黃土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)淺探

喬延平（延安市黃河引水工程有限責(zé)任公司　陜西　延安　716000）

黃土隧洞開挖支護(hù)施工技術(shù)淺探

喬延平
（延安市黃河引水工程有限責(zé)任公司陜西延安716000）

本文對黃土隧洞開挖中的施工技術(shù)進(jìn)行了描述，并結(jié)合工程施工實例，闡述了黃土隧洞在開挖、支護(hù)、特殊地質(zhì)情況的處理、洞內(nèi)排水、施工觀測等問題，可為同類工程提供借鑒。

引黃工程；黃土隧洞；施工技術(shù)

延安黃河引水工程是陜西省委、省政府確定的全省十大重點工程之一，也是延安市第四次黨代會“引水興工，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型”戰(zhàn)略的基礎(chǔ)性、支撐性工程。該主要由泵站、隧洞、水庫、水廠、泥沙處理站、輸水管線等組成，總投資43.85億元。其中隧洞工程大部分穿越砂巖、砂泥巖互層及第四系黃土。本文結(jié)合蘆草梁隧洞施工實際情況對黃土隧洞開挖、支護(hù)等技術(shù)進(jìn)行探討。

1　工程概況

1.1概述

蘆草梁隧洞地處延安市寶塔區(qū)與延川縣交接處，全長681.6m，歸化樁號52+539.59～53+221.19，圍巖類型為Q2黃土狀壤土。隧洞進(jìn)口高程1033m，出口高程1032m，洞內(nèi)縱坡為1.467‰，為明流過水隧洞。隧洞標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為B×H=3.7m× 4.05m，成型尺寸為B×H=2.5m×3.05m，斷面型式詳見下圖1。

圖1　隧洞斷面型式示意圖

1.2地質(zhì)概況

洞室圍巖由Q2黃土狀壤土組成，大部分洞段地下水位高于洞頂設(shè)計高程，Q2黃土狀壤土無濕陷，含水量ω=9.50%～22.90%，密度ρ=2.00g/cm3～2.03g/cm3，飽和固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)Φ=20.8°～24.4°，C=36Kpa～42Kpa，圍巖堅固系數(shù)f0=0.60～0.85，單位彈性抗力系數(shù)KO=0。

2　隧洞開挖、支護(hù)施工技術(shù)

2.1開挖方法

隧洞圍巖為Q2黃土狀壤土，含水量較大，成洞條件相對較差，施工開挖采用0.3m3反鏟挖掘機(jī)全斷面一次開挖，根據(jù)土質(zhì)及含水量情況單工作面循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8m～1.0m，洞體四周預(yù)留10cm～20cm保護(hù)層，人工修整成型，根據(jù)施工前測量放樣的開挖控制輪廓線，盡量減少機(jī)械對開挖輪廓線以外圍巖的擾動，以使開挖斷面盡可能與設(shè)計斷面一致，土料由ZL30裝載機(jī)運(yùn)出洞外，裝10t自卸車運(yùn)至棄渣場。

2.2施工支護(hù)

2.2.1初期支護(hù)

初期支護(hù)施工緊隨開挖進(jìn)行，一個循環(huán)開挖完成后，立即進(jìn)行鋼筋格柵拱架安裝（鋼筋格柵拱架在洞外加工成型，采用4 根Φ22螺紋鋼焊接而成，格柵分三部分，拱部一片，邊墻兩片，通過角鋼和螺栓連接）及掛網(wǎng)噴護(hù)施工。格柵拱架上部焊接鋼筋網(wǎng)片，并與Φ20鋼筋作為聯(lián)系筋，環(huán)向間距1.0m，格柵拱架間距1.0m，部分洞段因滲水影響，導(dǎo)到底拱開挖成型后圍巖部分軟化，為此在拱架底部先制作20cm× 40cm×1cm的鋼板底座，防止鋼拱架下沉而失去其應(yīng)有的作用。噴射砼采用干噴法施工，拌和料在拌合站集中拌制，小型農(nóng)用車運(yùn)至洞內(nèi)，人工控制混凝土噴射機(jī)（型號為：PZ-7）噴射成型，施工中嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，按試驗確定的配合比控制砼，確保噴護(hù)砼質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

2.2.2混凝土二次襯砌

盧草梁隧洞為全洞全斷面襯砌，襯砌厚度為40cm。襯砌采用分段分序澆筑，按照設(shè)計圖紙，分段長度為10m，澆筑時先澆筑底板，然后澆筑側(cè)墻和頂拱。

（1）模板

底板（含0.3m高側(cè)墻）澆筑采用組合鋼模板；頂拱及側(cè)墻采用鋼模臺車一次澆筑，鋼模臺車行走用倒鏈牽引，到位后固定好行走輪，防止施工中受力滑動。擋頭采用鋼木組合模板。

（2）止水及灌漿管埋設(shè)

安裝擋頭模板時，將止水固定到設(shè)計位置，澆筑混凝土?xí)r不得振動止水及擋頭模板，并要保證止水周圍混凝土澆筑密實；灌漿管施工時按設(shè)計尺寸裁取鋼管，按設(shè)計位置焊接在鋼筋上，并封堵管口，防止混凝土進(jìn)入。

