隧洞超前小導(dǎo)管支護(hù)的探討

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 昆山 215300)

1 工程概況

蘇州高新區(qū)建成區(qū)水環(huán)境整治工程二期六標(biāo)段的164m穿山隧洞及958m暗埋箱涵布置如下：

a. U形河道以東至皇晏嶺山體段288m采用暗埋箱涵，箱涵內(nèi)徑尺寸為4m×3.5m，箱涵底高程1.5m。

b.皇宴嶺山體段164m采用穿山隧洞，入口為皇宴嶺東側(cè)，出口為皇宴嶺西側(cè)，隧洞底高程1.35m(入口)～1.50m(出口)，斷面采用圓拱直墻式，圓拱中心角90°。襯后尺寸為寬4.0m，直墻段高3.5m，圓拱半徑282.8cm，C20W6混凝土襯砌厚50cm。

c.隧洞以東至馬運(yùn)河段647m穿越居住區(qū)，采用暗埋箱涵，箱涵內(nèi)徑尺寸為4m×3.5m，箱涵底高程1.35m。箱涵完工后上覆土與現(xiàn)狀地面銜接。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)情況

2.1 隧洞西側(cè)

隧洞西側(cè)洞口處自然坡向東傾，山體自然坡角約20°～30°，自然邊坡穩(wěn)定，隧洞洞口附近植被較茂密，為樹林、灌木，上部覆蓋層為黏性土，厚度約3.0m，表層0.3～2.0m為素填土，土質(zhì)松散，工程地質(zhì)條件差，下部為粉質(zhì)黏土夾重粉質(zhì)壤土，含少量重粉質(zhì)壤土夾中粉質(zhì)壤土層，褐黃色，硬塑，下伏基巖，以弱風(fēng)化花崗巖為主，巖石頂面坡角約18°～25°。節(jié)理裂隙發(fā)育，隧洞埋置淺，地下水以孔隙潛水和基巖裂隙水為主，圍巖穩(wěn)定性一般，綜合評(píng)定圍巖為Ⅲ級(jí)，施工時(shí)易產(chǎn)生較大規(guī)模坍塌和掉塊。建議加強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)襯砌，施工時(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，避免雨季施工。

2.2 隧洞東側(cè)

隧洞東側(cè)洞口原為村莊，現(xiàn)為拆遷工地，C2～C3孔段位于斜坡及山體中部，表層為殘坡積土，下伏基巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖性以微—弱風(fēng)化黑云母花崗巖為主，巖石頂面坡角約18°～25°，巖體較為完整，圍巖穩(wěn)定性一般，上部覆蓋層厚度小，地下水主要為孔隙潛水及基巖裂隙水，施工時(shí)可能發(fā)生崩塌和掉塊，綜合評(píng)定圍巖穩(wěn)定性為Ⅲ級(jí)。建議加強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)襯砌，施工時(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，避免雨季施工。

C3孔以東段位于山體東部，引水隧洞主要穿越土層為素填土層、粉質(zhì)黏土夾重粉質(zhì)壤土層，含少量重粉質(zhì)壤土夾粉質(zhì)黏土層。強(qiáng)風(fēng)化黑云母花崗巖，土層變化較大，施工時(shí)拱部無支護(hù)可能產(chǎn)生坍塌，地下水類型為孔隙潛水和基巖裂隙水，預(yù)計(jì)在雨季，洞室會(huì)出現(xiàn)淋雨?duì)畛鏊?。建議加強(qiáng)支護(hù)，及時(shí)襯砌，施工時(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，避免雨季施工。

3 隧洞總體安排

隧洞洞身開挖采用新奧法施工，爆破采用全斷面光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制超欠挖，盡量減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

掘進(jìn)打眼采用YT-27型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，ZL-50裝載機(jī)出渣，農(nóng)用運(yùn)輸車運(yùn)渣，空壓機(jī)供風(fēng)，隧洞二次襯砌采用10m自行式全斷面鋼模液壓臺(tái)車，采用C20商品模注混凝土。

4 隧洞原設(shè)計(jì)施工方案

噴C25塑鋼纖維混凝土，厚6cm(掛網(wǎng)φ8@20cm×20cm)；φ22@1.0m連接鋼筋與鋼拱架焊接，采用16號(hào)工字鋼拱架(榀間距1.0m)；加噴C25塑鋼纖維混凝土厚16cm；C20W6鋼筋混凝土襯砌厚50cm；導(dǎo)管雙層梅花形環(huán)向布置±25cm@15cm,縱向±16cm@20cm。

