淺埋隧洞工程施工技術(shù)方案優(yōu)化分析

張永博

（遼寧省觀音閣水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧本溪117100）

1 工程概述

某隧洞工程6 號(hào)輸水主洞為無壓隧洞，長(zhǎng)度為14.69 km，樁號(hào)為T81+033.18～T95+720.45 m，開挖斷面為圓拱直墻型，共布置5 條施工支洞，其中6-5 號(hào)支洞開挖斷面為7.2 m×7.3 m，長(zhǎng)177.23 m。

根據(jù)6-5 號(hào)支洞現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，支洞穿越區(qū)段地表均為低山區(qū)或林地，地貌屬?zèng)_積平原，施工支洞明洞段上部揭露為粗砂層，下部為全～強(qiáng)風(fēng)化巖，地下水極豐富，為松散層中孔隙潛水，且埋深淺，約1.8 m，與基巖裂隙水聯(lián)系密切。支洞圍巖多處于全～強(qiáng)風(fēng)化之中，地下水主要來源為巖土層間孔隙裂隙水、地表水入滲等，支洞開挖過程中大部分為線流，局部以滲、滴水為主，易造成涌水、塌方現(xiàn)象。

2 施工重點(diǎn)難點(diǎn)

1）施工難度大：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，明挖段開挖1.8 m 左右地下水出露，且地下水豐富，補(bǔ)給穩(wěn)定，在不采取降水措施下，完全處于水下開挖，現(xiàn)場(chǎng)為凝灰?guī)r為主，遇水軟化，無法施工。支T0+000 m樁號(hào)表土清理后，洞頂覆蓋僅有20 cm 左右，隧洞無法成型。

2）安全風(fēng)險(xiǎn)高：現(xiàn)場(chǎng)表土剝離后，出露粗砂，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，支洞以凝灰?guī)r為主，全洞段均為Ⅴ類圍巖，且由于地下水豐富，施工中存在涌水、突水、坍塌的風(fēng)險(xiǎn)比較高，對(duì)施工人員的人身安全威脅較大，施工中安全控制是一大難點(diǎn)。

3）施工工期緊：6-5 號(hào)施工支洞的工期制約著支洞上下游主洞的施工工期，處在6 號(hào)輸水主洞的關(guān)鍵線路上。施工所在地區(qū)冬季來臨較早，根據(jù)水文氣象資料及歷年經(jīng)驗(yàn)來看，在每年的10月中旬左右，洞挖進(jìn)尺必須達(dá)到距進(jìn)洞口100 m以上，洞內(nèi)才可具備冬季施工的條件而不受霜凍期的影響。開工時(shí)距離10 月中旬僅剩下3.5 個(gè)月左右時(shí)間，能否順利進(jìn)洞正常開展洞挖施工，為冬季施工爭(zhēng)取時(shí)間是關(guān)鍵。

3 原施工技術(shù)方案

支洞采用全斷面法開挖，用簡(jiǎn)易鉆爆臺(tái)車，人工YT28型手風(fēng)鉆鉆孔，水壓控制光面爆破；Ⅲ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺2.5 m，Ⅳ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，Ⅴ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺1.0 m。采用ZL50 側(cè)翻裝載機(jī)裝15 t 自卸汽車出渣，變頻軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，施工排水采用水泵抽排至洞口。

3.1 小導(dǎo)管參數(shù)

小導(dǎo)管選用熱軋無縫鋼管，直徑φ 42 mm，長(zhǎng)3.0～6.0 m；小導(dǎo)管前端加工成圓錐形予以封焊嚴(yán)實(shí)，特制成花管，4.0 m 范圍內(nèi)每隔20 cm 交錯(cuò)鉆孔，作為溢漿孔，孔徑φ 8 mm，梅花形排列，管尾設(shè)加固環(huán)，環(huán)向間距為500 mm。

3.2 鋼拱架

鋼架分單元節(jié)制作，鋼支撐的單元節(jié)之間的連接板采用厚10 mm 的鋼板，尺寸為250 mm×200 mm（長(zhǎng)×寬），連接螺栓孔尺寸為M27 mm。

鋼支撐之間采用φ 25 mm 及以上鋼筋作為連接系桿，間距不得大于2.0 m，環(huán)向布置。對(duì)于鋼格柵兩榀之間設(shè)置φ 25 mm 的連接系桿，頂拱間距1.0 m，邊墻間距2.0 m。每榀鋼支撐設(shè)置不少于4 點(diǎn)的鎖定（含鎖腳）錨桿，每點(diǎn)至少2 根，錨桿與鋼架支撐焊接成整體。

3.3 鋼筋網(wǎng)

