粉細(xì)砂卵石地層中淺埋暗挖法初期支護(hù)施工技術(shù)措施

趙雪

（北京金河水務(wù)建設(shè)有限公司，102206，北京）

粉細(xì)砂卵石地層中淺埋暗挖法初期支護(hù)施工技術(shù)措施

趙雪

（北京金河水務(wù)建設(shè)有限公司，102206，北京）

粉細(xì)砂；卵石；淺埋暗挖；初期支護(hù)；施工技術(shù)

一、工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程施工第四標(biāo)段結(jié)構(gòu)斷面形式為DN3 400 mm淺埋暗挖2孔隧洞鋼筋混凝土圓涵，2孔中心間距為12.2 m，中心樁號(hào)4+320.04～5+716.04，中心導(dǎo)線全長(zhǎng)1 396 m。標(biāo)段開(kāi)始沿大興灌渠渠底，向南行至高家村寸#7豎井，之后沿五環(huán)路轉(zhuǎn)向東。主體初期支護(hù)為DN4 600 mm的圓涵，采用架立鋼格柵、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行封閉的支護(hù)形式，初期支護(hù)厚度為250 mm。

工程沿線地表覆蓋為人工填土層，洞室開(kāi)挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件為粉土夾有粉細(xì)砂層、粉質(zhì)黏土和卵石地層。其中粉細(xì)砂、卵石地層的工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。

二、淺埋暗挖法初期支護(hù)原理

本工程淺埋暗挖法的初期支護(hù)原理是：小導(dǎo)管注漿加固地層提高圍巖的自穩(wěn)能力，超前勘探在確保安全的前提下進(jìn)行人工洞室開(kāi)挖，通過(guò)架立鋼格柵、布設(shè)縱向連接筋、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土等一系列工序封閉成環(huán)，形成初期支護(hù)。

三、淺埋暗挖法初期支護(hù)施工工藝

1.技術(shù)參數(shù)

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

本工程初期支護(hù)包括超前支護(hù)和開(kāi)挖支護(hù)兩部分。超前支護(hù)為沿洞室上半拱環(huán)向間距300 mm打設(shè)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用Φ25 mm無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度1 700 mm，打設(shè)角度15°～20°；超前支護(hù)注漿采用水泥水玻璃雙液漿或改性水玻璃，根據(jù)地層條件選用。開(kāi)挖支護(hù)采用上部預(yù)留核心土的正臺(tái)階法開(kāi)挖，核心土長(zhǎng)度為2～3 m，開(kāi)挖步距500 mm，架立鋼格柵、布設(shè)縱向連接筋、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼

筋網(wǎng)、噴射C25混凝土。初期支護(hù)每開(kāi)挖500 mm封閉成環(huán)一次，上下半拱開(kāi)挖錯(cuò)臺(tái)5 m，初期支護(hù)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％以上后進(jìn)行回填灌漿的施工。

2.施工工藝

本工程施工工藝為：施工準(zhǔn)備→打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿→超前勘探→土方開(kāi)挖→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→架立鋼格柵→焊接縱向連接筋→打設(shè)鎖腳錨桿→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射C25混凝土→初支背后回填灌漿。

四、淺埋暗挖法初期支護(hù)措施

1.馬頭門(mén)施工

馬頭門(mén)是在豎井井壁按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行洞室初期支護(hù)的洞口起始段，當(dāng)豎井即將施工至洞室范圍時(shí)，預(yù)先在距離上半拱頂部250 mm處打設(shè)馬頭門(mén)超前小導(dǎo)管，注漿加固土體，以保證洞口開(kāi)挖時(shí)周邊土體穩(wěn)固。

洞口起始段施工是沿測(cè)量員在豎井井壁所放的洞口輪廓線采用風(fēng)鎬破除，上部留核心土，當(dāng)開(kāi)挖長(zhǎng)度達(dá)到0.6 m時(shí)停止，洞門(mén)處并排架立三榀鋼格柵。鋼格柵位置調(diào)好后打設(shè)鎖腳錨桿、安裝縱向連接筋和鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。將洞頂沉降量測(cè)預(yù)埋件焊接固定在鋼格柵上后，噴射混凝土封閉鋼格柵。

