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【摘要】文章通过对神延铁路羊马河隧道DK437+600～DK437+682长82m、七楞山隧道DK428+550～DK428+471长79m的软塑状黄土、羊马河隧道DK438+349～+380长31m土质隧道塌方段的施工，总结了小管棚结合管桩快速通过软塑状土质隧道及土质隧道塌方地段的施工经验
【关键词】软塑黄土；土质隧道；塌方；管桩；小管棚
【中图分类号】 U455 【文献标识】A
【文章编号】1671－5969（2007）08－0153-02
一、工程概况
（一）工程地质情况
神延铁路羊马河隧道、七楞山隧道位于陕北黄土高原梁峁沟谷区，冲沟发育，植被稀疏，地形起伏较大。出露地层由新到老依次为：第四系全新统冲、洪积黄土质砂粘土；上更新统风积新黄土，冲积圆砾土、卵石土；中更新统老黄土；第三系红粘土以及侏罗系中统砂岩夹页岩、页岩夹砂岩。沿线冲沟、陷穴、滑坡溜坍、软塑状、斜坡不稳及煤窑采空等不良地质现象特别发育。各岩层界面处地下水较大，界面上、下土的含水量较大。软塑状黄土隧道开挖后，初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短.甚至不能自稳，开挖后蠕动较快并发生滑塌。
（二）施工情况
养马河隧道进口洞门及仰坡施工完毕，进入正洞施工即已发现隧道位于软塑状新黄土中。隧道开挖后不能自稳，围岩量测可明显看出变形较快，肉眼观察发现掌子面、洞顶及两侧明显向内挤压蠕动，底板向上隆起，初期支护出现裂缝。七楞山隧道出口段位于V型冲沟底，埋深20米。II类围岩正台阶先墙后拱法施工，仰拱及时跟进。DK428+574～DK428+685段施工正常，含水量虽然较大但有一定的自稳时间。自DK428+574开始，开挖时发现围岩含水量逐渐增大，逐渐呈饱和状。1999年8月27日，上部开挖至DK428+560，台阶至DK428+568，模筑衬砌至DK428+574，由于含水量进一步增加，上部掌子面突出，预支护失效，DK428+560至DK428+574施工支护下沉13～40cm，结果导致塌方冒顶。山体地表塌陷4～8m，同时引起远处地表下沉5～10cm 。养马河隧道进口上部开挖至DK438+400、台阶开挖至DK438+379、二次衬砌至DK438+346，隧道洞身进入古河槽，地下水发育，隧道基底为风化严重的砂岩夹页岩，洞身为红粘土夹沙层。由于地下水的作用，软化了红粘土，使侧压力增大，边墙向内收缩产生松动圈发生塌方。
二、隧道变形、塌方原因及处理措施
（一）隧道变形、塌方原因
经调查发现：养马河隧道进口段DK437+600～DK437+682段埋深15～25m,地表冲沟陷穴发育。七楞山隧道进口DK428+550～+621段位于V型冲沟底，埋深25～35m,地表冲沟陷穴发育，山体表面曾大面积被扰动过，地表土的含水量较大。陷穴底部在隧道洞身或周围出露。地下水从陷穴进入隧道洞身，由于洞底以下3～5m处红粘土的隔水作用，为地下水的富集提供了条件,导致黄土围岩呈软塑状,局部呈流塑状。围岩松散，蠕动变形快，侧压力大，自稳时间短，甚至不能自稳。开挖时掌子面不能自稳而向洞内流动坍塌。初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求，甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。羊马河隧道DK438+349～+380塌方段洞身位于古河槽，红粘土与砂层互层，地下水发育，红粘土被浸泡而软化，边墙水平侧压力不断增加，产生松动圈并逐步向外扩展，导致边墙沿基岩面被挤出，上部围岩失稳坍塌并波及附近地段，引起大面积塌方。
