
洞法不仅拥有较强的适用性，可以用于不同埋人深度、条件的大断面黄土燧道施工，而且在施工效率与效果方面远
优于其他的施工技术手段，弧形导洞法是最适合大断面黄土燧道施工的方法。
关键词：大断面；黄土燧道；弧形导洞法；关键技术
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：2096-2339(2017)02-0156-02

在黄土隧道设计中，汉级围岩一般采用弧形导洞法
开挖，V级围岩一般采用CRD和双侧壁法开挖。CRD和
双侧壁法存在施工工序繁多、进度慢、临时支护多、费用
高等缺点，而弧形导洞法则具有工序简单、技术成熟、进
度快、费用低等优点。通过对大断面黄土隧道三个试验
段的实验，成功地将弧形导洞法采取控制措施后应用于
V级围岩，并对地质条件好的粘质黄土汉级围岩段所采
用的弧形导洞法进行优化，在保证安全的前提下，进一步
加快了施工速度。
1研究大断面黄土隧道弧形导洞法施工关键技

术的必要性

从以往的施工情况来看，大断面黄土隧道的施工设
计通常采用双侧壁、CRD/CD以及弧形导洞法等技术进
行施工，其中，弧形导洞法多用于黄土埋人部分较深地段
的施工，其他3种方法在洞口或埋人较浅的施工地段运
用的较多。从安全性方面来看，采用侧壁导洞法相对比
较安全，但是由于该种方法涉及到的工序繁多，而且施工
速度较慢，严重影响工期，施工所消耗的成本也比较多，
因此，多被用于一些短期施工或者是对完工时间没有明
确要求的施工项目当中。而CRD与双侧壁导洞法在使
用过程中难以应对施工中各种多变的情况，在技术、安全
方面也存在着一定的问题，很难对其施工效果保持信任。
而弧形导洞法作为一种适用性极强的施工技术，可以应
对大断面黄土隧道施工中的各种情况，弧形导洞法无论
在安全性以及施工效率、效果等方面都要优于其他几种
方法。但是，在关键技术的研究方面还存在着一定的欠
缺。因此，笔者对大断面黄土隧道弧形导洞法施工中的关
键技术展开了试验研究，以期弥补这一部分的欠缺，使弧
形导洞法能够更好地应用于大断面黄土隧道的施工中。
2大断面黄土隧道弧形导洞法的试验分析

2.1试验段概况
此次实验研究主要选取了我省境内的A、B、C三座

隧道，弧形导洞法的试验段分别位于A隧道的斜井工区、
B隧道以及C隧道的进口工区。为了方便弧形导洞法的
研究试验，本次试验段全部采用履带式挖掘机与无轨运
输的方式施工，均分三层台阶挖掘。下台阶需先将两侧
挖开，并使用支护材料进行初期支护，然后再挖仰拱，确
保仰拱的长度在10 m以上;上台阶在开挖时需要留有核
心土，核心土长3 ~6 m，台阶长5 ~ 12 m;中台阶左右两侧
交错开挖，无需留存核心土，台阶长3~27 m。
为了确保弧形导洞法试验结果的真实性与准确性，
可以在试验段布置11个洞内测试断面以及3个地表测
试断面，并对施工现场的净空位移与地表下沉数据进行
测试并记录。而各个试验断面埋设的测试点，就是针对
这两项数据进行测试的。
2.2试验段的位移分析
以下是A、B、C三个地段的测试结果（表1)，通过三
处地段的测试结果对试验地段的位移情况进行分析。

表1断面测试结果表
试验测试 拱部下沉
水平收敛
/mm

测点
断面
拱顶拱脚上台阶中台阶

断面1
111172144167断面 295132119A地段断面 394151104149断面 498157105151断面 57712284126埋深土质110 176

117 砂质黄土
78 175

B
地段
断面6 断面7928090 4170 3350544430
粘质黄土

断面 815716328603833
C
地段断面9151161345652砂质黄土
断面10
10310931544632
仰拱封闭前
位移比例
96(81)98(86)959576

