特小斷面長距離土質(zhì)隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

特小斷面長距離土質(zhì)隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

以石山口灌區(qū)南干六支渠新建隧洞的施工過程為研究對象，以施工設計為依據(jù)，以相關技術規(guī)范為指導，重點研究應用了超前支護、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護等地下暗挖施工工藝，現(xiàn)場的施工效果表明：超前小導管、注漿加固圍巖的超前支護、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護的初期支護措施在豫南地區(qū)土質(zhì)隧洞地下暗挖工程施工中是適用的，同時提出了注意要點，為同類工程的設計與施工提供了借鑒。

土質(zhì)隧洞；暗挖；施工

1 工程概況

羅山縣石山口灌區(qū)節(jié)水配套改造工程南干六支渠0+980～1+730段隧洞為20世紀70年代初人工修建。隧洞埋深12～22m，粉質(zhì)粘土圍巖，當時采取的是人工洞挖土方，預制混凝土管片跟進襯砌的工藝建設而成，洞內(nèi)徑為1.50m。此次改造的原設計方案為拆除老混凝土襯砌，改建為內(nèi)徑2.00m，襯砌厚度為0.30m的鋼筋混凝土隧洞。

項目于2016年2月中旬完成招投標程序，施工單位于3月份進場工作。經(jīng)入洞查勘，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)現(xiàn)狀在軸線上左右搖擺幅度很大，在高程上前后起伏很大。為進一步了解隧洞土質(zhì)現(xiàn)狀，施工人員對洞內(nèi)原預制混凝土管片襯砌進行試拆除，僅僅在頂部拆除了4塊管片，長度約1.30m，上部土方就大量脫落，封堵了整個洞徑。由此可見，經(jīng)過近半個世紀的運行，洞身圍巖已經(jīng)在水的滲透下深度松散失穩(wěn)。鑒于洞內(nèi)軸線、高程偏差很大以及拆除原襯砌后圍巖的嚴重坍塌之現(xiàn)狀，若進行原洞改造，需對洞內(nèi)軸線、高程進行調(diào)整且施工安全風險很大。參建單位溝通后，對設計方案進行了調(diào)整：距離原洞軸線右側(cè)約10m處重新開挖新洞，原洞作為施工導流洞。

新建隧洞全長約780m，中間均布2個直徑2.00m的通風井。隧洞橫斷面型式設計為城門洞型，凈寬2.00m，起拱線高1.00m，矢高1.00m，凈高2.00m。隧洞采取噴錨暗挖法掘進，采用超前小導管（洞口及部分軟弱地基段進行注漿加固）、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護的初期支護型式。

2 總體施工安排

隧洞按照設計采取初期支護措施從進出口兩頭相向掘進，貫通后采用鋼模臺車進行二次襯砌工作。通風井在隧洞進尺到設計位置后進行人工挖孔、預制鋼筋混凝土管跟進襯砌的方法實施。見表1。

表1 隧洞初期支護設計參數(shù)表

3 施工方法

3.1 洞口施工

3.1.1 洞頂截水溝施工

作業(yè)面清表，在邊仰坡邊線往外2.00m用白灰標出截水溝位置，小型挖掘機開挖截水溝，人工修理邊坡及溝底。截水溝凈尺寸為底寬60cm，高60cm的梯形溝，邊坡及溝底磚砌體砌筑。

3.1.2 洞口開挖

截水溝完成后，開挖洞口土方。挖掘機開挖邊仰坡，一次開挖至拱頂高度，邊仰坡坡度最大控制在1：1以內(nèi)，開挖完后進行錨噴支護。錨桿為Φ22砂漿錨桿長4.00m，間距1.50m×1.50m；鋼筋網(wǎng)為￠6@250mm×250mm；C20噴射混凝土厚度為10cm。邊仰坡頂至截水溝邊沿采用5cm素噴，封閉地表。第二步開挖從拱頂往下開挖至拱腳處，開挖高度2.00m，將整個洞臉挖出，以便施作洞口小管棚。采用錨噴聯(lián)合鋼板樁支護。