（3）混凝土澆筑方案

隧洞全長為681.6m，共分68倉混凝土澆筑，其中進(jìn)口67倉混凝土分縫為10m一倉。每倉分兩序進(jìn)行澆筑，一序為底板帶30cm側(cè)墻，二序為1.5m側(cè)墻及頂拱?；炷猎诎韬驼炯邪柚?，3m3砼罐車運(yùn)輸至洞內(nèi)，采用HTB60C混凝土泵入倉（最大排量60m3/h，最大理論水平輸送距離500m）。底板及0.3m側(cè)墻澆筑采用Ф50、Ф70軟軸振搗棒振搗；頂拱及1.5m側(cè)墻，通過側(cè)墻模板預(yù)留孔洞，采用Ф50軟軸式振搗棒振搗，并采用臺車上附著式平板振搗器振搗。

表1　　隧洞變形監(jiān)測項目及要求

3　開挖支護(hù)過程中特殊情況處理

3.1格柵拱架背部空隙部位的噴護(hù)

格柵拱架在隧洞施工中的主要作用是支護(hù)洞體，它與鋼筋網(wǎng)片、連接鋼筋、混凝土等組成一個剛體不讓其垮塌，共同抵抗圍巖應(yīng)力。在施工過程中，由于圍巖的不穩(wěn)定性，加之地下水位過高，經(jīng)常出現(xiàn)掉塊、坍塌等現(xiàn)象，使得開挖斷面與設(shè)計斷面不相吻合，拱架與拱墻圍巖之間存在一定的空隙，從而影響其支撐作用的發(fā)揮。解決此問題的關(guān)鍵在于保證拱架背部噴射混凝土密實性。首先在噴射前，對噴射面進(jìn)行清掃，將表面的雜物、浮土等清除，清理干凈后，埋設(shè)控制噴射砼厚度標(biāo)志，噴射作業(yè)采取分段、分片、分層依次進(jìn)行，順序先噴拱架背部，再噴護(hù)拱架中部圍巖，這樣可以有效地保證鋼拱架背部密實，使拱架、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土等共同起到聯(lián)合支護(hù)的作用。

3.2底拱部位鋪設(shè)碎石墊層

隧洞圍巖為Q2黃土狀壤土，在施工過程中含水量在9.50%～22.90%之間，洞基礎(chǔ)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，洞內(nèi)泥濘不堪，長期侵泡基礎(chǔ)對洞身安全帶來很大隱患，同時翻漿后給出渣車輛也帶來一定的影響。解決此問題的方法是在底拱基礎(chǔ)開挖后，立即鋪設(shè)20cm厚碎石墊層，這樣可以有效地保護(hù)了隧洞底拱部位的圍巖，減少施工出渣車輛對拱架的擾動，最大限度地降低了隧洞的沉陷變形，同時也較好地處理了支護(hù)與開挖掘進(jìn)之間的關(guān)系。

3.3隧洞滲水問題的處理

根據(jù)初設(shè)報告，地下水位高于洞頂設(shè)計高程約20m，現(xiàn)場施工中根據(jù)開挖揭露地層情況及實際滲水情況，主要采取布設(shè)滲水井、引排結(jié)合的方法來降低地下水位。結(jié)合底拱碎石墊層的施工，沿隧洞底板兩側(cè)沿碎石中埋設(shè)Φ110PVC花管，便于滲水向集水井方向引排，每隔50m交錯設(shè)置一個集水井（井徑Φ320花管，井深2m～3m），然后用水泵逐級抽排出洞外，降低了地下水位，確保了隧洞施工安全。

4　隧洞開挖成型斷面的沉降、收斂觀測

黃土隧洞施工過程中往往伴隨著變形與沉陷的問題，隧洞沉降、收斂觀測的目的在于及時掌握圍巖的變形發(fā)展動態(tài)，監(jiān)測隧洞施工過程中的安全程度，也是檢驗圍巖的穩(wěn)定性以及初期支護(hù)合理性的重要手段之一。垂直方向的沉降量和水平方向的收斂量是變形觀測的主要項目，施工過程中結(jié)合本隧洞斷面小、地下水位高的特點在安裝拱架時在頂拱中部安裝固定的測點，待噴護(hù)結(jié)束后進(jìn)行觀測。水平方向的位移觀測點布置在拱肩和側(cè)拱垂直段，具體布設(shè)見下圖2，觀測要求見表1。

圖2　收斂觀測點及測線布置圖

通過施工過程中對圍巖的變形觀測，黃土洞段的變形主要以沉陷為主。大部分觀測斷面沉陷值在3cm左右。部分觀測點，因含水量過大，導(dǎo)致沉降量較大。因此處理好洞內(nèi)排水是確保隧洞施工安全的關(guān)鍵。

5　結(jié)語

黃河引水工程蘆草梁隧洞洞室圍巖為Q2黃土狀壤土，無濕陷性，含水量較大，成洞條件相對較差，施工中存在較大的安全隱患，為了保證施工安全及后期運(yùn)行安全，施工過程中嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，勤觀測”的原則，及時封閉底拱，高度重視工程質(zhì)量、施工排水、觀測及特殊地質(zhì)洞段的處理，確保了施工人員的安全及后期的運(yùn)行，為以后類似黃土隧洞開挖施工提供參考意見。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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