鋼筋網(wǎng)的間距應(yīng)滿足圖紙及規(guī)范要求，采用直徑為8 mm 的光面鋼筋，鋼筋保護(hù)層厚度不小于30 mm。鋼筋網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度應(yīng)為1～2 個(gè)網(wǎng)孔，亦不應(yīng)小于200 mm。

4 優(yōu)化調(diào)整后的施工技術(shù)方案

6-5 號(hào)支洞在明挖段開挖過程中，松散層中孔隙潛水普遍出露于覆蓋層下部，含水層連續(xù)穩(wěn)定，開挖邊坡出現(xiàn)大量滲水，局部呈線狀流出，出水量較大，且滲流影響范圍較大，支洞又是下坡洞，對(duì)開挖極為不利，施工條件極差，安全隱患大。為保證施工安全，現(xiàn)調(diào)整進(jìn)洞方案。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮原設(shè)計(jì)圖紙6-5 號(hào)支洞洞口頂部覆蓋層較?。s20 cm），為使開挖安全順利進(jìn)行，擬將進(jìn)口明挖段開口線沿軸線進(jìn)洞方向延長(zhǎng)至支T0+018.5 m（征地界線樁號(hào)為支T0+023.5 m），采用1∶2 放坡，進(jìn)洞口樁號(hào)調(diào)整為支T0+014.0 m，調(diào)整后進(jìn)洞口覆蓋厚約2.1 m。6-5 號(hào)施工支洞計(jì)劃分為3 個(gè)施工段：

1）明挖段：施工時(shí)，先采用無壓非完整井的環(huán)狀深井井點(diǎn)降水，在進(jìn)洞口0-053.52～0+018.50 m段兩側(cè)形成孔徑400 mm、間距20 m、孔深10.0～14.0 m 的深井，降低地下水位線以后開始明挖施工，分層開挖支護(hù)，層厚不超過3 m，保證邊坡安全。明挖完成以后，考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地下水出露情況，為保證后期（尤其是冬季通行安全保證）洞挖施工順利進(jìn)行，減少因地下水位降低影響農(nóng)地耕作及對(duì)環(huán)境影響，明挖段采用鋼筋混凝土明洞封閉滲水，施工時(shí)段與洞挖段同步進(jìn)行，進(jìn)入冬季施工前全部完成。

2）進(jìn)口大管棚段（0+014.00～0+036.80 m）：支洞口采取φ 108 mm自進(jìn)式大管棚進(jìn)洞方式。大管棚通過導(dǎo)向墻施工，與洞軸線外夾角按照1°～3°控制，沿頂拱中心向兩側(cè)直墻以下1 m布置1環(huán)，共布置39 根，間距30 cm；鋼花管上鉆注漿孔，孔徑15 mm，孔間距20 cm，梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段3 m。管棚內(nèi)置3根C22 mm的錨筋束，管棚采用純水泥漿液封閉，水灰比1∶1，灌漿壓力0.5～1.0 MPa。管棚掏挖待灌漿完成后待強(qiáng)1 d 后開始，采用“預(yù)留核心土法”，先挖出頂拱，待完成頂拱支護(hù)后，再分2 次分別掏挖左右邊墻，待全部支護(hù)完成后，最后清挖核心土，管棚掏挖按照每次進(jìn)尺不大于50 cm控制。

3）洞挖段：大管棚掏挖完成后即進(jìn)入洞挖段施工，洞挖施工仍采用“預(yù)留核心土”分臺(tái)階施工。支T0+014.00～支T0+132.00 m 段位于全風(fēng)化層內(nèi)及支0+158.20～支0+168.20 m 段為主支交叉口加強(qiáng)段，鋼支撐參數(shù)由設(shè)計(jì)間距80 cm 調(diào)整為50 cm，其余段依據(jù)施工圖紙執(zhí)行。根據(jù)洞室實(shí)際圍巖自穩(wěn)情況，無法自穩(wěn)段增加水平固結(jié)灌漿對(duì)圍巖預(yù)加固處理，預(yù)加固灌漿孔沿頂拱頂部布置，環(huán)向間距30 cm，外插角10°～15°，單根長(zhǎng)8 m，注漿壓力0.5～1.0 MPa。為保證施工進(jìn)度，如不自穩(wěn)段較長(zhǎng)，可根據(jù)情況采用地面布垂直孔進(jìn)行預(yù)固結(jié)，當(dāng)圍巖轉(zhuǎn)好，具備自穩(wěn)條件時(shí)，取消超前預(yù)加固處理，只按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，循環(huán)進(jìn)尺以不超過80 cm 控制。

