預(yù)留核心土法在隧洞進(jìn)口淺埋軟土段中的應(yīng)用

郭 鵬， 黃 娟

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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預(yù)留核心土法在隧洞進(jìn)口淺埋軟土段中的應(yīng)用

郭 鵬， 黃 娟

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

闡述了預(yù)留核心土法在隧洞進(jìn)口淺埋軟土段中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了預(yù)留核心土法施工工藝，可供今后同類工程進(jìn)行施工方法比選時(shí)參考借鑒。

預(yù)留核心土法； 淺埋軟土段； 應(yīng)用

1 工程概況

遼寧某工程施工支洞設(shè)計(jì)開挖斷面為圓拱直墻型，支洞進(jìn)口段20 m為鎖口段，該段圍巖類別為Ⅴ類，襯砌后成洞斷面尺寸為5 m×5 m(寬×高)，進(jìn)洞20 m后開挖斷面為圓拱直墻型，初期支護(hù)后成洞斷面尺寸為5 m×5 m(寬×高)。

該支洞進(jìn)口洞臉開挖揭露的地層為粉質(zhì)黏土，洞頂上覆1.7～4 m粉質(zhì)黏土,坡腳處為耕地，坡面植被較發(fā)育，未見基巖出露。

2 施工方法的確定

該施工支洞原設(shè)計(jì)方案為按照Ⅴ類圍巖短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)全斷面開挖。但在洞口明挖后揭露地層為粉質(zhì)黏土，為加快進(jìn)洞速度，減少土方洞挖工程量，降低工程投資，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)討論后，決定對(duì)該支洞洞軸線進(jìn)行調(diào)整。洞軸線調(diào)整后仍為土方進(jìn)洞，但總體施工難度得到有效降低。土方進(jìn)洞可采用管棚或預(yù)留核心土法。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合分析論證后決定采用預(yù)留核心土法施工。預(yù)留核心土法相對(duì)于管棚法施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 操作簡便：有利于初期支護(hù)及使用設(shè)備施工；

(2) 施工難度小：由于工序簡單，各部位開挖及初支較容易控制，能采用機(jī)械作業(yè)，施工難度小；

(3)施工進(jìn)度快：開挖采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，使施工進(jìn)度加快；

(4)工程造價(jià)低：由于取消了管棚施工，故節(jié)省了資金；

(5)施工安全性較好：上部開挖在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行，核心土及下部開挖在拱部初期支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行，同時(shí)采用短進(jìn)尺，且設(shè)備的利用使開挖進(jìn)度加快，圍巖暴露時(shí)間短，松弛變形能得到控制，預(yù)留核心土能穩(wěn)定撐子面，防止坍塌；

(6)初支能盡早封閉：由于工序少，使工序間的距離減小，故能盡早使初期支護(hù)封閉成環(huán)，發(fā)揮支護(hù)效應(yīng)，控制圍巖及支護(hù)變形；

(7)容易轉(zhuǎn)換工序：由于工序少，當(dāng)圍巖變化時(shí)，容易轉(zhuǎn)換工序。

3 開挖及支護(hù)方案的制定

進(jìn)口段超前支護(hù)方式：在洞口開挖輪廓線以外頂拱范圍內(nèi)，增加超前φ32，L=5 m超前小鋼管進(jìn)行支護(hù)鎖口，超前小鋼管與I12型鋼支撐配合使用，其尾端與型鋼支撐的環(huán)向鋼筋焊接，以增強(qiáng)其共同支護(hù)作用，不許在鋼支撐上鉆孔。φ32超前小鋼管布置參數(shù)為：距離隧洞設(shè)計(jì)開挖輪廓線15 cm，與洞軸線外插角為10°～15°，間排距300 mm，雙排梅花形布置。

進(jìn)口段上半洞開挖采用預(yù)留核心土法施工(圖1)，該方法是將傳統(tǒng)的上導(dǎo)洞改為弧形導(dǎo)洞，開挖過程中，先從頂拱弧形開挖，再進(jìn)行側(cè)墻弧形開挖，預(yù)留核心土，核心土面積不小于洞室斷面積的50%，長度宜為1～2 m，將臺(tái)階高度控制在頂拱以下約3 m位置處，臺(tái)階長度控制在1～3 m以內(nèi)，本著“短進(jìn)尺，及時(shí)封閉”的原則，盡量減少對(duì)原狀土體的施工擾動(dòng)。為保證型鋼支撐穩(wěn)定，底部設(shè)置鋼墊板及仰拱，仰拱采用I12型鋼連接底角，然后澆筑C20混凝土，形成穩(wěn)定整體。