3.1.3 洞口小管棚施作及圍巖加固

洞口開挖完成后進行小管棚施工。首先，按照設計測量出洞口工字鋼拱架的中心位置及鋼架兩側(cè)底腳高程，將兩榀12#工字鋼拱架準確定位，徑向間距為1.00m。兩側(cè)底腳、拱腰及拱頂各設置一根定位錨桿，錨桿與鋼架焊接，兩榀鋼架間焊接連接筋。鋼架內(nèi)側(cè)掛竹膠板，外側(cè)掛鋼筋網(wǎng)片，之后沿鋼架外圍噴射混凝土如此形成簡易混凝土導向墻。

超前小導管為D42無縫鋼管,梅花狀布置溢漿孔，采用YT28型氣腿式鑿巖機頂入。在洞口淺埋段及部分軟弱地層段采取小導管注漿加固圍巖。根據(jù)隧洞圍巖土質(zhì)為粘性土的情況，采取Y2B型注漿泵高壓劈裂灌注水泥漿進行圍巖加固。

3.2 隧洞暗挖施工

3.2.1 工序安排

隧洞暗挖每個進尺按照土方洞挖、初期支護兩個工序循環(huán)進行，具體工作程序為∶超前小導管打入→小導管注漿（洞口及軟弱地質(zhì)條件處）→土方洞挖→安裝鋼拱架→焊連接筋→掛網(wǎng)片→打錨桿→噴射混凝土→土方洞挖，從進出口兩個方向如此循環(huán)進尺，直至隧洞貫通。隧洞暗挖施工遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。

3.2.2 土方洞挖施工方法

洞徑開挖尺寸為2.64m，每個工作面選用1臺礦用扒渣機進行土方洞挖，人工手持風鏟配合挖邊角并修整開挖輪廓線，小型機動三輪車外運土方。采用全斷面暗挖法施工，考慮洞口淺埋段存在偏壓，圍巖穩(wěn)定性差，每次開挖進尺按照按0.80～1.00m控制，淺埋段過后視土質(zhì)情況每次進尺控制在0.80～1.50m之間。淺埋段的界定按照拱頂埋深小于2倍的洞徑跨度控制。

3.2.3 初期支護施工方法

土方洞挖完成一個進尺后，立即進行初期支護的工作。

首先安裝工字鋼拱架。拱架為閉合的城門洞型，內(nèi)徑2.40m，加工時分為4節(jié)，上部弧形拱為一段，兩側(cè)直墻各一段，下部底梁為一段。安裝時，先在兩側(cè)拱底位置垂直向圍巖內(nèi)部打入一根￠22固定錨桿，入土長度100cm左右，外露長度12cm，將弧形拱架焊接在定位錨桿上，接著將下部底梁安置好，再將兩側(cè)墻直段工字鋼同拱架和底梁焊接在一起，形成一個整體。

接著焊接兩個拱架之間的連接筋。根據(jù)拱頂?shù)敉燎闆r，連接筋環(huán)向間距拱頂段為0.50m，側(cè)墻段為1.00m；鋼筋網(wǎng)片提前編好，安裝在連接筋的外側(cè)，用鑿巖機打入系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿，錨桿端頭同鋼筋網(wǎng)焊接在一起，確保鋼拱架、連接筋、錨桿及鋼筋網(wǎng)片形成受力整體。

最后人工噴射混凝土。噴混凝土所用水泥、骨料、水、外加劑等按照相關技術規(guī)范的要求控制。噴射方向與受噴面的夾角近似90°，盡可能減小回彈量。噴頭與受噴面的距離控制在1.00m左右。噴混凝土時要自下而上，左右擺噴。調(diào)節(jié)好噴射用水量，控制好噴射風壓。噴混凝土的厚度控制以正好將工字鋼拱架覆蓋為準。噴射混凝土施工完成后約40min，待洞內(nèi)污染空氣置換完成，混凝土有一定強度后，洞挖施工作業(yè)隊進洞開始下一個進尺的土方開挖。

