淺埋暗挖法在寧夏中南部水源工程中的應(yīng)用

【摘要】寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全水源工程是解決寧夏南部113.53萬(wàn)人安全飲水的重點(diǎn)工程，其中隧洞12座。2#胭脂川隧洞位于涇源縣香水鎮(zhèn)境內(nèi)，隧洞凈長(zhǎng)4610m，為Ⅲ等中型工程。隧洞橫跨香水河一條小支流，河道寬約10m，河床常年有水，雨季水量較大。河道兩側(cè)地勢(shì)平緩，覆蓋層較薄。在對(duì)大開(kāi)挖方案、頂管方案及淺埋暗挖方案進(jìn)行分析比較后，最終確定了淺埋暗挖法進(jìn)行施工，工程安全、質(zhì)量得到了保證，進(jìn)度滿足總體要求，為工程如期投入運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】淺埋暗挖；胭脂川隧洞；支護(hù)；措施

1、工程概況

寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全水源工程是將六盤(pán)山東麓水量相對(duì)豐沛的涇河水，向北輸送到中南部缺水地區(qū)，解決干旱缺水的中南部地區(qū)固原市原州區(qū)、彭陽(yáng)縣、西吉縣和中衛(wèi)海原縣共計(jì)44個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，現(xiàn)狀110.8萬(wàn)人城鄉(xiāng)飲水安全問(wèn)題。工程設(shè)計(jì)流量3.75m3/s，多年平均引水量3982萬(wàn)m3。工程由截引、輸水和調(diào)蓄水庫(kù)等工程組成。輸水線路總長(zhǎng)74公里，其中隧洞12座。2#胭脂川隧洞位于涇源縣香水鎮(zhèn)境內(nèi)，隧洞凈長(zhǎng)4610m，為Ⅲ等中型工程。

2#胭脂川隧洞19+100～19+130段橫跨當(dāng)?shù)叵闼右粭l小支流，河道寬約10m，河床常年有水，雨季水量較大。河道兩側(cè)地勢(shì)平緩，覆蓋層較薄。河流走向與隧洞線路基本垂直相交。四周除河流外，地面植被為均為苗圃地。

該段屬淺埋段，地面高程1913.24～1914.14m，洞頂高程1908.09m，最小埋深5.2m。上部覆蓋層為第四系全新統(tǒng)坡殘積物及河床沖擊物壤土，厚度2～5m。該段洞身地層巖性為K1n4泥巖，位于強(qiáng)風(fēng)化與弱風(fēng)化之間。

隧洞區(qū)地下水類(lèi)型以松散層孔隙潛水和基巖地下水為主。降水量相對(duì)較豐富，多年平均降水量650mm左右，其中連續(xù)最大四個(gè)月降水量均在6～9月，其量占年降水量的70%左右。最大降水量出現(xiàn)在7、8月份，最小降水量出現(xiàn)在12月份。

2、施工方案比選

由于該段隧洞所處河道區(qū)域整體地勢(shì)平緩，覆蓋層較薄，需要穿越的段落總體長(zhǎng)度約150m。針對(duì)該段隧洞施工方案，初設(shè)階段提出了兩種施工方案，分別為大開(kāi)挖方案和頂管方案，并對(duì)兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。大開(kāi)挖方案施工簡(jiǎn)單，進(jìn)度可控，但開(kāi)挖量大，征地面積大，同時(shí)河道內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖還涉及到防滲及降水問(wèn)題，整體投資較高。頂管方案開(kāi)挖量相對(duì)較小，征地面積也比較小，投資較大開(kāi)挖方案較小，但頂管施工難度大，該段管道直徑2m，頂管長(zhǎng)度超過(guò)150m，頂進(jìn)過(guò)程中不可預(yù)見(jiàn)的因素較多，進(jìn)度難以控制。綜合上述因素，最終初設(shè)階段確定了大開(kāi)挖的施工方案。

施工圖設(shè)計(jì)階段，在對(duì)目前較為先進(jìn)的施工方案進(jìn)行考察后，最終提出了目前地鐵系統(tǒng)常用的淺埋暗挖施工方案。淺埋暗挖法施工適用于埋深淺、地層巖性差、存在地下水、周?chē)h(huán)境復(fù)雜的洞室開(kāi)挖。

淺埋暗挖法沿用新奧法基本原理，初次支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計(jì)，二次模筑襯砌作為安全儲(chǔ)備；初次支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。應(yīng)用淺埋暗挖法設(shè)計(jì)、施工時(shí)，同時(shí)采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力；并采用不同的開(kāi)挖方法及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系。其優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）淺埋暗挖法與其他施工法有很強(qiáng)的兼容性；

（2）靈活多變，對(duì)地面建筑、道路和地下管線影響不大，拆遷占地少，不擾民，不污染城市環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)；

（3）明挖法嚴(yán)重干擾交通，破壞環(huán)境。盾構(gòu)法解決了這些難題，但其靈活性差，特別是昂貴的盾構(gòu)機(jī)械，會(huì)大大提高工程造價(jià)。

淺埋暗挖法施工缺陷在于施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難。

3、淺埋暗挖法施工方法

3.1施工總則

該段設(shè)計(jì)為V類(lèi)圍巖，采用全斷面鉆爆法開(kāi)挖。施工中按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的十八字方針實(shí)施。

管超前。指采用超前管棚或超前導(dǎo)管注漿加固地層。掌子面未開(kāi)挖前先進(jìn)行超前管棚或超前導(dǎo)管注漿加固地層，使松散、軟弱地層經(jīng)注漿加固后形成一個(gè)殼體，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力，防止地層坍塌現(xiàn)象產(chǎn)生。導(dǎo)管采用φ32～φ50mm鋼管，管的尖端和管上小孔專(zhuān)門(mén)加工。沿導(dǎo)洞拱部排管，排管呈扇狀，管距約為20～30cm，仰角約為5°左右。

