三臺(tái)階法在鄂北工程紀(jì)洪隧洞施工中的應(yīng)用

王滿(mǎn)興，李 建，張 楠

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

三臺(tái)階法在鄂北工程紀(jì)洪隧洞施工中的應(yīng)用

王滿(mǎn)興，李 建，張 楠

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

鄂北地區(qū)水資源配置工程紀(jì)洪隧洞總長(zhǎng)9.85 km，其中有3.7 km土洞段。隧洞出口邊坡及隧洞開(kāi)挖揭露地質(zhì)情況發(fā)現(xiàn)，洞內(nèi)土體含水量較高，地下水豐富，且含有中等膨脹土，土體穩(wěn)定性極差。針對(duì)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，鄂北局組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位對(duì)土洞施工方法進(jìn)行研究論證，最后確定采用三臺(tái)階法施工，較好地解決了膨脹土問(wèn)題。

鄂北地區(qū)水資源配置工程；紀(jì)洪隧洞；三臺(tái)階法

一、工程概述

鄂北地區(qū)水資源配置工程紀(jì)洪隧洞（樁號(hào) 0+000～9+850）長(zhǎng) 9.85 km，進(jìn)口位于取水豎井后，出口位于老河口袁沖鄉(xiāng)韓高樓村，隧洞線(xiàn)路走向總體上由西北向東南，隧洞設(shè)計(jì)引用流量38.0 m3/s，隧洞底板高程142.20～141.12 m。隧洞樁號(hào)0+000～6+150段長(zhǎng)6.15 km，為巖石隧洞，巖洞設(shè)計(jì)為城門(mén)洞形和馬蹄形，過(guò)水凈寬6.0 m；隧洞樁號(hào)6+150～9+850段長(zhǎng)3.7 km為土洞，采用馬蹄形斷面，過(guò)水凈寬6.0m。

紀(jì)洪隧洞3.7 km土洞段，埋深約25～40 m不等，巖性為上更新統(tǒng)琚灣組黏土，存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題為土洞塑性變形破壞和膨脹性土在干濕交替環(huán)境下的脹縮破壞問(wèn)題。

土洞段隧洞施工主要難點(diǎn)在于：洞內(nèi)土體含水量較高，地下水豐富，該段為典型的富含水純土質(zhì)隧洞，且在146 m高程處含有中等膨脹土，土體的穩(wěn)定性極差，開(kāi)挖后自穩(wěn)能力極弱，對(duì)開(kāi)挖控制極為不利。

二、施工方法

針對(duì)紀(jì)洪隧洞土洞段出現(xiàn)的問(wèn)題，鄂北局組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位對(duì)土洞施工方法進(jìn)行了研究論證，最后確定采用三臺(tái)階法施工。三臺(tái)階法共分七步開(kāi)挖，每層開(kāi)挖高度約2.5 m。先開(kāi)挖隧洞上臺(tái)階，并及時(shí)作臨時(shí)橫撐，采用擴(kuò)大拱腳區(qū)域或應(yīng)用鎖腳錨桿等措施，控制周?chē)鷰r石的變形和初始支撐變形；當(dāng)上臺(tái)階噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，進(jìn)行中臺(tái)階開(kāi)挖，開(kāi)挖步驟完成后進(jìn)行中臺(tái)階臨時(shí)支撐施工；同理在中臺(tái)階噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，再進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖。在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，宜使上、中臺(tái)階的施工進(jìn)程超前一個(gè)循環(huán)，之后進(jìn)行三臺(tái)階平行開(kāi)挖。開(kāi)挖應(yīng)按照 “管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量”的原則進(jìn)行，在開(kāi)挖下部工程之前必須保證上部拱架支護(hù)系統(tǒng)封閉成環(huán)。

1.開(kāi)挖及初期支護(hù)

三臺(tái)階法開(kāi)挖由人工配合機(jī)械開(kāi)挖完成，開(kāi)挖后即進(jìn)行初期支護(hù)。三臺(tái)階法洞身開(kāi)挖施工工序：