2.超前支護(hù)

（1）小導(dǎo)管制作及安設(shè)

采用Φ25無(wú)縫鋼管作為小導(dǎo)管，單根管長(zhǎng)1.7 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距0.5 m，按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)角度為15°～20°，外露0.2 m并與鋼格柵焊接成整體，小導(dǎo)管端部為25°～30°錐體，小導(dǎo)管加工示意圖見(jiàn)圖2。

小導(dǎo)管打設(shè)前，檢查導(dǎo)管安裝是否穩(wěn)固，風(fēng)管連接是否牢靠，施工設(shè)備是否完好。采用風(fēng)鎬頂入，利用風(fēng)鉆作動(dòng)力，專用頂頭將小導(dǎo)管頂入。為避免對(duì)土體擾動(dòng)過(guò)大，打設(shè)采取跳管打設(shè)，在打設(shè)超前小導(dǎo)管時(shí)，保證打設(shè)的角度及深入土體的長(zhǎng)度。小導(dǎo)管安裝后用塑膠泥封堵導(dǎo)管外的孔口。

（2）小導(dǎo)管注漿

本工程地質(zhì)情況主要為卵石、中砂和粉細(xì)砂地層，前者地層采用水泥-水玻璃雙液漿，后兩者地層采用改性水玻璃漿液。

小導(dǎo)管正式注漿前通過(guò)注漿試驗(yàn)確定漿液配合比。按照確定的配合比進(jìn)行漿液配制時(shí)，拌和水溫不得高于40℃，制漿材料稱量誤差控制在5％以內(nèi)，操作工人必須穿防護(hù)服、戴防護(hù)手套等防護(hù)用具。

注漿前，檢查注漿設(shè)備是否完好，風(fēng)壓是否足夠，風(fēng)管連接是否牢靠，壓力表是否靈敏，做到設(shè)備不帶病作業(yè)。漿液配制好后以0.1～0.3 MPa的注漿壓力向小導(dǎo)管內(nèi)注射漿液。首先，關(guān)閉注漿泵的放氣閥，將配制好的漿液通過(guò)注漿口流入泵體；然后，打開(kāi)進(jìn)氣閥，壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣閥進(jìn)入泵體；最后打開(kāi)出漿閥，漿液通過(guò)導(dǎo)管注入地層中，使土體形成固結(jié)。漿液注完后，關(guān)閉注漿泵的進(jìn)氣閥和出漿閥，同時(shí)打開(kāi)放氣閥，排出泵體內(nèi)的廢氣。注漿過(guò)程中，壓力表出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)停止注漿，查找故障。

3.開(kāi)挖支護(hù)

（1）超前探測(cè)

洞室開(kāi)挖前，由于掌子面前方土層的不確定性，需進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)。探測(cè)工具采用洛陽(yáng)鏟，探測(cè)鉆孔深度為12 m，上半拱布設(shè)2個(gè)探測(cè)孔，孔徑0.1 m。當(dāng)探測(cè)既有管線地段、地質(zhì)條件發(fā)生變化及含水地段時(shí)，加強(qiáng)探測(cè)頻率。

（2）洞室土方開(kāi)挖

洞室采用上臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖留核心體的分部開(kāi)挖法，開(kāi)挖步距0.5 m，核心土長(zhǎng)度宜為2～3 m，上下臺(tái)階開(kāi)挖錯(cuò)距5 m，此種方法能夠保持各開(kāi)挖階段的圍巖和支護(hù)的穩(wěn)定。開(kāi)挖時(shí)遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的十八字方針。洞室土方開(kāi)挖斷面圖見(jiàn)圖3。

