黃土地區(qū)淺埋深大斷面土洞快速施工技術(shù)

高勝杰

（山西小浪底引黃工程有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

1.1 施工情況

山西小浪底引黃工程施工I標(biāo)的1號交通洞進(jìn)口位于板澗河左岸解裕鄉(xiāng)政府附近，洞口高程291 m，末端連接安裝間，終點高程217 m。1號交通洞總長1 105.189 m，最大縱坡9.0%，開挖斷面為8.52 m×9.16 m（寬×高），襯砌后的凈斷面尺寸7 m×8 m（寬×高），城門洞型。1號交通洞作為地下泵站及其附屬洞室群的主要施工通道，它的施工進(jìn)度直接影響到地下泵站及其附屬洞室的施工進(jìn)度。

1號交通洞的進(jìn)口段位處山西省典型的黃土地區(qū)，改為洞挖后發(fā)現(xiàn)黃土埋深淺，約3～30 m；隧洞的斷面大，開挖尺寸為8.4 m×9.2 m（寬×高），采取了“不灌漿小導(dǎo)管超前支護(hù)、全斷面開挖、鋼支撐與系統(tǒng)錨噴支護(hù)進(jìn)行一期支護(hù)”的施工技術(shù)，達(dá)到了安全、快速、經(jīng)濟(jì)的施工目標(biāo)，取得顯著的成果。

1.2 實施背景

山西省引黃工程施工I標(biāo)的1號交通洞，進(jìn)口段的施工區(qū)位于果樹經(jīng)濟(jì)林地，地面附著物包括1路解裕鄉(xiāng)農(nóng)用電網(wǎng)線、1路解裕鄉(xiāng)通訊電纜線、1路施工用10 kV電線、大量的墳?zāi)梗ìF(xiàn)場可見的墳?zāi)褂?0座）及其他地面附著物，分布分散、影響范圍廣。

本項目2014年11月底進(jìn)場，1號交通洞作為地下泵站及其附屬洞室群的主要施工通道，其施工進(jìn)度直接影響到地下泵站及其附屬洞室的施工進(jìn)度。此時不是遷墳時節(jié)，由于遷墳、征地、移動果林附著的3路線纜等地面附著物較為困難，在增加大量投資的同時也需要耗費大量的時間，短期內(nèi)1號交通洞無法施工，對此將1號交通洞進(jìn)口段由設(shè)計的明挖改為洞挖施工。

1.3 地質(zhì)概況

1號交通洞進(jìn)口段位于板澗河左岸岸坡的坡腳處，地面高程290～310 m，地形較緩。主要地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限粉土夾碎石混合土及卵石混合土，巖體松散軟弱圍巖極不穩(wěn)定，級配不良膠結(jié)性差、松散，卵石混合料為棕黃—土黃色，混雜堆積，磨圓差、分選差，局部夾有粉砂土層及透鏡體，泥沙質(zhì)膠結(jié)，以砂礫石為主，粉土次之，松散圍巖無自穩(wěn)能力，極不穩(wěn)定，砂礫石級配不良，松散無自穩(wěn)能力，無膠結(jié)，分選性差，磨圓度差，圍巖極不穩(wěn)定，圍巖分類為Ⅴ類，規(guī)模較大的變形和破壞可能發(fā)生。

2 土洞段施工

2.1 施工順序

1號交通洞進(jìn)口土洞段的施工順序為：施工準(zhǔn)備直徑42 mm小導(dǎo)管超前支護(hù) 全斷面土洞開挖 鋼支撐加系統(tǒng)錨噴支護(hù) 進(jìn)行下一個循環(huán)。

2.2 土洞開挖和支護(hù)

2.2.1 超前小導(dǎo)管施工

隧洞的頂拱設(shè)直徑42 mm超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長為4.5 m，環(huán)向間距30 cm，外傾角5°～10°，搭接1 m，不灌漿，超前小導(dǎo)管與靠近掌子面的鋼拱架焊接牢固，形成整體受力結(jié)構(gòu)。

受土質(zhì)情況的影響，超前小導(dǎo)管灌漿注入量較小，一般在5～20 L/孔（直徑42 mm，小導(dǎo)管長4.5 m）；根據(jù)實驗開挖后的情況顯示，超前小導(dǎo)管注漿由于灌漿壓力不夠，土體無明顯裂隙，水泥漿不能進(jìn)入土體，灌漿后的擴(kuò)散范圍小，擴(kuò)散范圍在10 cm以內(nèi)，超前固結(jié)的效果不明顯，無法起到加固土體的作用；并且小導(dǎo)管注漿導(dǎo)致工期和費用增加，土洞開挖要求土體暴露后盡可能地縮短超前支護(hù)時間，以便及時封閉成拱，減少邊頂拱松弛，因此選擇不注漿的超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，發(fā)揮縱向梁的作用，施工中，無需在小導(dǎo)管上鉆孔。通過不注漿超前小導(dǎo)管施工，不僅起到了超前支護(hù)的作用，而且施工速度快，減少了頂拱土體的擾動和變形，施工效果良好。