第一，埋人较浅的大断面黄土隧道使用弧形导洞法
挖掘时，净空位移以竖向位移居多，拱部下沉明显大于水
平收敛的程度，其中C地段的黄土比A地段的黄土更为

作者简介：杜雁鹏（ 1986-),男，山东日照人，硕士研究生，检测工程师,从事岩土边坡、隧道、路基、桥梁方面检测与研究
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显著，主要是因为C地段属于新黄土，而A地段为老黄 土。由此看来，在埋人较浅的新黄土地段施工中，能否及 时控制拱部下沉是施工过程中的关键要素。第二，从试验的结果来看，大断面黄土隧道弧形导洞 净空位移变化主要发生在仰拱封闭前，该阶段位移占总 位移的比例较大。因此，仰拱封闭距离对弧形导洞净空 位移的稳定情况产生影响，及时封闭仰拱对于控制大断 面黄土隧道弧形导洞净空位移具有十分重要的作用。第三，从试验数据方面来看，拱脚下沉情况是所有竖 向位移数据中最为突出的，尤其是在老黄土深埋的地段， 拱脚下沉情况十分明显。然而，在新黄土埋人较浅的地 段，拱脚下沉程度与拱顶下沉程度基本持平，但随着埋深 增加，会逐渐超过拱顶下沉。由此看来，黄土埋深会对拱 脚下沉水平产生影响，拱脚是大断面黄土隧道弧形导洞 法挖掘时最容易失稳的部位。3大断面黄土隧道弧形导洞法施工关键技术分析3.1核心土弧形导洞法施工的特点就是核心土的保留，因此，弧 形导洞法又称为环形开挖留核心土法。在大断面黄土隧 道施工中使用弧形导洞法，必须对核心土进行合理的设 置，具体如下：(1) 从试验的情况来看，上台阶核心土长度在3 ~5 m最为适合，黄土越新，取值就越大。距离拱顶的高度可 以取1.4~1.7 m，黄土越新，取值越小。(2) 从挖掘效率上来看，直接落底能够提供更大的 挖掘空间，挖掘效率更高。从掌子面稳定性上来看，C地 段的试验结果表明，上台阶核心土预留长度3~5 m，便可 使掌子面保持稳定，因此，中台阶不必留存核心土，直接 落底挖掘即可，实现挖掘效率的最大化。(3) 为了搭接仰拱栈桥，下台阶可以留有少部分的 核心土，顶面距拱顶的净空高度应控制在10 m以内。3.2短台阶
从黄土竖向节理发育的结构特点来看，一旦开挖面
暴露后，很容易因为失水而导致稳定性下降。为了缩短
仰拱封闭距离，加快支护环的封闭，大断面黄土隧道弧形
导洞法在施工中应该采取短台阶开挖，具体如下：
首先，从实际施工情况来看，上台阶核心土通常在5 m
以上，否则，核心土不易留住，新黄土核心土建议取5 m。
其次，从C地段的试验情况来看，新黄土的中台阶长
度通常在3~5m。而老黄土，由于自身稳定性较高，便于
施工，上台阶及中台阶的长度可以适当放宽。以A试验
地段和B试验地段为例，台阶长度可取5~7 m。
最后，对下台阶的设计没有过于明确的要求，只要在
不超过15m，能够满足施工空间要求即可。由此可见，采
用三台阶弧形导洞法的仰拱封闭距离可以根据黄土的
新、老程度不同而采取不同的控制手段，新黄土在20~25
m，老黄土在 30~35 m。
4总结

综上所述，在大断面黄土隧道施工中使用弧形导洞
法，不仅可以应对各种土质及条件，还可以有效提高施工
效率，降低施工成本。因此，在未来研究中，要针对弧形
导洞法的关键技术进行开发与利用，使其在实际工作中
能够发挥出更加重要的作用。

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