水工隧洞穿越砂壤地層技術(shù)應(yīng)用

摘 要：淺埋暗挖穿越砂壤地層應(yīng)提前做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，在施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤量測(cè)”的原則，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自穩(wěn)能力，盡快閉合成環(huán)，及時(shí)背回填灌漿，實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、快速的施工目的。

關(guān)鍵詞：南水北調(diào)；水工遂洞；淺埋暗挖；砂壤地層

中圖分類號(hào)：TV554+.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.138

南水北調(diào)中線工程京石段應(yīng)急供水工程（惠南莊～大寧段）水工隧洞在北京市房山區(qū)長(zhǎng)陽鎮(zhèn)穿越京石高速公路，隧道長(zhǎng)為69 m，隧洞上部平均覆土厚度為5.3 m。隧道結(jié)構(gòu)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4.85 m。在施工方案中，采用淺埋暗挖施工工藝，初襯結(jié)構(gòu)為C30鋼格柵噴射混凝土，內(nèi)徑為5.4 m。

隧道所在地層比較簡(jiǎn)單，主要為第四系全新統(tǒng)砂壤土結(jié)構(gòu)，具有弱透水性，自穩(wěn)能力比較差等。連接隧洞兩側(cè)槽底標(biāo)高都低于隧洞下拱2 m以上，隧洞開挖施工時(shí)不存在施工降水問題。本文主要介紹了淺埋暗挖工藝成形技術(shù)在隧洞砂壤地層中的應(yīng)用情況。

1 隧洞開挖方法

在遂洞穿越的砂壤地層中，層間多夾黏土、粉砂，自穩(wěn)能力比較差。為了減少施工開挖擾動(dòng)，加強(qiáng)隧洞支護(hù)，在施工方案中采用CD法開挖。CD法是在隧洞全斷面開挖的基礎(chǔ)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(gè)獨(dú)立開挖區(qū)域，縮少施工擾動(dòng)，以提高開挖的安全程度。采用CD法施工時(shí)，同側(cè)上下導(dǎo)洞的開挖距離不宜過長(zhǎng)，也不宜過短，過長(zhǎng)，因出渣時(shí)間較長(zhǎng)而延長(zhǎng)仰拱封閉時(shí)間，進(jìn)而影響施工效率；過短，則會(huì)擾動(dòng)相鄰導(dǎo)洞周圍土體的穩(wěn)定性，增加不安全因素。根據(jù)以往隧洞暗挖施工經(jīng)驗(yàn)和土層情況，施工方案中確定各導(dǎo)洞間前后開挖錯(cuò)距為6 m。具體施工步驟是：①左上導(dǎo)洞土體開挖和支護(hù)時(shí)，沿該導(dǎo)洞向前打設(shè)直徑為32 mm的超前小導(dǎo)管，注射水泥-水玻璃雙液漿超前支護(hù)，開挖該導(dǎo)洞土方，開挖步距為0.5 m，架設(shè)鋼格柵及水平和豎向支撐，形成一個(gè)閉合支撐環(huán)，并打設(shè)鎖腳錨管，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射C30混凝土，完成該導(dǎo)洞一個(gè)開挖支護(hù)循環(huán)。②在左上導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后，進(jìn)行左下導(dǎo)洞土體開挖和支護(hù)，開挖步距與左上導(dǎo)洞相同，為0.5 m。架設(shè)鋼格棚和豎向支撐與左上導(dǎo)洞支撐焊接連接，掛網(wǎng)噴射C30混凝土，左側(cè)上下導(dǎo)洞襯砌閉合連接。③在左下導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后進(jìn)行右上導(dǎo)洞土體開挖和支護(hù)，與左上導(dǎo)洞一樣，打直徑為32 mm的超前小導(dǎo)管，注射水泥-水玻璃雙液漿，開挖該導(dǎo)洞土方，開挖步距0.5 m，架設(shè)鋼格柵和水平支撐，并與左上導(dǎo)洞格柵和水平支撐相連接。同時(shí)，要打鎖腳錨管，掛網(wǎng)噴射C30混凝土。④在右上導(dǎo)洞進(jìn)尺6 m后進(jìn)行右下導(dǎo)洞土體開挖和支護(hù)，開挖步距為0.5 m，并支設(shè)格柵，與相鄰格柵和支撐相連接，掛網(wǎng)噴射C30混凝土。此時(shí)，主洞初襯已封閉相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)狀支護(hù)，以此工序循環(huán)，至隧洞貫通。當(dāng)初襯混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，要拆除水平支撐和豎向支撐。