5 主要施工方法

5.1 明挖段施工方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，6-5 號(hào)支洞明挖段覆蓋層均為粗砂層及級(jí)配不良礫，厚度約6.60 m；根據(jù)地勘資料顯示，基巖為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r，全風(fēng)化分布厚度約7.70 m；強(qiáng)風(fēng)化層分布厚度約6.20 m，其下為弱風(fēng)化層。調(diào)整后明挖段開挖邊坡最大高度約9.5 m，施工過程中擬先采用井點(diǎn)降水法降低開挖范圍內(nèi)土層地下水位線，便于明挖段邊坡開挖及初期支護(hù)，待邊坡支護(hù)完成后，安排冬季前完成鋼筋混凝土明洞施工，與支洞洞身段連接。

1）降水施工。采用無壓非完整井的環(huán)狀深井井點(diǎn)降水，共設(shè)置6 口深井降水，每口井配置1 臺(tái)175QJ80-33/11 潛水泵，流量為80 m3/h，揚(yáng)程33 m，功率11 kW。設(shè)置總管線路，各井點(diǎn)排水匯入洞口施工區(qū)三級(jí)污水沉淀池內(nèi)處理。

2）土石方明挖。按照測(cè)量放樣開挖線，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)，采用液壓反鏟開挖土方、人工配合，自上而下分層開挖，每層開挖的高度不超過3 m。同一層面開挖施工，按照“先上層耕植土清理，后土方開挖，再邊坡防護(hù)”的順序進(jìn)行。接近設(shè)計(jì)坡面時(shí)，預(yù)留20 cm 厚的余量，進(jìn)行人工修整，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。開挖完成后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)封閉，保證邊坡穩(wěn)定。

3）明挖段邊坡防護(hù)。為保證施工安全、節(jié)約投資和便于施作，參建單位現(xiàn)場(chǎng)查勘后決定調(diào)整洞口明挖段邊坡支護(hù)參數(shù)：φ 22 mm 鋼筋土釘，單根長(zhǎng)L=3.2 m（含外露20 cm），間排距1.0 m，梅花形布置；邊坡頂部設(shè)壓邊混凝土，距開口線0.8 m處埋設(shè)φ 22 mm 鋼筋土釘，間距1 m，單根長(zhǎng)3.2 m（含外露20 cm），φ 12 mm鋼筋網(wǎng)間距20 cm×20 cm，噴混寬1.0 m、厚20 cm；垂直高度不足3 m 的兩側(cè)邊坡，采用長(zhǎng)50 cm、間排距1 m 的土釘；邊坡布置φ 12 mm 鋼筋網(wǎng)間距20 cm×20 cm，土釘墊板參數(shù)與原設(shè)計(jì)砂漿錨桿墊板一致。

5.2 鋼筋混凝土明洞施工

根據(jù)6-5 號(hào)支洞補(bǔ)勘地勘資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開挖揭露情況，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，明挖段縱坡為13.13%，考慮冬季明挖段底板易結(jié)冰，影響支洞通行，為保證冬季施工安全，計(jì)劃明挖段開挖初支完成后，減少因地下水位降低影響農(nóng)地耕作及對(duì)環(huán)境影響，明挖段采用鋼筋混凝土明洞封閉滲水，與支洞洞身連接。明洞沿支洞軸線方向布置，采購C25 商品混凝土二級(jí)配泵送，鋼筋混凝土明洞進(jìn)口底板高程為311.1 m，凈空尺寸6 m×6 m。

明洞具體施工參數(shù)為：樁號(hào)T0-053.52～T0+012.0 m，單孔布置6 m×6 m（凈寬×凈高），進(jìn)口設(shè)素混凝土圍堰體1 座，高0.5 m，長(zhǎng)3.0 m，坡度1∶4，進(jìn)口底板高程為311.1 m，明洞采用C25W6F50混凝土二級(jí)配，底板厚60 cm，邊頂拱厚40 cm。鋼筋混凝土明洞強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行石渣回填。

鋼筋混凝土明洞施工完成后，進(jìn)行砂礫石回填，以及腐殖土覆蓋。明洞兩側(cè)回填施工時(shí)，應(yīng)該保持明洞兩側(cè)均勻上升并夯實(shí)，避免因不均勻受力造成明洞墻身側(cè)向位移或破壞；混凝土明洞長(zhǎng)度方向每12 m 設(shè)1 道沉降縫，縫寬20 mm，沉降縫采用適用于變形縫的橡膠止水帶止水。橡膠止水帶為適用于變形縫用止水帶，其厚度不小于8 mm。

