淺談富水、黃土狀粉質壤土隧洞大斷面開挖施工技術

翟 斌 劉萬榮

（中國水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450016）

1、概述

1 -1、工程概況

穿黃隧洞進口段位于隧洞進口建筑物以北，根據所處位置分A、B兩洞（左側為A洞，右側為B洞），兩洞結構形式相同。隧洞分兩期成型，一期結構尺寸按滿足盾構完成邙山隧洞掘進后出邙山要求設計，二期結構尺寸按隧洞過流要求設計。本方案主要敘述穿黃隧洞進口段一期施工的方法與措施。

穿黃隧洞進口段長35m，縱坡為4.91%。隧洞襯砌后斷面為圓形，進口漸變段長15m，洞直徑由11m漸變至9.4m，洞身段長20m，直徑9.4m，兩段砼襯砌厚度均為0.8m，洞身段末端另設1m厚砼堵頭。

1 -2、地質情況

穿黃隧洞進口段位于黃河南岸邙山嶺，原始地表高程為165～170m，經開挖后形成150m、140m、130m、120m四級馬道，邊坡坡比分為1：0.7和1：1兩種，馬道寬度2～23m不等。根據招標文件提供的地質資料，結合我部在隧洞進口區開挖情況，隧洞進口區地質情況如下：地層結構上部為alQ3黃土（⑥層、⑦層），厚25.65m，淺層黃土具有弱濕陷性，隨深度的增大，濕陷性降低，具中等壓縮，抗剪強度較高，發育有垂直節理。中下部為alQ3黃土狀粉質壤土（⑨上、⑨-1、⑨夾、⑨-2、⑨下層），層厚 25.23m，其中⑨-1、⑨-2兩層為飽和軟黃土狀粉質壤土，抗剪強度低。隧洞圍土由Q3黃土狀粉質壤土組成，夾有⑨-2黃土狀粉質壤土軟層，強度較低；隧洞底部為alQ2粉質壤土，土體致密，承載力較高，耐水性較好。隧洞進口區地下水位約140m，高出隧洞底板約37m，圍土滲透系數為1.0×10-5cm/s～1.0×10-4cm/s，具弱透水性。

1 -3、施工特點

⑴隧洞開挖斷面超過120m2，且A、B洞凈間距僅約16m，施工難度大。

⑵漸變段頂部覆蓋層薄，屬淺埋黃土隧洞，對洞身變形控制要求高；

⑶洞身低于原始地下水位近40m，受地下水影響；

2、施工方案

根據以上施工特點，結合本工程實際情況以及借鑒類似本工程的成功經驗（鄭西客運專線等大斷面黃土隧道施工），確定穿黃隧洞方案為：施工降水（深井真空降水，輕型井點降水）結合CRD法開挖。

3、施工方法

3.1 施工降水

⑴深井真空復合降水。在穿黃隧洞兩側130m馬道、120m馬道布置降水井8眼，井深50m～80m；沿隧洞正面140平臺及左側130平臺布置，間距10～14m。井深：井底設計高程為77m，低于洞底板25m，所有降水井均為真空降水井，孔徑600mm，其中井底（高程：77～82m）為5m沉淀管，高程82～112m為無砂管段，112m～126m（136m）為砼實管段，之上安裝鋼管。

⑵水平井。沿隧洞下半洞開挖線外側布置水平降水井，水平井深50m，成孔孔徑114mm，孔內安裝軟式透水管及鋼花管，孔口密封后使用真空抽水，以降低地下水位。A洞布置18孔，B洞布置12孔。

⑶輕型井點：殘余底下水位在洞內采用輕型井點輔助降水。

3.2 CRD法

CRD法施工順序圖

施工順序說明：左右上導洞1、2部開挖，再進行下導洞3、4部開挖，完成后開挖仰拱，完成仰拱后，暫停開挖，對掌子面進行封堵加固。然后進行砼內襯，完成前一段砼襯砌至上半洞后，恢復開挖施工，重復上述步驟。整體推進至終點，對掌子面進行鋼筋砼襯砌（砼厚度1m）封堵。

