水工隧洞穿越砂壤地層技術應用

薄福英，岳林祥

（忻州市水利工程機械處，山西 忻州 034000）

水工隧洞穿越砂壤地層技術應用

薄福英，岳林祥

（忻州市水利工程機械處，山西 忻州 034000）

采用淺埋暗挖工藝穿越砂壤地層，應提前做好地質超前預報工作，在施工時應嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則，施工中充分調動圍巖的自穩(wěn)能力，盡快閉合成環(huán)，及時進行背后回填灌漿，實時監(jiān)控量測，以達到安全、經(jīng)濟、快速施工的目的。

南水北調；水工遂洞；淺埋暗挖；砂壤地層

1 概述

南水北調中線工程京石段應急供水工程（惠南莊—大寧段）水工隧洞在北京市房山區(qū)長陽鎮(zhèn)穿越京石高速公路，隧道長69 m，隧洞上部平均覆土厚度為5.3 m。隧道結構形式為正圓形并聯(lián)兩洞，開挖直徑為6 m，兩洞中心軸距為13.85 m。在施工方案中采用淺埋暗挖施工工藝，初襯結構為C30鋼格柵噴射混凝土，內徑為5.4 m。

隧洞所在地層比較簡單，主要為第四系全新統(tǒng)砂壤土結構，具有弱透水性、自穩(wěn)能力較差等特點。連接隧洞兩側槽底標高均低于隧洞下拱2 m以上，隧洞開挖施工時不存在施工降水問題。隧洞在砂壤地層中采用淺埋暗挖工藝成形。

2 隧洞開挖

2.1 開挖方法

隧洞所穿越的砂壤地層中，層間多夾黏土、粉砂，自穩(wěn)能力較差，為了減少施工開挖擾動，加強隧洞支護，故在施工方案中采用淺埋暗挖工藝的中隔壁（CD）法開挖。CD法是在隧洞全斷面開挖的基礎上增加水平支撐和豎向支撐并與環(huán)向格柵支撐相連接，分成4個獨立開挖區(qū)域，減小施工擾動，提高開挖安全程度。CD法施工時，在同側上下導洞開挖距離應適宜，過長因出渣時間較長而延長仰拱封閉時間影響施工效率，過短則會擾動相鄰導洞周圍土體穩(wěn)定增加不安全程度。結合以往隧洞暗挖施工經(jīng)驗及土層情況，施工方案中確定各導洞間前后開挖錯距為6 m。

第一，進行左上導洞土體開挖及支護，沿該導洞向前打設直徑為32 mm的超前小導管，注射水泥—水玻璃雙液漿超前支護，開挖該導洞土方，開挖步距為0.5 m，架設鋼格柵及水平和豎向支撐形成一個閉合支撐環(huán)，打設鎖腳錨管，掛設鋼筋網(wǎng)片，噴射C30混凝土，完成該導洞一個開挖支護循環(huán)。

第二，在左上導洞進尺6 m后，進行左下導洞土體開挖及支護，開挖步距為0.5 m，架設鋼格棚及豎向支撐與左上導洞支撐焊接連接，掛網(wǎng)噴射C30混凝土，左側上下導洞襯砌閉合連接。

第三，在左下導洞進尺6 m后，進行右上導洞土體開挖及支護，打設直徑為32 mm的超前小導管，注射水泥—水玻璃雙液漿，開挖該導洞土方，開挖步距為0.5 m，架設鋼格柵及水平支撐，并與左上導洞格柵和水平支撐相連接，打鎖腳錨管，掛網(wǎng)噴射C30混凝土。

第四，在右上導洞進尺6 m后，進行右下導洞土體開挖及支護，開挖步距為0.5 m，支設格柵并與相鄰格柵和支撐相連接，掛網(wǎng)噴射C30混凝土，此時主洞初襯已封閉相對穩(wěn)定的環(huán)狀支護，以此工序循環(huán)，至隧洞貫通。初襯混凝土達到設計強度時拆除水平支撐和豎向支撐。

2.2 小導管注漿超前加固

采用地質雷達對開挖面前方地層進行探測預報，判明地層基本情況，根據(jù)土體情況選用注漿漿液種類及配合比，通過超前小導管注漿改善圍巖受力狀況，減少圍巖的松弛變形。