（1）開(kāi)挖上臺(tái)階

①利用洞口的管棚 （洞內(nèi)Φ40 mm超前小導(dǎo)管）作為本循環(huán)超前支護(hù)措施。

②開(kāi)挖上臺(tái)階并噴射C25混凝土封閉掌子面，開(kāi)挖高度為2.6 m。

③進(jìn)行上臺(tái)階的初期支護(hù)。即先初噴厚4 cm的混凝土,再鋪設(shè)Φ10 mm鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)格間距200 mm×200 mm），然后人工配合機(jī)械架立Ⅰ18 a型鋼鋼架和Ⅰ16型鋼臨時(shí)橫撐。定位于鋼架拱(墻)腳以上30 cm高程處，以30°傾角緊貼鋼架兩側(cè)邊緣打入鎖腳錨桿（直徑40 mm，壁厚5 mm）與鋼架牢固焊接，鋼架每側(cè)打入2根鎖腳錨桿。同時(shí)為確保拱腳穩(wěn)定，預(yù)防拱頂下沉幅度過(guò)大，宜采用槽鋼或木板等措施對(duì)拱腳位置進(jìn)行支墊防護(hù)。

④打入Φ25 mm徑向錨桿 （長(zhǎng)度為3 m，行距為1 m），然后噴涂設(shè)計(jì)厚度為25 cm的混凝土。 底部設(shè)立臨時(shí)仰拱 （Ⅰ18臨時(shí)鋼框架），并注入15 cm混凝土進(jìn)行封閉。在開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)周?chē)鷰r石的地質(zhì)條件和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的形式，必要時(shí)采用圓木加設(shè)中間豎撐，保護(hù)和加固圍巖施工過(guò)程。

（2）開(kāi)挖中臺(tái)階

①在滯后上臺(tái)階5～10m距離后,先拆除上臺(tái)階1～2榀Ⅰ18臨時(shí)鋼架，再人工配合機(jī)械開(kāi)挖中臺(tái)階一側(cè)，錯(cuò)開(kāi)2～3 m（核心土）開(kāi)挖中臺(tái)階另一側(cè)。開(kāi)挖進(jìn)尺為1～2榀鋼拱架，開(kāi)挖高度為2.4m。

②在導(dǎo)坑周邊部分初噴厚度為4 cm的混凝土。

③Φ10 mm鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)后 （網(wǎng)格間距200 mm×200 mm），然后人工配合機(jī)械架立Ⅰ18 a型鋼鋼架和Ⅰ16臨時(shí)鋼架，打入Φ25 mm徑向錨桿后復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度25 cm。

④架立臨時(shí)仰拱 （Ⅰ18臨時(shí)鋼架），打入2根Φ40 mm、壁厚5 mm的鎖腳錨桿，封閉臨時(shí)仰拱。

（3）開(kāi)挖下臺(tái)階

在距離中臺(tái)階5～10 m后，拆除臨時(shí)支撐開(kāi)挖下臺(tái)階，將兩側(cè)距離錯(cuò)開(kāi)2～3 m，便于制作鋼架，每次循環(huán)挖掘2～3 m，開(kāi)挖高度為3 m。當(dāng)開(kāi)挖側(cè)墻時(shí)，在拱腳輪廓線(xiàn)以外開(kāi)挖按30 cm×30 cm×30 cm 擴(kuò)大。

（4）仰拱開(kāi)挖和混凝土澆筑

①仰拱開(kāi)挖，每次挖掘時(shí)不超過(guò)3～4 m。

②仰拱初始支撐的施工要及時(shí)密封成環(huán)，封閉位置距離掌子面不大于35 m。

③澆筑Ⅴ部仰拱。

三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工序橫斷面見(jiàn)圖1，三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工立體效果見(jiàn)圖2，三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖1 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工序橫斷面圖

圖2 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工立體效果圖

2.仰拱施工

仰拱開(kāi)挖應(yīng)全幅分段進(jìn)行施工，開(kāi)挖長(zhǎng)度控制在4～6 m，在仰拱開(kāi)挖時(shí)鋪設(shè)棧橋，施工過(guò)程中宜及時(shí)支護(hù)，并及時(shí)密封成環(huán)。封閉位置距離掌子面不大于35 m。

開(kāi)挖仰拱后，應(yīng)及時(shí)清除產(chǎn)生的渣、雜質(zhì)、泥漿和水，立即采取噴涂3～5 cm厚混凝土的方法閉合巖面，架設(shè)仰拱鋼架，噴涂混凝土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，仰拱初始支撐的施工要及時(shí)密封成環(huán)。