洞室開(kāi)挖采用人工開(kāi)挖法，配合小型運(yùn)輸車(chē)將土運(yùn)至豎井物料桶內(nèi)，并通過(guò)電動(dòng)葫蘆提升系統(tǒng)將土運(yùn)至臨時(shí)土倉(cāng)內(nèi)。運(yùn)輸車(chē)行走時(shí)，對(duì)于洞內(nèi)噴射混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度85％的部位，在其上鋪設(shè)鋼板加以保護(hù)。

嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距，兩榀格柵間距不大于0.5 m。開(kāi)挖完畢后及時(shí)進(jìn)行初次支護(hù)，且保證工序銜接，以改善土體的受力條件，對(duì)于特殊地段采取縮小格柵間距的措施，加強(qiáng)支護(hù)。當(dāng)遇有小塌方，及時(shí)噴錨支護(hù)，回填灌漿，達(dá)到強(qiáng)度后，再開(kāi)挖；若出現(xiàn)大塌方立即通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)進(jìn)行處理，保證施工安全。開(kāi)挖過(guò)程中由專人隨時(shí)觀察土體情況，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件變化，及時(shí)調(diào)整注漿漿液，確保施工安全有序進(jìn)行。

洞室開(kāi)挖后，定期量測(cè)初期支護(hù)凈空收斂和拱頂下沉，做好數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)異常情況立即上報(bào)。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)信息反饋，采取相應(yīng)措施，改變施工方法或調(diào)整參數(shù)，保證施工安全。

（3）鋼格柵安裝及掛網(wǎng)

圖2 小導(dǎo)管加工示意圖（單位：mm）

①鋼格柵制作。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作格柵加工模具，保證其弧形圓順。格柵加工采用冷彎分四片制作，鋼筋焊接方式采用雙面搭接電弧焊，焊縫高度≥10 mm。首件鋼格柵制作完成后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試拼裝，偏差滿足：寬度±20 mm，高度±30 mm，扭曲度20 mm的規(guī)定。片與片之間采用螺栓連

接的方式使之連成一體。

圖3 洞室土方開(kāi)挖斷面圖（單位：mm）

②鋼格柵的安裝。鋼格柵安裝主要包括準(zhǔn)備工作、測(cè)量定位和安裝。

準(zhǔn)備工作：運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的鋼格柵分類(lèi)碼放，并掛牌標(biāo)識(shí)。安設(shè)前檢查斷面尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，清理兩側(cè)拱腳處的松碴，墊上木板，以防鋼格柵下沉。

測(cè)量定位：首先按照控制中線架設(shè)鋼格柵，然后按照設(shè)計(jì)標(biāo)高控制格柵頂部高程，最后檢查格柵間距。

鋼格柵安設(shè)：鋼格柵中心間距0.5 m，安裝時(shí)，接頭交錯(cuò)布置。兩榀鋼格柵間沿環(huán)向，內(nèi)外交錯(cuò)布設(shè)Φ22縱向連接筋并焊接成整體，環(huán)向間距0.6 m。上半拱鋼格柵安裝完畢后，在兩側(cè)拱腳分別打設(shè)一根鎖腳錨桿，與鋼格柵焊接牢固后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土，封閉成環(huán)。

③筋網(wǎng)片制作及安裝。鋼筋網(wǎng)片采用Φ6@100 mm現(xiàn)場(chǎng)加工成型，鋼筋網(wǎng)片在鋼格柵內(nèi)外兩側(cè)雙層布置，并與其連接牢固。網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度≥0.1 m，網(wǎng)片鋪設(shè)緊貼支護(hù)面并留有0.3 m的保護(hù)層。

④鎖腳錨桿施工。錨桿類(lèi)型為Φ42無(wú)縫鋼管，壁厚5 mm，長(zhǎng)度2.5 m。鉆孔前根據(jù)中線、標(biāo)高，設(shè)計(jì)測(cè)放孔位，孔位布置在上半拱兩側(cè)的拱腳處。鉆孔時(shí)，嚴(yán)格按孔位鉆孔，控制好鉆孔的方向及外插角。