在砂壤地層中施工，采用超前小導管支護預加固地層，注漿土體膠結成拱形承載體，在超前小導管及加固體的作用下開挖，以有效控制塌方。

小導管一般采用直徑32 mm，為2.25 m的無縫鋼管制作，端頭花管長1.0 m。出漿端制成封閉錐形，在花管段四周每20 cm鉆8 mm出漿孔。小導管沿隧洞開挖上拱180°布置，其環(huán)向間距為0.3 m，外插角18°～22°，打入后縱向搭接長度1.0 m，注漿壓力應根據(jù)現(xiàn)場工藝試驗確定為0.30～0.35 MPa，充填系數(shù)控制在0.3～0.35之間。

2.3 鋼格柵加工質量

支撐體系是由鋼格柵和噴射混凝土組成，最終共同成為隧洞的永久結構，因此必須對格柵加工和安裝質量嚴格控制。鋼格柵在加工廠制作完成并試拼合格后，運至現(xiàn)場安裝前必須通過二次驗收。開挖完成后隨即安裝鋼格柵，安裝時使用儀器精確定位，使格柵安裝的標高、中線、傾斜度符合設計及規(guī)范要求，格柵間采用螺栓連接，拱部格柵安裝前應清除拱腳下的虛碴及其他雜物，格柵腳部采用混凝土塊墊實。安裝完成后，格柵間間距、鋼格柵縱向和環(huán)向之間連接、鋼格柵拱腳處臨時支撐和拱腳處鎖腳錨管打設均應進行嚴格查檢。

2.4 噴射混凝土

隧洞噴射混凝土采用潮噴工藝施工，格柵安裝完成后，開始噴射混凝土。由于格柵鋼筋比較密集，混凝土噴射時回彈較大，容易出現(xiàn)不密實情況。為保證噴射混凝土質量，施工方案中采取用分層噴射，一次噴射厚度控制在7 cm之內。

混凝土噴射機安裝好后，先試噴清除管道內雜物，隨后用高壓風吹掃受噴面，清除受噴面上的灰塵，然后開始噴射混凝土，噴射壓力為0.3°～0.5°/MPa，噴頭與受噴面保持垂直，噴頭距受噴面距離為0.5～1.0 m，噴射軌跡應自上而下呈螺旋形移動，后一圈壓前一圈1/3，如遇受噴面被鋼筋網(wǎng)片、格柵遮擋時，可將噴頭稍微斜，上一層初凝后進行下層混凝土噴射，完成后的噴射面應保持平整順直。

2.5 回填灌漿

初襯完成后及時進行背后回填灌漿，回填灌漿可填充初襯混凝土與圍巖之間的空隙，使初襯混凝土與圍巖共同承受其上部土體的壓力和控制地表沉降?；靥罟酀{范圍隧洞上部為270°范圍。回填灌漿管采用直徑25 mm無縫鋼管制作，長為0.5 m，縱環(huán)向安裝間距均為2 m，梅花型布置。

回填灌漿漿液為水泥漿，水灰比為0.5∶1，采用水泥單液注漿機灌注，灌漿壓力不宜過高，能克服管道阻力、初期支護間空隙阻力即可，一般為0.30～0.35 MPa。回填灌漿前，先進行清孔，保證其管路暢通，灌漿順序應分段分序閉合進行，灌漿過程中嚴格控制灌漿壓力。灌漿時由下游向上游、低端向高端緩慢推進，當灌漿壓力達到設計壓力并不再進漿時持續(xù)穩(wěn)壓5 min即可停止單孔灌漿，最后進行封孔作業(yè)。

2.6 加強現(xiàn)場監(jiān)控量測

在開挖過程中，應對地面和洞內斷面變形收斂進行監(jiān)測，隨時掌握隧洞變形情況，將數(shù)據(jù)整理和分析后形成信息及時反饋到施工中，用以科學指導施工。

3 結語

淺埋暗挖穿越砂壤地層應提前做好地質超前預報工作，在施工時應嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”的原則，施工中充分調動圍巖的自穩(wěn)能力，盡快閉合成環(huán)，及時進行背后回填灌漿，實時監(jiān)控量測，以達到安全、經(jīng)濟、快速施工的目的。

TV672+.1

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1004-7042（2016）12-0034-02

薄福英（1976-），女，2011年畢業(yè)于中國地質大學土木工程專業(yè)，工程師。

2016-10-08；

2016-11-20