4 具體的施工方法

圖1 預(yù)留核心土法開挖順序圖

4.1 洞身上導(dǎo)洞開挖

(1)采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行開挖施工，挖掘機(jī)開挖時(shí)預(yù)留50 cm左右的保護(hù)層，人工開挖修邊，特別是洞口段沉降較快時(shí)，挖掘機(jī)的開挖擾動(dòng)及挖掘機(jī)機(jī)身的移動(dòng)都會(huì)對(duì)洞口穩(wěn)定造成破壞，此時(shí)，要全部采用人工開挖；

(2)拱頂開挖進(jìn)尺保持不超過1榀鋼拱架間距(52.5 cm)，將開挖高度控制在3 m左右；

(3)每開挖一個(gè)循環(huán)，立即速噴5 cm厚C25W8混凝土，封閉開挖面；

(4)安裝I12工字鋼鋼拱架，鋼拱架底腳墊厚5 cm松木板，松木板長度不小于鋼拱架間距，以減少拱頂鋼拱架沉降，形成穩(wěn)定的連續(xù)拱，木板在下導(dǎo)洞開挖時(shí)去掉；

(5)以核心土為基礎(chǔ)，設(shè)立3根臨時(shí)鋼架豎撐以支撐拱頂和拱腰，核心土應(yīng)根據(jù)圍巖量測(cè)結(jié)果適當(dāng)滯后開挖；

(6)每兩榀工字鋼采用φ22縱向連接鋼筋形成整體，環(huán)向間距為50 cm；

(7)每處拱腳處設(shè)置2根鎖定錨桿，鎖定錨桿采用φ22螺紋鋼，錨桿長度為2 m，系統(tǒng)錨桿按照設(shè)計(jì)圖紙施工，錨桿采用錘擊或鉆機(jī)頂進(jìn)，所有錨桿末端與鋼拱架焊接形成整體；

(8)鋼拱架外緣鋪設(shè)φ8 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格為150 mm×150 mm,鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接固定,鋼筋網(wǎng)的搭接長度不應(yīng)小于200 mm；

(9)噴C25W8混凝土，厚度為150 mm，噴混凝土作業(yè)自下而上進(jìn)行。

4.2 洞身下導(dǎo)洞開挖

(1)在上導(dǎo)洞進(jìn)尺2.1 m長度后，先停止上導(dǎo)洞開挖，噴射C25早強(qiáng)混凝土封閉掌子面，待頂拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后開始進(jìn)行核心土及下導(dǎo)洞開挖，開挖長度控制在2.1 m左右；

(2)核心土及下導(dǎo)洞開挖至設(shè)計(jì)底板高程前預(yù)留30 cm厚保護(hù)層，采取人工開挖保護(hù)層至設(shè)計(jì)高程后，及時(shí)進(jìn)行鋼拱架連接并施作仰拱；

(3)每兩榀工字鋼采用φ22縱向連接鋼筋形成整體，環(huán)向間距為50 cm；

(4)每側(cè)鋼拱架設(shè)置2根鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用φ22螺紋鋼，錨桿長度為2 m，錨桿采用錘擊或鉆機(jī)頂進(jìn)，所有錨桿末端與鋼拱架焊接形成整體；

(5)鋼拱架外緣鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為150 mm×150 mm,鋼筋網(wǎng)與錨桿焊接固定,鋼筋網(wǎng)的搭接長度不應(yīng)小于200 mm；

(6) 噴C25W8混凝土厚度為150 mm，噴混凝土作業(yè)自下而上進(jìn)行；

(7)全周噴護(hù)完成后，及時(shí)采用C20墊層混凝土對(duì)仰拱進(jìn)行封閉處理。

4.3 超前支護(hù)

進(jìn)洞后，由于頂拱覆蓋層為粉狀土，遂增加了φ32，L=5 m超前支護(hù)小鋼管，超前小鋼管與型鋼支撐配合使用，其尾端與型鋼支撐或系統(tǒng)錨桿尾部的環(huán)向鋼筋焊接，以增強(qiáng)其共同支護(hù)的作用，不得在鋼支撐上鉆孔。φ32，L=5 m超前支護(hù)小鋼管布置參數(shù)為：沿洞軸線方向頂拱范圍內(nèi)與洞軸線外插角為10°～15°，縱向間距105 cm，環(huán)向間距30 cm。預(yù)留核心土法支護(hù)工序見圖2。