（二）处理措施
1．采用φ40小管棚结合φ80钢管桩通过：小管棚采用φ40钢管全断面布设，环向间距20cm，施工中钢管外插角为8°～12°，防止开挖后管棚下沉侵限。小导管长度为6m，排间搭接长度为2.0m。
2．初期支护：采用50cm一榀I16型钢钢架，20cm网喷砼。型钢钢架应与管棚牢固焊接，型钢钢架的制作以保证二次衬砌厚度，并预留10cm的沉降量。
3．二次衬砌采用钢筋砼。
4．隧底换填1.0m 150#片石砼。两侧墙的钢架向下延伸至基底，且与砼中的仰拱钢架连接。
5．地表处理：对地表冲沟陷穴、塌陷坑进行回填夯实，并用粘土铺设厚50cm隔水层，表面用35cm厚75#浆砌片石护面，护面与原山坡顺接。
三、施工方法
采用小管棚结合钢管桩的超短台阶法施工，主要体现在小管棚及管桩的施工。只要确保小管棚及管桩的施工质量，这是一种快速通过软塑状土质隧道及土质隧道塌方地段行之有效的方法。施工中，我们严格遵循了“短开挖，禁爆破，快支护，勤量测，紧衬砌，早成环”的原则，采用超短台阶、人工开挖的施工方法，尽量减少对围岩的扰动。由于基底软弱、承载力低， 严禁大型机械车辆扰动，可铺厚木板让小型运输车辆通行。施工顺序见图1。
图1：施工顺序图
通过上述分析，软塑状土质隧道及土质隧道塌方地段的施工步骤如下：
（一）下部管桩Ⅰ施工
由于施工已发生坍塌现象，施工时先在下部打设管桩。管桩采用Φ80钢管，钢管长度以：下部插入基底2.0m、上部能控制土体蠕动滑塌为准。随着下部的开挖可割去钢管。隧道内由于工作面的限制，钢管可分节打入，焊接连接。
（二）管棚Ⅱ施工
为保证上导开挖后稳定及下导开挖的安全，要对上导坑加强支护。支护采用50cm一榀I16型钢拱架，型钢拱架与管棚牢固焊接。在起拱线处加设Φ100钢管水平横撑并焊牢；同时对拱脚部位施工锁脚锚杆，防止下导坑开挖时拱部下沉。每一排钢管在拱部及拱角处设置3根多孔花管（可将钢管钻孔），将地下水从钢管中引排。
图2
1．管棚钢管的打入。钢管的打入方向和角度是保证顺利、快速、安全施工的前题条件，为此采取了工字钢作为固定钢管方位的导向架。在工字钢上按间距每20cm用气焊割出钢管能沿一定角度打入时顺利通过的圆孔。（见图2）。在软塑状土质隧道及土质隧道塌方段，由于地下水较大，土质强度较低，均可采用风枪打入。加工一个风枪套筒，一端卡住风枪、一端插入钢管，可轻松把钢管打入。
2．管棚支护。型钢钢架必须与钢管焊接牢固，在施工中由于导管有外插角，型钢与导管间存在空隙，在施工中我们采用短钢管或短型钢废料，将型钢钢架与导管牢固焊接，然后喷砼密实。
（三）上部开挖及支护
1．开挖Ⅲ。上部开挖每次进尺不宜超过1.2米，为上部施工方便并考虑后续施工步骤容易实施，上部开挖的下限以最大跨线为限，拱部开挖轮廓考虑预留变形量、钢架的5cm砼保护层为限，并便于钢架的分节安装。
2．施工初期支护Ⅳ：安装钢架、喷拱部砼。
（四）打设上部钢管桩Ⅴ
为防止下部开挖时软塑状土体蠕动滑塌，上部初期支护施工完毕后，立即打设上部钢管桩。上部与下部管桩间距不能超过6m。随着上部的施工可将管桩向下继续打并接长，而做为下部管桩使用。
（五）下部开挖支护