5 實(shí)地勘察地質(zhì)情況說明

蘇州高新區(qū)建成區(qū)水環(huán)境整治工程二期六標(biāo)段隧洞入口(BK0+000)、出口(AK1+181)現(xiàn)已開挖，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況看，洞頂為Ⅴ級(jí)全風(fēng)化黃褐色黏土，覆蓋層厚度10m左右，其中4m左右為堆積層，雨季富水、松散、自穩(wěn)性差、易坍塌，6m左右為殘積層，黃褐色加雜質(zhì)泥巖，局部有滲水。洞身及洞底為重粉質(zhì)壤土夾雜灰質(zhì)泥巖，遇水易溶化滑塌，與勘察設(shè)計(jì)不符。

6 超前小導(dǎo)管支護(hù)

6.1 支護(hù)設(shè)想

考慮到洞頂覆蓋層較厚，按原設(shè)計(jì)無法保障安全進(jìn)洞施工，為此在比較了管棚施工與超前小導(dǎo)管施工的優(yōu)越性后，認(rèn)為超前小導(dǎo)管更具可操作性和靈活性，因此在隧洞開挖過程中，拱部增加雙排φ42超前小導(dǎo)管，同時(shí)考慮到土質(zhì)圍巖條件下鋼拱架沒有形成封閉環(huán)結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生沉降，故建議加密16號(hào)工字鋼拱架，隧洞底部增加16號(hào)工字鋼地梁與鋼拱架焊接，考慮到底部承載力，底部基礎(chǔ)混凝土增加50cm厚C25混凝土(見圖1、圖2)。具體支護(hù)參數(shù)如下：

a.噴射C25塑鋼纖維混凝土厚度為6cm(掛網(wǎng)φ8@15cm×15cm)。

圖1 超前導(dǎo)管制作大樣 (單位:mm)說明：1.小導(dǎo)管采用φ42×4mm(壁厚)無縫鋼管。2.小導(dǎo)管漿液擴(kuò)散孔采用梅花形布置，間距為30cm，孔徑1cm。

b.16號(hào)工字鋼拱架加地梁(間距50cm)。

c.50cm厚基礎(chǔ)混凝土。

d.拱部雙排φ42超前小導(dǎo)管加注漿，長(zhǎng)度為5m，環(huán)向間距為40cm ，循環(huán)搭接長(zhǎng)度大于1m。

e.加密φ22拱架連接鋼筋間距為50cm。

f.加噴C25塑鋼纖維混凝土厚度為16cm。

g.C20W6鋼筋混凝土襯砌50cm。

h.導(dǎo)管雙層梅花形環(huán)向布置±25cm@15cm，縱向±16cm@20cm。

6.2 施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，首先進(jìn)行測(cè)量放樣，將隧洞開挖輪廓線放樣定位。沿開挖輪廓線拱部環(huán)向間距40cm布孔，使用YT-27風(fēng)槍、φ50鉆頭先打設(shè)第一排孔眼，外插角15°，孔深5m，完畢后將5m長(zhǎng)φ42超前小導(dǎo)管頂入，頂入長(zhǎng)度不小于95%管長(zhǎng),然后再進(jìn)行第二排孔眼打設(shè)，與第一排錯(cuò)開，梅花形布置，環(huán)距40cm。打設(shè)安裝完畢后進(jìn)行注漿，注漿水灰比為1∶0.45，注漿壓力為0.1～1MPa，小導(dǎo)管采用間隔注漿法，注漿完畢后將注漿孔進(jìn)行封堵。遵循“短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)”的要求，開挖按50cm/循環(huán)，及時(shí)支護(hù)鋼拱架，間距50cm/榀。

6.3 變形監(jiān)測(cè)

根據(jù)監(jiān)測(cè)方案共布設(shè)8個(gè)基坑坡頂水平位移、沉降觀測(cè)點(diǎn)、16個(gè)周邊環(huán)境沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度依次布設(shè)。從2016年6月27日開始測(cè)試部分初始值及布設(shè)位移、沉降等各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)，至2016年9月1日施工至隧洞貫通，提供了28次觀測(cè)報(bào)告。

a.水平位移變形監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在挖土及隧洞爆破階段內(nèi)變形較大。隧洞段最大水平位移累計(jì)量為4.4mm(SD18)，未超過報(bào)警值。

b.豎向位移變形監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形總體穩(wěn)定。隧洞段沉降最大累計(jì)變化量為-4.65mm(SD5)，累計(jì)量及變化速率未超過報(bào)警值。

c.隧洞凈空收斂變形監(jiān)測(cè)。圖3表明，各監(jiān)測(cè)斷面收斂總體穩(wěn)定。最大收斂值為2.7mm(見圖3)，隧洞凈空收斂累計(jì)量及變化速率未超過報(bào)警值。

圖2 土洞支護(hù)示意圖(尺寸單位：cm)

圖3 凈空收斂變形監(jiān)測(cè)

7 結(jié) 語

在洞頂覆蓋層較厚且土質(zhì)較差的情況下，采用超前小導(dǎo)管支護(hù)可以充分發(fā)揮其優(yōu)越性，滿足設(shè)計(jì)及施工的要求。