嚴(yán)注漿。在導(dǎo)管超前支護(hù)后，立即進(jìn)行壓注水泥漿液填充砂層孔隙，漿液凝固后，土體集結(jié)成具有一定強(qiáng)度的“結(jié)石體”使周?chē)貙有纬梢粋€(gè)殼體，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力，為施工提供一個(gè)安全環(huán)境，嚴(yán)注漿包含以下三個(gè)方面內(nèi)容：

（1） 超前導(dǎo)管注漿（單漿液或雙漿液）

（2） 拱腳及墻部開(kāi)挖前按規(guī)定預(yù)埋管注漿。

（3） 初期支護(hù)背后注漿（低壓力0.2～0.4Mpa）

短進(jìn)尺。 根據(jù)地層情況不同，采用不同的開(kāi)挖長(zhǎng)度，一般在地層不良地段每次開(kāi)挖進(jìn)尺采用0.5m～0.8m，甚至更短，由于開(kāi)挖距離短可爭(zhēng)取時(shí)間架立鋼拱架，及時(shí)噴射混凝土，減少坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。

強(qiáng)支護(hù)。一定按照噴射混凝土--開(kāi)挖--架立鋼架--掛鋼筋網(wǎng)--噴混凝土的次序進(jìn)行初期支護(hù)施工。采用加大拱腳辦法以減小地基承載應(yīng)力。

快封閉。初期支護(hù)從上至下及早形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，是減小地基擾動(dòng)的重要措施。采用正臺(tái)階法施工時(shí)，下半斷面及時(shí)緊跟，及時(shí)封閉仰拱。

勤量測(cè)。 堅(jiān)持監(jiān)控量測(cè)資料進(jìn)行反饋指導(dǎo)施工，是淺埋暗挖法施工的基點(diǎn)，所以地面、洞內(nèi)都要埋設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，通過(guò)這些監(jiān)控點(diǎn)可以隨時(shí)掌握地表和洞內(nèi)土體各點(diǎn)因開(kāi)挖和外力產(chǎn)生的位移來(lái)指導(dǎo)施工。

3.2施工方法

3.2.1 超前小導(dǎo)管施工

（1）設(shè)計(jì)施工參數(shù)

①導(dǎo)管規(guī)格：Φ32mm，壁厚3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管；

②管距：環(huán)向間距40cm，縱向搭接不小于100cm.

③傾角：外插角7.5°；

④注漿材料：0.6：1～1.5：1超細(xì)水泥漿；

⑤注漿壓力：0.2～0.5Mpa；

⑥設(shè)置范圍：拱部180°范圍；

⑦長(zhǎng)度：3.0m。

（2） 超前小導(dǎo)管注漿工藝流程圖（見(jiàn)圖1）：

3.2.2洞身開(kāi)挖

洞身開(kāi)挖采用鉆眼爆破法開(kāi)挖，根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，開(kāi)挖進(jìn)尺每循環(huán)不大于1.0m，控制炮眼裝藥量。采用無(wú)軌運(yùn)輸，采用扒渣機(jī)配合農(nóng)用車(chē)出碴。出碴完畢后立即進(jìn)行初期支護(hù)，確保圍巖長(zhǎng)期暴露失穩(wěn)，產(chǎn)生掉塊或塊石滑移。

3.2.3鋼架施工

（1）設(shè)計(jì)施工參數(shù)

①鋼架采用I12.6工字鋼加工而成；

②鋼架間距50cm一榀；

③縱向連接筋采用φ25螺紋鋼，環(huán)間距1.0m；

④?chē)娚浠炷敛捎肅25混凝土，厚度15cm。

3.2.4 錨桿施工

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

①系統(tǒng)錨桿采用φ22砂漿錨桿，垂直巖面設(shè)置；

②梅花型布置，長(zhǎng)度1.5m；

③布置范圍：拱部110°范圍；

④縱環(huán)距：0.8×0.8m。

（2）錨桿施工工藝圖（見(jiàn)圖2）

3.2.5 噴射混凝土

采用潮噴機(jī)進(jìn)行噴射混凝土施工。分部開(kāi)挖完后即進(jìn)行混凝土初噴。開(kāi)挖完成后先噴射4cm厚C25混凝土，初期支護(hù)的鋼架架立完成后，再分別噴射11cmC25混凝土。噴射后混凝土面應(yīng)均勻、平順，無(wú)凹凸現(xiàn)象。

3.3監(jiān)控量測(cè)

加強(qiáng)洞內(nèi)及洞外監(jiān)控量測(cè)，在洞頂位置埋置監(jiān)控點(diǎn)。量測(cè)項(xiàng)目分為洞內(nèi)外觀察、凈空水平收斂量測(cè)，拱頂下沉量測(cè)、地表下沉量測(cè)。

監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)應(yīng)讀三次，取其平均值，并詳細(xì)記錄。記錄地表開(kāi)裂、地表塌陷、地表水滲漏情況等。

洞外設(shè)專(zhuān)職安全員隨時(shí)觀察地表變化，如有變化應(yīng)及時(shí)反饋。

4、實(shí)施效果

寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全水源工程2#胭脂川隧洞淺埋段采用淺埋暗挖法施工，有效的解決了工程進(jìn)度與征地、投資等方面的矛盾，工程進(jìn)度滿足總體工期要求，在實(shí)施過(guò)程中未發(fā)生任何安全事故，工程質(zhì)量可靠。淺埋暗挖法在寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全水源工程中起到了關(guān)鍵作用，為自治區(qū)一號(hào)民生工程順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。