仰拱應(yīng)先于拱墻施工進(jìn)行襯砌，每個(gè)周期的澆筑長(zhǎng)度為4～6 m。 仰拱混凝土采用分段全幅澆筑成型，不設(shè)施工縱縫，在仰拱的變形縫和施工縫內(nèi)宜設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)的止水帶。

圖3 三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工藝流程圖

填充混凝土在仰拱混凝土澆筑成型并終凝后再行澆筑，施工前應(yīng)清洗仰拱表面，去除表面積水及雜物，一次澆筑成型，不設(shè)施工縱縫。

三、施工期圍巖量測(cè)

為了及時(shí)把握開(kāi)挖過(guò)程中周邊巖石和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，為隧道施工提供科學(xué)合理的參考信息，必須依據(jù)地質(zhì)狀況和施工條件布設(shè)圍巖穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，并根據(jù)結(jié)果對(duì)支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，確保隧道施工安全穩(wěn)定。

圍巖監(jiān)測(cè)工作必須與開(kāi)挖過(guò)程相匹配，合理設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)和量測(cè)內(nèi)容，量測(cè)項(xiàng)目可分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目，其中必測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1 施工期圍巖必測(cè)項(xiàng)目

各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)依據(jù)監(jiān)測(cè)所得，根據(jù)表2中的位移速度及量測(cè)斷面距開(kāi)挖面的距離確定其對(duì)應(yīng)的量測(cè)頻率。在實(shí)際工作中，如出現(xiàn)異常施工情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大量測(cè)頻率，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

表2 量測(cè)頻率

四、結(jié) 語(yǔ)

紀(jì)洪隧洞土洞段采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法進(jìn)行施工后進(jìn)展順利，將不良地質(zhì)條件對(duì)施工環(huán)境的影響降低，有效保證了人員和設(shè)備的安全，確保了施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?？偨Y(jié)認(rèn)為：①初期支護(hù)要“早閉環(huán)”，閉環(huán)就控制住了變形。三臺(tái)階開(kāi)挖閉環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，上導(dǎo)、中導(dǎo)施工完畢，鎖腳錨桿的施工質(zhì)量是關(guān)鍵；下導(dǎo)施工完畢，仰拱及時(shí)跟進(jìn)是關(guān)鍵。②圍巖監(jiān)測(cè)要合理布設(shè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)掌握圍巖應(yīng)力釋放，要充分利用觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析并指導(dǎo)施工。③開(kāi)挖過(guò)程中要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、掌子面情況、滲水情況，實(shí)行“巖變我變”，合理控制開(kāi)挖步距。④頂拱預(yù)留10～20 cm的沉降變形量是必要的，能夠避免支護(hù)因沉降變形出現(xiàn)侵占隧洞襯砌斷面的情況。

[1]水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工規(guī)范（SL 378—2007）[S].2007.

[2]水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范（SL 337—2007）[S].2007.

[3]黃河設(shè)計(jì)公司—中鐵二十五局聯(lián)合體鄂北地區(qū)水資源配置工程第1標(biāo)段項(xiàng)目部.紀(jì)洪隧洞洞室開(kāi)挖專(zhuān)項(xiàng)施工方案[R].2015.

[4]黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.鄂北地區(qū)水資源配置工程第1標(biāo)段施工技術(shù)要求[R].2016.

Adoption of three steps method in construction of Jihong Tunnel of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province

Wang Manxing,Li Jian,Zhang Nan

Jihong Tunnel of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province has a total length of 9.85km,among which 3.7km is soil tunnel.According to geological conditions of slope at the outlet of tunnel and excavation,it is found that high water contents of soil,rich groundwater,medium expansive soil and poor stability of soil body are existed.Concerning to these problems,Construction and Management Bureau of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province conducted feasibility studies on construction methods of the tunnel by organizing designer,constructor and supervisors.Finally,three steps method was selected for the construction of tunnel that helped to solve the problem with expansive soil.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;Jihong Tunnel;three steps method

TV68+TV672.1

B

1000-1123（2017）22-0037-03

2017-10-11

王滿(mǎn)興，黨委副書(shū)記、副局長(zhǎng)。

責(zé)任編輯 韋鳳年