不同巖土條件典型進洞施工工藝分析

趙明宇

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，沈陽 110166)

不同巖土條件典型進洞施工工藝分析

趙明宇

(遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，沈陽 110166)

在隧洞施工中，洞口能否快速、安全的形成對工期至關(guān)重要。洞口地質(zhì)條件不同，施工工藝也不同。文章介紹了幾種代表性地質(zhì)條件下洞口段進洞方式，并對進洞方式進行了比較評價。以期對今后的隧洞施工有所借鑒，對工程技術(shù)的發(fā)展也是個有益的補充。

輸水工程；隧洞施工；巖土條件；進洞施工工藝；開挖及支護

某輸水工程主體為一隧洞，沿途共有14個施工支洞組成，包括進出口共16處進洞口。由于洞口段地質(zhì)條件差異較大、施工單位水平和經(jīng)驗差別大，故在進洞的方式和施工進度上表現(xiàn)各異，能否順利進洞成了保證隧洞工期的關(guān)鍵。文章分別就3種地質(zhì)狀況下的洞口段進洞方式進行了匯總介紹。

1 有大量裂隙的巖石條件下的進洞施工工藝

1.1 洞口段自然地質(zhì)描述

洞口段為Ⅳ類圍巖，節(jié)理發(fā)育、風(fēng)化嚴(yán)重、有大量的泥狀松散體，局部夾雜石英砂巖的大塊石，上部有一條廢棄的公路通過，且覆蓋層很薄(只有8.18m,其中頂部6m為碎石堆積物)。

1.2 進洞原則

本著“早進洞，少開挖”的原則，結(jié)合工程的實際情況，確定如下施工方案：由于支洞開挖完成后，巖體本身不能形成“自然拱”，故為了確保原有公路不被破壞，決定采取“強支護，弱爆破，短進尺，緊襯砌”的方法，安全順利地進洞。

1.3 具體工藝

1.3.1 洞臉邊仰坡開挖

根據(jù)洞口實際狀況，采用機械施工和爆破開挖相結(jié)合的方法開挖洞臉邊仰坡。同時在原有公路靠山側(cè)做了排水溝，以便及時截堵引排山水。

1.3.2 洞臉邊仰坡防護

洞臉開挖完成之后，仰坡面洞臉輪廓開挖面以外5m的范圍內(nèi)進行砂漿噴錨加固，具體做法為：在加固范圍之內(nèi)預(yù)先鋪設(shè)8@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，環(huán)向布設(shè)三排長度為3.5m、直徑22mm的砂漿錨桿，將鋼筋網(wǎng)與錨桿進行滿焊連接，之后用強度為C25的混凝土噴射150mm封閉，洞口開挖輪廓線外50cm拱部范圍布設(shè)長5.0m，φ42的鋼管管棚，環(huán)向間距為30cm，縱向搭結(jié)長度1.0m。

1.3.3 洞口開挖及初期支護

洞口段及Ⅳ類圍巖段采用短臺階法施工，光面爆破，每循環(huán)進尺控制在50～100cm。洞口段錨噴掛網(wǎng)及工字鋼鋼拱架支護及時跟進，Ⅳ類圍巖段采用格柵鋼架與錨桿聯(lián)合支護，鋼拱架底座下臥到基巖面，挖不到基巖面的部位采用擴大基礎(chǔ)避免拱架下沉。鋼拱架的水平受力在施工中也進行了充分考慮，在底板處對鋼拱架封閉成環(huán)以免橫向收縮擠壓變形，襯砌及時跟進并封閉成環(huán)[1]。

2 大量漂卵石和土混雜的松散坡積物條件下的進洞施工工藝

2.1 洞口段自然地質(zhì)描述

洞口段為松散坡積物，巖石孔隙率較大，滲透性強，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差。

2.2 進洞原則

“安全、穩(wěn)妥”的原則，采取了“短開挖、強支護、緊襯砌、勤量測”進行此段施工。

2.3 具體工藝

洞臉開挖及支護→超前勘探孔探察坡積物長度→鎖口段施工→止?jié){墻→預(yù)灌漿→進洞。

2.3.1 洞臉開挖及支護

在進行洞臉土方明挖之前先進性洞口施工場地的整平，將洞臉邊在開挖仰坡時殘留的危石以及碎碴清理干凈，確保后續(xù)的噴錨掛網(wǎng)工作能夠順利進行。根據(jù)現(xiàn)場施工安全需要，預(yù)先在噴錨工作開始之前由專業(yè)施工人員進行腳手架的搭設(shè)，此后在開挖洞口及周邊的仰坡范圍，鋪掛Φ8鋼筋網(wǎng)@100mm×100mm，用長度≥1.5m，直徑≥22mm的錨桿加固，錨桿呈梅花形布置，然后噴射厚度≥250mm的C25混凝土進行封閉加固。