5.3 大管棚施工

大管棚進(jìn)洞，先施工導(dǎo)向墻，布置導(dǎo)向管，然后再沿導(dǎo)向管施工管棚。為保證管棚施工剛度，于導(dǎo)向墻內(nèi)設(shè)工字鋼架，間距0.4 m，拱架安裝時(shí)，沿環(huán)向布置8 根C22 鎖定錨桿，單根長(zhǎng)3.2 m，“L”型與拱架焊接，鋼架間縱向采用C22 鋼筋按環(huán)向1.0 m 間距布置。導(dǎo)向管采用直徑為150 mm 的無縫鋼管，其壁厚為5 mm，導(dǎo)向管的長(zhǎng)度是2.0 m，環(huán)向間距跟管棚間距一致。

開挖面在管棚注漿前采用噴射混凝土方式封閉，形成止?jié){墻，防止?jié){液回流影響注漿效果，噴射混凝土的強(qiáng)度為C20，厚12 cm。

鉆孔采用CM358 鉆機(jī)進(jìn)行，管棚施工采用跟管方式施工，一次成型，先施工奇數(shù)后施工偶數(shù)，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1 m。管棚采用外徑為φ 108 mm、壁厚6 mm 的熱軋無縫鋼管，管棚管壁四周鉆φ 15 mm 注漿孔，間距20 cm 梅花形布置，尾部不鉆孔的止?jié){段長(zhǎng)210 cm。在φ 108 mm鋼管內(nèi)設(shè)3 根C22 mm 的加強(qiáng)筋，中間設(shè)φ 25 mm注漿管，通長(zhǎng)布置。

5.4 超前固結(jié)灌漿

根據(jù)前期地勘資料揭露，6-5 號(hào)支洞0+036.80～0+177.23 m 段洞室多處于基巖全～強(qiáng)風(fēng)化層中，上層主要為砂礫石層，下層全風(fēng)化巖芯多呈散體泥化物夾風(fēng)化碎石，泥化物多呈軟塑～可塑狀，局部位置泥質(zhì)與碎石膠結(jié)呈柱狀，用手可輕易掰碎，風(fēng)化碎石多呈棱角狀，裂隙面呈黃褐色；強(qiáng)風(fēng)化層巖芯破碎，多呈碎塊狀，局部為短柱狀，裂隙節(jié)理發(fā)育，裂隙面多呈褐色，巖體完整性多屬于破碎～極破碎，圍巖類別以Ⅴ類為主。支洞埋深淺，地下水位較高，隧洞成洞條件差，施工安全隱患較大。施工過程中，根據(jù)圍巖情況，不能自穩(wěn)部分洞段采取超前固結(jié)灌漿方式處理圍巖，再進(jìn)行洞挖施工。

5.5 阻水灌漿

施工過程中可能遭遇地下水豐富、地質(zhì)條件差的不良地質(zhì)段，掌子面施工爆破結(jié)束后可能存在滲水或較大出水、涌水等情況發(fā)生。為確保施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，保證施工人員、設(shè)備安全，擬采用阻水灌漿方法解決隧洞突水、突泥等，保證施工正常進(jìn)行。

5.6 洞挖支護(hù)施工

采用預(yù)留核心土分臺(tái)階法開挖，并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。施工時(shí)，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不超過1.0 m，開挖后及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行噴混凝土封閉；預(yù)留核心土面積大小不宜低于開挖斷面面積的50%；開挖后及時(shí)進(jìn)行鋼支撐安裝，每?jī)砷摷苤g采用鋼筋連接，并應(yīng)加鎖腳錨桿；分上下和左右臺(tái)階開挖，先開挖上部弧形，完成初期支護(hù)后，再開挖左（右）邊墻，最后再開挖右（左）邊墻，上部弧形、左右側(cè)墻部、中部核心土開挖錯(cuò)開2 m；二期混凝土襯砌距離掌子面開挖支護(hù)不宜超過30 m。

開挖時(shí)，底部視現(xiàn)場(chǎng)圍巖及出水情況，局部鋪設(shè)50～80 cm 厚級(jí)配碎石換填，輔助開挖。支護(hù)采用小導(dǎo)管注漿預(yù)加固+型鋼拱架支護(hù)+噴錨網(wǎng)支護(hù)方式：注漿小導(dǎo)管為φ 42 mm×4、L =5 m，沿頂拱布設(shè)，環(huán)向間距30 cm，縱向每3～4 榀拱架布置一環(huán)（200～240 cm）；鋼拱架I16、間距0.5～0.8 m，縱向采用C22 鋼筋連接，鋼筋間距為1 m；系統(tǒng)錨桿HRB400，直徑22 mm，L =3.2 m（含外露20 cm），錨桿環(huán)向間距1 m，縱向與鋼拱架間距一致，梅花形布置，錨桿末端做成L 狀，與拱架焊接牢固；鋼筋網(wǎng)φ 12 mm@20 cm×20 cm，噴C20 混凝土，厚度20 cm。