下部开挖采用左右相错人工开挖，每次进尺不超过1.2m。先开挖Ⅵ部，开挖后，马上施工初期支护Ⅶ部；然后开挖Ⅷ部及施工初期支护Ⅸ部。在下部开挖后应及时加水平横撑以保证稳定，施工中一般布设三层水平横撑。Ⅵ部开挖时，若Ⅷ部的土体蠕动变形较快且不断滑塌，可在中部使用钢管桩。
（六）施做仰拱Ⅹ
由于软塑状黄土隧道开挖后，变形较大，侧压力大，为防止边墙内挤、仰拱隆起，按“早成环”的原则，应及时施做仰拱，封闭结构，控制围岩变形。仰拱一般紧跟初期支护，衬砌施工之前，必须先施工仰拱。
（七）施做二次衬砌Ⅺ
软塑状黄土隧道及塌方地段衬砌应紧跟，根据清况可2.4m或3.6m衬砌一次。软塑状黄土隧道及塌方地段围岩变形大，且较长时间内无收敛趋势，当围岩变形达到一定程度时会引起塌方，因此二次衬砌的施作时间不应受规范规定的围岩收敛变形条件的限制。
四、实施效果及体会
（一）实施效果
羊马河隧道DK437+600～DK437+682软塑状黄土长82m，历时61天、月成洞41m。七楞山隧道DK428+550～DK428+471的软塑状黄土长79m，历时64天，月成洞37m、羊马河隧道DK438+349～+380塌方段长31m，历时38天，月成洞24m。神延铁路W9标共发生六次大塌方，采用了小管棚结合管桩的超短台阶法，均取得了较好的经济和社会效益。
（二）体会
1.小管棚结合管桩的超短台阶法适用于软塑状黄土隧道、土质隧道塌方地段、地下水较大的土质隧道偏压地段、浅埋段。
2．结合工程特点改进施工机具及施工工艺。一般管棚施工采用Φ108钢管及大型钻机如潜孔钻机打孔，由于隧道内的空间限制操作起来极不方便， 既浪费时间又浪费材料。小管棚施工采用Φ40钢管、风枪送入，施工容易操作，既节省时间又节约材料。
3．重视隧道施工现场管理。水是控制土质围岩类别的一个重要指标，对土的侵蚀、软化作用是显而易见的。软塑状黄土隧道及土质隧道塌方地段施工必须严格控制施工用水、地表水及地下水，制定切实可行的排水措施。
作者简介：高明星（1973－），陕西西安人，中铁十五局集团第一工程有限公司项目经理，工程师，研究方向：铁道工程。
【关键词】软塑黄土；土质隧道；塌方；管桩；小管棚
【中图分类号】 U455 【文献标识】A
【文章编号】1671－5969（2007）08－0153-02
一、工程概况
（一）工程地质情况
神延铁路羊马河隧道、七楞山隧道位于陕北黄土高原梁峁沟谷区，冲沟发育，植被稀疏，地形起伏较大。出露地层由新到老依次为：第四系全新统冲、洪积黄土质砂粘土；上更新统风积新黄土，冲积圆砾土、卵石土；中更新统老黄土；第三系红粘土以及侏罗系中统砂岩夹页岩、页岩夹砂岩。沿线冲沟、陷穴、滑坡溜坍、软塑状、斜坡不稳及煤窑采空等不良地质现象特别发育。各岩层界面处地下水较大，界面上、下土的含水量较大。软塑状黄土隧道开挖后，初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短.甚至不能自稳，开挖后蠕动较快并发生滑塌。
（二）施工情况
养马河隧道进口洞门及仰坡施工完毕，进入正洞施工即已发现隧道位于软塑状新黄土中。隧道开挖后不能自稳，围岩量测可明显看出变形较快，肉眼观察发现掌子面、洞顶及两侧明显向内挤压蠕动，底板向上隆起，初期支护出现裂缝。七楞山隧道出口段位于V型冲沟底，埋深20米。II类围岩正台阶先墙后拱法施工，仰拱及时跟进。DK428+574～DK428+685段施工正常，含水量虽然较大但有一定的自稳时间。自DK428+574开始，开挖时发现围岩含水量逐渐增大，逐渐呈饱和状。