洞口周邊仰坡錨噴加固以后，在洞口位置下挖一個1.5～2.5m深的基坑用以加固洞口處的松散坡積物?；娱_挖完成之后澆筑C25混凝土，達到一定強度之后形成一個穩(wěn)定的混凝土基座，在加固洞口的同時也能夠有效的加固洞口邊坡。在洞口處混凝土基座完成后，再在洞口兩側(cè)邊墻處安放3層加密鋼筋籠(Φ22@50cm×50cm×80cm)，之后澆筑C25混凝土，此部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上部1m范圍內(nèi)要留出至少500mm的鋼筋接頭，用以上部止?jié){鋼筋混凝土墻的鋼筋接茬。

2.3.2 鎖口段鋼筋混凝土施工

鎖口段混凝土襯砌總長5.31m，底板厚550mm，壁厚800mm，配雙層鋼筋，其中明洞長2.0m。

2.3.3 止?jié){墻施工

為了確保坡積物山體穩(wěn)定及后續(xù)灌漿順利進行，在洞口設(shè)計范圍外沿洞臉邊仰坡澆筑C25混凝土止?jié){墻。

2.3.4 0+002至0+042斜坡段暗洞施工

1)洞身開挖：支洞開挖采用采用微臺階法施工，微臺階法分步開挖。前期開挖出碴主要為人工配合小汽車出碴，后來改為REBOX—60挖掘機裝碴，大大提高了運輸出碴的效率

2)初期支護：由于斜坡段為松散的塊石坡積物，對于斜井支洞及時采用自進中空邁式超前錨桿、邁式系統(tǒng)錨桿、I16鋼拱架、Φ8鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土聯(lián)合支護。

3)二次支護—襯砌：對0+005.31～0+042段進行了鋼筋混凝土襯砌，混凝土襯砌厚度500mm，襯砌斷面及配筋。

3 含水量較高的黏土層條件下的進洞施工工藝

3.1 洞口段自然地質(zhì)描述

黏土層近7m厚，富含水，膠結(jié)松散，塊石、礫石、黏土混雜，洞口所在山坡遍布人工林。

3.2 進洞原則

本著“安全、做好排水、減少明挖、保護環(huán)境”的原則。結(jié)合工程的實際情況，確定如下施工方案：采取邊挖邊護，對危險巖土體進行先加固再開挖的辦法，盡量減小對周圍巖體的擾動。主要針對性措施有：分部開挖、邊挖邊護；噴錨支護、鋼(木)支撐插板法、超前支護、加強預(yù)報等。

3.3 具體工藝

3.3.1 邊仰坡支護

在邊仰坡支護之前要進行拉控制線修整，根據(jù)控制線位置用反鏟機械進行邊坡削坡清破以及尺寸修整，修整的同時要及時考慮到土方開挖工作“開槽先撐，邊撐邊挖”的基本原則，及時進行邊坡穩(wěn)定性的保障工作，確保作業(yè)人員以及周邊環(huán)境的安全。坡積物清理完成之后，支護工作立即開始，確保在下一梯層開挖之前完成錨噴加固工作。加固過程中確保噴射混凝土強度不低于C25，噴射厚度≥200mm。

3.3.2 洞口(暗洞)開挖及支護

洞內(nèi)施工屬于高危險性工作，需要事先做好安全防護工作，超前支護以及洞內(nèi)之后都是確保洞內(nèi)施工的有效安全保障，除此以外還要進行短期超前預(yù)報以及監(jiān)控量測的強化，確保洞內(nèi)施工的安全。具體采取的措施為，在洞內(nèi)施工的同時，在洞口外設(shè)置長度為2m，內(nèi)設(shè)兩榀H180鋼支撐的混凝土套拱，在套拱進入洞內(nèi)的時候，通過預(yù)先設(shè)置在套拱周邊孔口管內(nèi)的φ108@500長管灌注水泥砂漿，并插設(shè)鋼板進行支護，洞內(nèi)初期支護采用H180@500鋼支撐配合φ25@1000系統(tǒng)錨桿進行支護。

1)短期超前地質(zhì)預(yù)報：用地質(zhì)鉆機進行取芯勘探，評價里程≥15～20m。

2)超前支護：超前支護方式為管棚。施工過程為：套拱施工→鉆機就位與安裝→鉆孔→安裝管棚→注漿。

3)套拱施工：套拱起始端點與洞口保持4m的距離，與此同時將套拱底部“工”字形鋼的位置準(zhǔn)確定位出來，然后進行每一榀拱架的弧度校正，在“工”字鋼拱架上的周邊焊接Φ127×4空口管，長度與距離坡面的距離相協(xié)調(diào)，控制環(huán)向間距滿足規(guī)范要求。內(nèi)側(cè)拱架附加背負(fù)式模板，固定牢靠之后澆筑強度≥C25，厚度≥500mm的混凝土，在混凝土終凝之前開始養(yǎng)護至強度達到設(shè)計強度的70%，拆模之后進行管棚鉆孔作業(yè)。