2 小導(dǎo)管注漿超前加固

采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)預(yù)報(bào)開挖面前方的地層，判明地層的基本情況，根據(jù)土體情況選用注漿漿液種類和配合比。通過超前小導(dǎo)管注漿改善圍巖的受力狀況，減少圍巖的松弛變形。

在砂壤地層中施工，采用超前小導(dǎo)管支護(hù)預(yù)加固地層，用注漿土體膠結(jié)成拱形承載體。在超前小導(dǎo)管和加固體的作用下開挖，能有效地控制塌方。

一般情況下，小導(dǎo)管采用直徑為25 mm、長(zhǎng)度為2.25 m的無縫鋼管制作，端頭花管長(zhǎng)為1.0 m。出漿端制成封閉錐形，在花管段四周每隔20 cm鉆8 mm的出漿孔。小導(dǎo)管沿隧洞開挖上拱180°布置，其環(huán)向間距為0.3 m，外插角為18°～22°，打入后縱向搭接長(zhǎng)度為1.0 m。注漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)確定為0.30～0.35 MPa，并將充填系數(shù)控制在0.3～0.35.

3 鋼格柵加工質(zhì)量

支撐體系是由鋼格柵和噴射混凝土組成的，最終共同成為隧洞的永久結(jié)構(gòu)，因此，必須嚴(yán)格控制格柵加工和安裝質(zhì)量。鋼格柵在加工廠制作完成并試拼合格后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝前，必須通過二次驗(yàn)收。鋼格柵在開挖完成后緊跟安裝，安裝時(shí)，使用儀器精確定位，使格柵安裝的標(biāo)高、中線、傾斜度都符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。格柵間采用螺栓連接，拱部格柵安裝前，應(yīng)清除拱腳下的虛碴和其他雜物，格柵腳部采用砼塊墊實(shí)。安裝完成后，要嚴(yán)格檢查格柵間間距、鋼格柵縱向和環(huán)向之間連接、鋼格柵拱腳處臨時(shí)支撐和拱腳處鎖腳錨管的打設(shè)情況。

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(shí)回彈比較大，容易出現(xiàn)不密實(shí)的情況。為了保證噴射混凝土的質(zhì)量，施工方案中采取用分層噴射的方式，一次噴射厚度控制7 cm之內(nèi)。

混凝土噴射機(jī)安裝好后，先試噴清除管道內(nèi)雜物，隨后用高壓風(fēng)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。在此過程中，噴頭與受噴面要保持垂直，噴頭與受噴面的距離為0.5～1.0 m，噴射規(guī)跡應(yīng)自上而下呈螺旋形移動(dòng)，后一圈壓前一圈1/3.如果遇到受噴面被鋼筋網(wǎng)片、格柵遮擋時(shí)，可將噴頭稍微傾斜，上一層初凝后噴射下層混凝土，完成后的噴射面應(yīng)平整順直。

5 回填灌漿

初襯完成后，要及時(shí)背后回填灌漿?；靥罟酀{可以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，回填灌漿管是用直徑為25 mm的無縫鋼管制作而成的，長(zhǎng)度為0.5 m，縱向安裝間距為2 m，環(huán)向間距也為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(jī)灌注，灌漿壓力不宜過高，只要能克服管道阻力、初期支護(hù)間空隙阻力即可，一般為0.30～0.35 MPa?；靥罟酀{之前，先清孔，保證其管路暢通，灌漿順序應(yīng)分段分序閉合進(jìn)行。在灌漿過程中，要嚴(yán)格控制灌漿壓力。灌漿時(shí)，應(yīng)由下游向上游、低端向高端緩慢推進(jìn)，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并不再進(jìn)漿時(shí)，持續(xù)穩(wěn)壓5 min即可停止單孔灌漿，最后進(jìn)行封孔作業(yè)。

6 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

在開挖過程中，應(yīng)監(jiān)測(cè)地面和洞內(nèi)斷面變形收斂情況，隨時(shí)掌握隧洞的變形，將數(shù)據(jù)整理和分析后形成的信息及時(shí)反饋到施工中，用以科學(xué)指導(dǎo)施工。

作者簡(jiǎn)介：董國(guó)偉（1970—），男，山西忻州人，2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)水利水電建筑工程專業(yè)，主要從事水利工程管理方面的工作。

〔編輯：白潔〕