2.2.2 土洞開挖施工

土洞開挖采用全斷面開挖的方式，“短進(jìn)尺、勤支護(hù)”，利用挖掘機(jī)直接開挖，必要時在周邊預(yù)留10～20 cm的土層人工開挖，洞口10 m范圍由于埋深淺（3～10 m），每輪循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m以內(nèi)；隨后在施工中根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗結(jié)合變形監(jiān)測結(jié)果，加大循環(huán)進(jìn)尺長度，到埋深較大段，最大單次循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到3 m，頂拱出現(xiàn)局部坍塌和掉塊，說明土層不穩(wěn)定，循環(huán)進(jìn)尺達(dá)到最大長度。

2.2.3 一期支護(hù)

土洞開挖完成一個循環(huán)后，立即人工安裝鋼拱架支撐，拱架采用I16工字鋼。拱架間距0.5～0.8 m，環(huán)向用直徑22 mm鋼筋間隔1 m連接，每榀鋼拱架采用8根直徑25 mm鎖腳錨桿進(jìn)行固定，鎖腳錨桿長4.5 m，與工字鋼焊接牢固。系統(tǒng)錨桿采用直徑25 mm砂漿錨桿，錨桿長3.5 m，外露140 mm，間排距1 m，梅花型布置，錨桿采取了“先注漿后插錨桿”的方式。噴射混凝土為C 20一級配，厚度16 cm，按“噴—網(wǎng)—噴”的程序進(jìn)行。錨桿和噴射混凝土施工均為常規(guī)施工工藝。

2.2.4 洞內(nèi)變形監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容為沉降觀測和收斂監(jiān)測；監(jiān)測頻次以14次為一個周期，時間間隔為1 d或2 d，周期完成若圍巖不穩(wěn)定接著觀測，直到觀測段不再變形。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，隧洞的變形趨于穩(wěn)定，典型監(jiān)測情況詳見表1。

2.3 施工技術(shù)總結(jié)

綜合統(tǒng)計和分析現(xiàn)場的施工和地質(zhì)情況，1號交通洞黃土地區(qū)淺埋深大斷面土洞安全快速施工技術(shù)研究結(jié)論：

一是本工程土洞的埋深在3～10 m范圍內(nèi)時，控制每輪循環(huán)進(jìn)尺≤1.5 m；埋深大于10 m時，控制每輪循環(huán)進(jìn)尺≤3 m；全斷面開挖。

二是本工程土洞的一期支護(hù)鋼拱架選擇I16工字鋼，間距0.5～0.8 m。鋼拱架緊貼洞壁，以便預(yù)防隧洞變形量大；直徑8 mm鋼筋網(wǎng)和拱架連接筋緊貼鋼拱架內(nèi)側(cè)邊布置，讓鋼拱架形成一個整體受力。

表1 1J-4 監(jiān)測點變形監(jiān)測情況統(tǒng)計表

三是本工程土洞的膠結(jié)性好、自穩(wěn)性高、但灌漿效果不佳，頂拱設(shè)不注漿直徑42 mm超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長為3 m，環(huán)向間距30 cm，外傾角5°～10°，搭接1m。

3 結(jié)語

1號交通洞進(jìn)口段由原來的明挖改為洞挖，有以下幾個方面的優(yōu)勢。一是減少了大量征地移民和遷移地面附著物的費用，經(jīng)濟(jì)效益好，降低了總成本；二是進(jìn)度方面有優(yōu)勢，工期提前了28 d，同時還節(jié)約了其他不可預(yù)估的征遷墳地等地面附著物的時間；三是改洞挖后施工范圍縮小，對環(huán)境破壞小、同時還降低了對周邊永久居住居民的影響。

1號交通洞進(jìn)口土洞段采取了“不灌漿小導(dǎo)管超前支護(hù)、全斷面開挖、鋼支撐與系統(tǒng)錨噴支護(hù)進(jìn)行一期支護(hù)”的工藝進(jìn)行施工，達(dá)到了安全、快速、經(jīng)濟(jì)的施工目標(biāo)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。