（4）噴射混凝土

①原材料。水泥為P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料為硬質(zhì)潔凈的中砂，粗骨料采用堅(jiān)硬耐久、粒徑不大于15 mm且級(jí)配良好的碎石，水為自來(lái)水，速凝劑采用山西凱迪化工有限公司生產(chǎn)的KD-5液體速凝劑。外加劑使用前與水泥做相容性和水泥凝結(jié)效果試驗(yàn)，初凝時(shí)間不大于5 min，終凝時(shí)間不大于10 min。經(jīng)試驗(yàn)確定，外加劑摻量為水泥用量的5％即可。

②噴射混凝土。根據(jù)批準(zhǔn)的噴射混凝土配合比，使用經(jīng)檢定的磅秤精準(zhǔn)計(jì)量原材料，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌制?；炷羾娚浜穸葹?.25 m，正式噴射前，在噴射范圍內(nèi)設(shè)置控制混凝土噴射厚度的標(biāo)志。噴漿機(jī)放置在平整的場(chǎng)地上調(diào)整好后，宜先注水、通風(fēng)，將管道內(nèi)的雜物清除干凈，清掃施噴面松散土體及雜物等。噴射時(shí)噴嘴與施噴面保持垂直，噴射距離控制在1 m左右，由下而上均勻噴射，一次噴射厚度控制在8 cm，分層噴射時(shí)，應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。噴射混凝土終凝2小時(shí)后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)以能夠保證混凝土面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)為宜。

（5）初期支護(hù)背后回填灌漿

①主要技術(shù)參數(shù)。初期支護(hù)回填灌漿管采用外徑Ф32無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)0.7 m，壁厚3.5 mm。沿拱頂270°范圍布設(shè)灌漿管，環(huán)向間距2 m，梅花形布置，注漿漿液采用水泥漿液，空隙大的部位采用水泥砂漿。灌漿壓力一般為0.2～0.3 MPa。

②回填灌漿施工?；靥罟酀{前，清理灌漿孔并安裝灌漿管，保證管道暢通。灌漿宜從低處向高處壓注，便于充填密實(shí)，以防漿液被水稀釋，影響灌漿效果。灌漿應(yīng)做到連續(xù)作業(yè)，中途不得停頓，以防堵塞管路。灌漿過(guò)程中，嚴(yán)格控制灌漿壓力，避免跑漿或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。達(dá)到注漿壓力后，灌漿孔停止吸漿時(shí)，延續(xù)灌注5 min后方可停止灌漿。灌漿結(jié)束后，應(yīng)立即關(guān)閉閥門(mén)，拆除并清洗管路，待漿液初凝后拆卸灌漿管。

五、特殊情況技術(shù)處理措施

當(dāng)遇到小導(dǎo)管打入土體的有效長(zhǎng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求、打入較困難時(shí)，可采取如下3方面具體措施：①選用比原壁厚大一級(jí)的小導(dǎo)管，增加小導(dǎo)管的剛度，加大貫入度；②縮短縱向小導(dǎo)管的間距，加密小導(dǎo)管環(huán)與環(huán)的布置間距，以達(dá)到穩(wěn)固上方土體的安全要求；③采用快速凝固的注漿漿液，打入小導(dǎo)管后及時(shí)向管內(nèi)注漿，及早地使上方土體固結(jié)，防止混凝土塌陷。

六、結(jié) 語(yǔ)

工程通過(guò)采用淺埋暗挖法初期支護(hù)手段有效控制了開(kāi)挖面的土體穩(wěn)固情況。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)粉細(xì)砂、卵石地層合理選擇了改性水玻璃、水泥-水玻璃雙液漿保證注漿效果。通過(guò)土方開(kāi)挖、格柵架立、噴射混凝土、初期支護(hù)背后回填灌漿等工序的合理銜接，工程安全順利并按時(shí)完工。 ■

［1］裴巧玲.小導(dǎo)管注漿技術(shù)在淺埋暗挖法施工中的探索與應(yīng)用［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（1）.

［2］王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥：安徽教育出版社，2004.

責(zé)任編輯 李建章

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1000-1123（2016）10-0038-03

2016-03-25

趙雪，工程師。