3.2.1 上導洞施工工藝

①左（右）拱部開挖及支護。在支護范圍拱部135°范圍，采用KHYD155AB型電動變速巖石鉆機干法鉆孔，一次性導向跟管鉆進，管棚鉆進到位后注漿。注漿漿液采用水泥一水玻璃雙液漿，在管棚支護范圍以外的洞周拱部及洞內臨時導坑拱墻布置超前錨桿，錨桿采用Φ25鋼筋，長度2.5m，間距20cm。拱部開挖斷面為半環形，留核心土，人工開挖，充分發揮掌子面的約束作用，增強開挖后的土體自穩能力。拱部臺階超前上導洞下部2～3m。并且每次開挖進尺與鋼拱架間距相匹配。每次進尺開挖完畢后，即刻快速進行鋼拱架及中隔墻立柱支立，鋼拱架采用Ⅰ20a工字鋼彎制，分段加工，拱架采用螺栓連接或鋼板焊接。拱腳部位每側兩根Φ25鎖腳錨桿，錨桿外露部位與鋼拱架焊接。鋼拱架間采用Ⅰ16工字鋼焊接連接，連接間距1.2m。為保證荷載合理傳遞，限制頂拱沉降，采用擴大拱腳法，即在鋼拱架底部墊預制砼板或木板，擴大基底受力面積。骨架間掛φ8@20×20cm鋼筋網片，鋼筋網掛設應在鋼拱架與土體之間。其搭接長度不應小于10cm，與鋼拱架點焊要牢固。噴射砼分層進行，每層厚度5cm左右，噴層總厚度要求達到20cm。

②上導洞側墻開挖支護。開挖高度3m，采用小型反鏟（0.2～0.5m3）開挖，小型自卸汽車運輸。雙側交錯開挖支護，先側墻，再中隔墻。每次開挖進尺原則為1榀型鋼間距，避免拱架同時懸空。每側開挖完成后，盡快接長鋼拱架，拱腳部位仍然墊預制砼塊及安裝鎖腳錨桿，然后掛網噴射砼。

③臨時仰拱封閉。每榀鋼拱架接長至隧洞腰線后，底部及時做臨時仰拱封閉，仰拱采用Ⅰ20a工字鋼，間距與洞身拱架一致，并與洞身拱架焊接為一個整體。仰拱間使用Ⅰ16工字鋼連接，間距3m，仰拱之間噴10cm厚C20砼。為改善支護結構受力，上導洞底部兩側做Ⅰ16倒角。

④輕型井點降水。在上導洞底板實施降水，采用輕型井點，根據開挖進尺向前推進。左導洞井點布置左右兩排，距邊墻30cm，縱向間距1.0m。井管采用Φ32.5mm鋼管，深度5～6m，外傾15°，底部3m鉆花管，花管孔徑8mm，開孔率不低于15%，外包100目濾網。輕型井點采用JSJ-60型真空泵抽水。右側導洞僅布置外側墻一排輕型井點。

3.2.2 下導洞施工工藝

①下半洞側墻開挖支護。下導洞施工實際為臺階開挖。開挖高度3.5m，施工工藝同上。采用小型反鏟（0.2～0.5m3）開挖，小型自卸汽車運輸。雙側交錯開挖支護，先側墻，再中隔墻。每次開挖進尺原則為1榀型鋼間距，避免拱架同時懸空。每側開挖完成后，盡快接長鋼拱架，拱腳部位仍然墊預制砼塊及安裝鎖腳錨桿，然后掛網噴射砼。為確保臺階以上洞體穩定，每榀鋼拱架接長至下導洞底板后，底部及時做臨時仰拱封閉，仰拱采用Ⅰ20a工字鋼，仰拱間使用Ⅰ16工字鋼連接，間距3m，仰拱之間噴10cm厚C20砼。同時，根據地下水位情況和開挖進尺，確定在下導洞底板兩側布置輕型井點。

②仰拱開挖支護。仰拱分左右兩側分別開挖，先左后右，逐榀進行。采用小型反鏟結合人工快速開挖，完成后立即施作鋼拱架、中隔墻立柱、錨桿、噴砼等支護，左右形成封閉后，拆除下導洞臨時仰拱。中隔墻及上導洞仰拱在開挖完成后不予拆除，待砼襯砌完成后拆除，目的一是穩定洞室，二是作為砼襯砌施工平臺。

4、隧洞砼襯砌。隧洞襯砌分段進行，在設計兩段基礎上分段，進口漸變段分兩段，每段長度7.5m，標準段分兩段，每段開挖完成后，暫停隧洞開挖，先進行該段砼襯砌。砼分層施工，大致按開挖分層自下而上進行共分四層：底拱、下半洞側墻、上半洞側墻、頂拱。

5、體會。①施工降水結合CRD法開挖，適用于地下水富余及開挖斷面大的粉質壤土隧洞。②在對富水、粉質壤土隧洞施工時，要嚴格遵循"先降水、短臺階、少進尺、弱開挖、勤觀測、強支護、早成環"的原則。③地下水位高的土質隧洞開挖時，要注意保留核心土，同時也要做臨時仰拱，這樣可以有效的保持拱頂穩定，確保施工人員安全。④對于這種開挖斷面大的土質隧道，二次砼襯砌要跟緊，一定要做到開挖一段襯砌一段的原則。

[1]田洪，吳俊，葉家付.長河壩電站特大涌水條件下大斷面隧洞開挖施工.四川水力發電，2008年4期.