1999年8月27日，上部开挖至DK428+560，台阶至DK428+568，模筑衬砌至DK428+574，由于含水量进一步增加，上部掌子面突出，预支护失效，DK428+560至DK428+574施工支护下沉13～40cm，结果导致塌方冒顶。山体地表塌陷4～8m，同时引起远处地表下沉5～10cm 。养马河隧道进口上部开挖至DK438+400、台阶开挖至DK438+379、二次衬砌至DK438+346，隧道洞身进入古河槽，地下水发育，隧道基底为风化严重的砂岩夹页岩，洞身为红粘土夹沙层。由于地下水的作用，软化了红粘土，使侧压力增大，边墙向内收缩产生松动圈发生塌方。
二、隧道变形、塌方原因及处理措施
（一）隧道变形、塌方原因
经调查发现：养马河隧道进口段DK437+600～DK437+682段埋深15～25m,地表冲沟陷穴发育。七楞山隧道进口DK428+550～+621段位于V型冲沟底，埋深25～35m,地表冲沟陷穴发育，山体表面曾大面积被扰动过，地表土的含水量较大。陷穴底部在隧道洞身或周围出露。地下水从陷穴进入隧道洞身，由于洞底以下3～5m处红粘土的隔水作用，为地下水的富集提供了条件,导致黄土围岩呈软塑状,局部呈流塑状。围岩松散，蠕动变形快，侧压力大，自稳时间短，甚至不能自稳。开挖时掌子面不能自稳而向洞内流动坍塌。初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求，甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。羊马河隧道DK438+349～+380塌方段洞身位于古河槽，红粘土与砂层互层，地下水发育，红粘土被浸泡而软化，边墙水平侧压力不断增加，产生松动圈并逐步向外扩展，导致边墙沿基岩面被挤出，上部围岩失稳坍塌并波及附近地段，引起大面积塌方。
（二）处理措施
1．采用φ40小管棚结合φ80钢管桩通过：小管棚采用φ40钢管全断面布设，环向间距20cm，施工中钢管外插角为8°～12°，防止开挖后管棚下沉侵限。小导管长度为6m，排间搭接长度为2.0m。
2．初期支护：采用50cm一榀I16型钢钢架，20cm网喷砼。型钢钢架应与管棚牢固焊接，型钢钢架的制作以保证二次衬砌厚度，并预留10cm的沉降量。
3．二次衬砌采用钢筋砼。
4．隧底换填1.0m 150#片石砼。两侧墙的钢架向下延伸至基底，且与砼中的仰拱钢架连接。
5．地表处理：对地表冲沟陷穴、塌陷坑进行回填夯实，并用粘土铺设厚50cm隔水层，表面用35cm厚75#浆砌片石护面，护面与原山坡顺接。
三、施工方法
采用小管棚结合钢管桩的超短台阶法施工，主要体现在小管棚及管桩的施工。只要确保小管棚及管桩的施工质量，这是一种快速通过软塑状土质隧道及土质隧道塌方地段行之有效的方法。施工中，我们严格遵循了“短开挖，禁爆破，快支护，勤量测，紧衬砌，早成环”的原则，采用超短台阶、人工开挖的施工方法，尽量减少对围岩的扰动。由于基底软弱、承载力低， 严禁大型机械车辆扰动，可铺厚木板让小型运输车辆通行。施工顺序见图1。
图1：施工顺序图
通过上述分析，软塑状土质隧道及土质隧道塌方地段的施工步骤如下：
（一）下部管桩Ⅰ施工
由于施工已发生坍塌现象，施工时先在下部打设管桩。管桩采用Φ80钢管，钢管长度以：下部插入基底2.0m、上部能控制土体蠕动滑塌为准。随着下部的开挖可割去钢管。隧道内由于工作面的限制，钢管可分节打入，焊接连接。
（二）管棚Ⅱ施工