4)鉆機平臺的搭建及鉆機安裝：鉆機鉆孔施工前首先要搭建鉆機平臺，確保平臺有足夠的承載力確保鉆機不會由于安裝固定不牢靠而出現(xiàn)下沉、擺動、移位或者是傾斜，從而影響鉆機成孔的質(zhì)量。同時在搭建平臺的過程中要根據(jù)鉆機工作的特點自上而下，自兩側(cè)向中間的搭建，這樣既能保證鉆機平臺有足夠的承載力，同時又能夠保證鉆機與工作面的距離保持在3.0m以上。平臺搭設(shè)完畢可以選擇使用鉆機定位架來安裝鉆機，為了確保安裝位置的正確可以使用羅盤對鉆桿的角度進行復(fù)測，使鉆桿的軸線與開孔角度保持一致。

5)鉆孔：鉆孔作業(yè)環(huán)節(jié)采用MK—5型水平鉆機在空壓機的帶動下進行干式成孔，鉆機鉆頭與地面保持平行，具體施鉆深度根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，以進入新鮮巖石深度≥1.0m為標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔施工初始階段要使鉆機保持低壓低速狀態(tài)，緩慢成孔，待到鉆頭進入土層一定深度的時候加快鉆進前進速度。鉆至預(yù)定深度之后，用長度≥2.5m，直徑≥Φ108的巖心管進行高壓清孔。

6)安裝管棚鋼管：鋼管安裝中必須保證接頭位置錯開，在施工過程中為了確保位置錯開，一般將空位進行編號，奇數(shù)孔位的首節(jié)管使用長度為3m的鋼管，偶數(shù)孔位的首節(jié)管使用長度為6m的鋼管。鋼管之間用加工成方絲的絲扣連接，絲扣全長為150mm。

7)注漿：注漿施工環(huán)節(jié)使用M20強度水泥砂漿以“打一珠一”的方法進行灌注，灌注過程中為了有效降低砂漿中的含氣量，常常在灌注管內(nèi)安置一根直徑為20mm的塑料排氣管，用以在灌注過程中排出灌注砂漿中的氣體，提高注漿成品的密實度。完成長管棚注漿施工后，在管棚支護環(huán)的保護下，按施工步驟進行掘進施工。

3.3.3 洞內(nèi)開挖與支護

1)鋼插板：開挖過程分部分、分臺階的進行，確保開挖與支護能夠協(xié)調(diào)進行，在開挖的同時沿著鉆進前進的方向適時在鋼支撐與巖壁之間插入厚度為3mm的鋼板，尺寸根據(jù)現(xiàn)場的實際情況確定。插入鋼板是為了有效的封閉巖面、防止巖壁坍塌。

2)初期支護：初期支護不僅有效的保證了施工人員以及機械的安全，同時又為施工進度的保證提供了必不可少的保證。鉆進進洞挖掘前進500mm即進行初期的支護，支護方式為H180@500鋼支撐、φ22@1000系統(tǒng)錨桿，掛φ8@150×150鋼筋網(wǎng)，噴C25混凝土厚150mm。

3.3.4 現(xiàn)場邊坡監(jiān)測

為了保證安全，對洞臉周圍的邊坡的穩(wěn)定性進行了監(jiān)控量測。在坡面上均勻布置7個測點，通過全站儀進行水平及垂直變形的監(jiān)控量測。前期觀測周期為每天早晚各一次，等坡體變形穩(wěn)定后改為每月一次。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，作出時間-位移變化曲線，由此直接或間接了解邊坡滑動的位移量大小、滑動的速率以及隨季節(jié)變化的規(guī)律。還可利用相關(guān)因子作必要的回歸分析，找出規(guī)律，進行監(jiān)測預(yù)報。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

從上面所述不難看出，文中例舉了3種不同的地質(zhì)狀況，這3種地質(zhì)狀況的成孔都遵循了“短開挖、強支護、爭取提前進洞”的原則。這3種地質(zhì)狀況以及具體的進洞施工方案比較具有代表性，基本涵蓋了本專業(yè)工程施工中所能遇到的絕大多數(shù)情況。

1)進洞效率：巖石情況下進洞用時15d；松散坡積物情況下的進洞用時2個月；含水量較高且結(jié)構(gòu)松散的厚土層情況下的進洞用時15d。

2)進洞方式：文中闡述的3種地質(zhì)條件下的施工過程中進洞的方式都是采用強行突破的方式，在進洞的同時都采取了可靠的支護措施，如超前支護以及邊坡支護等等，但是這3種不同地質(zhì)狀況在超前支護的施工環(huán)節(jié)存在著一定的不同，分別采用的是普通錨桿、邁式錨桿以及管棚支護。

3)經(jīng)濟成本：巖石情況下進洞1萬m；松散坡積物情況下的進洞2萬m；含水量較高且結(jié)構(gòu)松散的厚土層情況下的進洞1.5萬m。

4.2 建議

在堆石坡積物發(fā)育地區(qū)或其它不良地質(zhì)地區(qū)搞地下工程，首先應(yīng)查明其工程水文地質(zhì)條件，然后確定處理方案及范圍；材料準(zhǔn)備要充分，在日益重視環(huán)保的今天，施工中要充分論證和研究環(huán)保問題。

[1]祝天祥.淺析黃土隧道進洞施工工藝及要點[J].四川建材，2012(02)：137-138.

1007-7596(2014)10-0080-03

2014-04-12

趙明宇(1970-)，男，遼寧沈陽人，高級工程師。

U445.4

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