3.2.4 隧洞暗挖施工的輔助工作

洞內(nèi)的高壓供風、通風、照明、動力線路布置、排水、洞內(nèi)臨時倉庫以及施工安全監(jiān)測等都是暗挖施工必須的輔助工作。噴射混凝土采用12m3/min空壓機，風鏟配置了小空壓機；風壓隨供風距離的增加而逐步減弱，當風壓無法滿足施工要求時，將空壓機轉(zhuǎn)移至中間通風井位置，風管從通風井進入以保證風壓足夠。施工通風適用的風機為11kW離心風機，使用的風管從帆布管更換為直徑30cm的軟塑料管，減小了阻力，增加了供風的距離，也保證了工作面的空氣質(zhì)量。洞內(nèi)照明采取36V低壓照明，燈具為防潮防碰的LED燈，串聯(lián)布置，間距5m。洞內(nèi)部分地段土壤含水量較大，地下水位較高，根據(jù)具體情況在側(cè)墻邊開挖小的集水井，水泥砂漿砌磚，頂裝蓋板，集水井之間埋設PVC管（鉆孔、纏紗網(wǎng)）連接，將地下水排至洞口大集水井內(nèi)，在水泵上安裝水位控制器自動抽排。

隧洞總長度達到780m，隨著進尺的深入，小空壓機、混凝土噴射機、電焊機、鑿巖機等小型支護設備在土方開挖運輸時無處藏身，跟隨支護工序頻繁進出洞嚴重影響施工效率，采取了在洞內(nèi)按照每50m的間距開鑿側(cè)洞作為臨時倉庫，解決了這一問題。隧洞開挖尺寸小，洞內(nèi)風管、動力、照明管線眾多，若布置不好也會嚴重影響施工效率。在鋼拱架固定位置焊接風管固定鋼圈及管線掛鉤，各種風電管線布置井井有條，避免了剮蹭，保證了施工安全及工作效率。

4 工程施工情況

設計變更于2016年10月批復，施工單位組織專項施工方案評審后于11月份開始組織施工。從進出口兩頭相向掘進。由于進口右上方有一口大水塘，存在嚴重的滲漏，經(jīng)多次防滲處理及邊坡加固，施工過程中仍然發(fā)生右側(cè)邊坡整體滑坡洞口被埋的情況，采取了現(xiàn)澆箱涵向上游延伸洞口，遠離滲漏，洞口外側(cè)配合鋼板樁支護措施，解決了洞口滑坡的困擾。

目前，隧洞進出口兩個工作面每天各完成2次循環(huán)進尺，每次進尺約1.50m，每日完成進尺6m左右，已累計完成進尺約400m，已完成的暗挖段各項觀測指標正常，支護措施可靠。

5 總結(jié)

實踐證明，豫南地區(qū)特小斷面土質(zhì)隧洞采用超前支護加鋼拱架支撐及錨噴的聯(lián)合支護措施進行地下暗挖的施工方法是合適的，施工工藝和技術安全可靠；在隧洞進出口淺埋段及部分地質(zhì)條件較差的圍巖段實施小導管注漿加固圍巖是必要的，否則可能造成冒頂式塌方；在地質(zhì)條件一般(土壤存在明顯裂隙）、無地下水（或極少量裂隙水）的圍巖段，超前小導管可沿開挖輪廓線打入（若角度插入會形成剪切面），對開挖面形成預支撐，不需注漿加固圍巖，直接采取拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護即可；沒有采取注漿加固圍巖段，施工過程中應根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整拱架及連接筋間距。

項目設計拱架間距過大，按照SL377-2007《水利水電工程錨噴支護技術規(guī)范》推薦的0.75～1.50m的間距設置是合適的；進出口淺埋段附近的水塘等地表水的存在對隧洞的暗挖是極大的威脅，可能會造成洞口滑坡或洞內(nèi)冒頂式塌方（這兩種危害在本項目進口段均出現(xiàn)過），應在施工前予以徹底排除；洞挖過程中，地下水豐富且排水不暢的情況下，洞身底板及側(cè)墻底部土質(zhì)會受水浸泡而強度變低，導致拱架間側(cè)墻部位錨噴的混凝土受壓變形，對初期支護后的隧洞及時澆筑混凝土底板，有利于洞身的整體穩(wěn)定性，且有利于洞內(nèi)交通。

TV672+

A

1673-8853（2017）09-0041-02

胡浩，工程師，主要從事水利工程現(xiàn)場施工技術管理工作。

2017-7-14

編輯：劉 青