为保证上导开挖后稳定及下导开挖的安全，要对上导坑加强支护。支护采用50cm一榀I16型钢拱架，型钢拱架与管棚牢固焊接。在起拱线处加设Φ100钢管水平横撑并焊牢；同时对拱脚部位施工锁脚锚杆，防止下导坑开挖时拱部下沉。每一排钢管在拱部及拱角处设置3根多孔花管（可将钢管钻孔），将地下水从钢管中引排。
图2
1．管棚钢管的打入。钢管的打入方向和角度是保证顺利、快速、安全施工的前题条件，为此采取了工字钢作为固定钢管方位的导向架。在工字钢上按间距每20cm用气焊割出钢管能沿一定角度打入时顺利通过的圆孔。（见图2）。在软塑状土质隧道及土质隧道塌方段，由于地下水较大，土质强度较低，均可采用风枪打入。加工一个风枪套筒，一端卡住风枪、一端插入钢管，可轻松把钢管打入。
2．管棚支护。型钢钢架必须与钢管焊接牢固，在施工中由于导管有外插角，型钢与导管间存在空隙，在施工中我们采用短钢管或短型钢废料，将型钢钢架与导管牢固焊接，然后喷砼密实。
（三）上部开挖及支护
1．开挖Ⅲ。上部开挖每次进尺不宜超过1.2米，为上部施工方便并考虑后续施工步骤容易实施，上部开挖的下限以最大跨线为限，拱部开挖轮廓考虑预留变形量、钢架的5cm砼保护层为限，并便于钢架的分节安装。
2．施工初期支护Ⅳ：安装钢架、喷拱部砼。
（四）打设上部钢管桩Ⅴ
为防止下部开挖时软塑状土体蠕动滑塌，上部初期支护施工完毕后，立即打设上部钢管桩。上部与下部管桩间距不能超过6m。随着上部的施工可将管桩向下继续打并接长，而做为下部管桩使用。
（五）下部开挖支护
下部开挖采用左右相错人工开挖，每次进尺不超过1.2m。先开挖Ⅵ部，开挖后，马上施工初期支护Ⅶ部；然后开挖Ⅷ部及施工初期支护Ⅸ部。在下部开挖后应及时加水平横撑以保证稳定，施工中一般布设三层水平横撑。Ⅵ部开挖时，若Ⅷ部的土体蠕动变形较快且不断滑塌，可在中部使用钢管桩。
（六）施做仰拱Ⅹ
由于软塑状黄土隧道开挖后，变形较大，侧压力大，为防止边墙内挤、仰拱隆起，按“早成环”的原则，应及时施做仰拱，封闭结构，控制围岩变形。仰拱一般紧跟初期支护，衬砌施工之前，必须先施工仰拱。
（七）施做二次衬砌Ⅺ
软塑状黄土隧道及塌方地段衬砌应紧跟，根据清况可2.4m或3.6m衬砌一次。软塑状黄土隧道及塌方地段围岩变形大，且较长时间内无收敛趋势，当围岩变形达到一定程度时会引起塌方，因此二次衬砌的施作时间不应受规范规定的围岩收敛变形条件的限制。
四、实施效果及体会
（一）实施效果
羊马河隧道DK437+600～DK437+682软塑状黄土长82m，历时61天、月成洞41m。七楞山隧道DK428+550～DK428+471的软塑状黄土长79m，历时64天，月成洞37m、羊马河隧道DK438+349～+380塌方段长31m，历时38天，月成洞24m。神延铁路W9标共发生六次大塌方，采用了小管棚结合管桩的超短台阶法，均取得了较好的经济和社会效益。
（二）体会
1.小管棚结合管桩的超短台阶法适用于软塑状黄土隧道、土质隧道塌方地段、地下水较大的土质隧道偏压地段、浅埋段。
2．结合工程特点改进施工机具及施工工艺。一般管棚施工采用Φ108钢管及大型钻机如潜孔钻机打孔，由于隧道内的空间限制操作起来极不方便， 既浪费时间又浪费材料。小管棚施工采用Φ40钢管、风枪送入，施工容易操作，既节省时间又节约材料。
3．重视隧道施工现场管理。水是控制土质围岩类别的一个重要指标，对土的侵蚀、软化作用是显而易见的。软塑状黄土隧道及土质隧道塌方地段施工必须严格控制施工用水、地表水及地下水，制定切实可行的排水措施。
作者简介：高明星（1973－），陕西西安人，中铁十五局集团第一工程有限公司项目经理，工程师，研究方向：铁道工程。