圖2 預(yù)留核心土法支護(hù)工序縱剖面圖

4.4 仰拱施工

洞挖后，因圍巖承載力和剛性不足，型鋼支撐腳部會(huì)出現(xiàn)下沉的情況。在下沉的同時(shí)，松弛區(qū)域會(huì)隨之?dāng)U大，引起拱頂附近的作用荷載增加、周邊圍巖出現(xiàn)大的變形，使其穩(wěn)定性降低。對(duì)此，以穩(wěn)定初期支護(hù)腳部周邊圍巖為目的，需要進(jìn)行腳部補(bǔ)強(qiáng)。腳部補(bǔ)強(qiáng)主要是通過施做仰拱以增加初期支護(hù)的整體穩(wěn)定。

初期支護(hù)完成后，為增強(qiáng)初期支護(hù)整體穩(wěn)定，增加了仰拱型鋼支撐及C25混凝土，形成封閉穩(wěn)定整體支撐結(jié)構(gòu)。

仰拱施工分段開挖，整體澆筑混凝土。仰拱采取先行并且全幅一次完成澆筑的施工方法，嚴(yán)禁半幅施工，以起到早閉合、防塌方的作用并能夠營造良好的施工環(huán)境。為保證整體工期要求及仰拱與填充混凝土施工質(zhì)量，避免施工運(yùn)輸給混凝土造成破壞，減少仰拱對(duì)施工進(jìn)度的影響，降低施工干擾，開挖和澆筑混凝土?xí)r利用仰拱棧橋保證運(yùn)渣車輛和其它車輛的通行。填充混凝土并當(dāng)仰拱混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后整幅灌筑。

施作仰拱混凝土?xí)r必須將基底清理干凈并注意及時(shí)排水。支立仰拱模板，排干積水，保護(hù)層采用混凝土墊塊?；炷猎诎韬驼炯邪柚?，由混凝土運(yùn)輸車運(yùn)入，泵送入模，振搗器振搗密實(shí)。填充必須在仰拱混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行，支立側(cè)模，一次澆筑到位。

5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)情況

監(jiān)控量測(cè)是“新奧法”施工原理的三大要求之一，通過量測(cè)，可以掌握圍巖變化規(guī)律及支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)和穩(wěn)定程度，判斷支護(hù)參數(shù)及所采用的施工方法是否合理、可行。施工過程中，主要進(jìn)行了以下項(xiàng)目的量測(cè)：洞內(nèi)外觀察、周邊位移量測(cè)、淺埋段拱頂下沉及地表變形。因該支洞進(jìn)口段巖體為Ⅴ類圍巖，監(jiān)測(cè)斷面每5 m設(shè)置一處，每處設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，變形觀測(cè)采用三點(diǎn)三線法。圍巖穩(wěn)定的基本判據(jù)為：(1)變形總量已完成允許變形量的90%；(2)變形速率已明顯下降，收斂變形速率小于0.2 mm/d。實(shí)測(cè)結(jié)果為：最大收斂變形為3.5 mm，最大收斂變形速率為0.12 mm，說明采用預(yù)留核心土法是安全的。

6 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

(1)通過理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，在超前支護(hù)的保護(hù)下，進(jìn)口段淺埋軟弱地段采用預(yù)留核心土法是安全可靠的；

(2)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開挖，加快了施工進(jìn)度；

(3)減少投入，節(jié)省資金。預(yù)留核心土法最大的特點(diǎn)是取消了管棚支護(hù)，從而節(jié)省了資金，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著；

(4) 施工難度小、安全性較好。采用預(yù)留核心土法施工工序簡單，施工空間大，作業(yè)環(huán)境不受限制，工序間的干擾少，施工難度小。上、下部開挖作業(yè)分別在超前支護(hù)及拱部初支的保護(hù)下進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)較容易進(jìn)行，施工工序少，施工進(jìn)度快，可盡早實(shí)現(xiàn)初支的封閉，改善初支受力狀態(tài)，從而保證施工安全；

(5) 有利于初支表面的質(zhì)量控制，減少初支表面的處理工作量，便于防水板的鋪設(shè)。

[1] SL313-2004，水利水電工程施工地質(zhì)勘察規(guī)程[S].

[2] SL398-2007，水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程[S].

[3] SL303-2004，水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB50487-2008，水利水電施工地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[5] SL378-2007，水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].

[6] SL377-2007，水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-29

TV554;TV52；TV51

B

1001-2184(2017)03-0084-03

郭 鵬(1985-)，男，河南商丘人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)工作；

黃 娟(1987-)，女，江蘇徐州人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)工作.