淺埋暗挖在南水北調穿京石高速公路中的應用

張建強

(北京翔鯤水務建設有限公司，北京 100192)

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程為南水北調中線京石段應急供水工程北京段惠南莊—大寧段穿越京石高速路隧洞，工程完成后洞穿PCCP管。位置在京石高速公路出京方向長陽入口處，穿越處與京石高速公路斜交為79°接近正交，總長為69m。隧洞斷面結構為兩聯單洞鋼筋混凝土圓洞，開挖洞徑 6.0m，一襯后洞徑 5.4m，內穿 4m 的PCCP管，PCCP管道與一襯之間填充C15混凝土，厚度為42cm。兩單洞平行布置，兩管道中心間距10.85m，兩洞結構凈距為4.85m，結構頂至高速路面覆土厚度約5.2m，隧洞作為其穿越高速路的套管。

1.2 工程水文地質情況

暗挖隧道所處的地層比較簡單，由上而下分別為:路面結構層0.8m，人工填土層1m左右，砂壤土層7.4～ 10.5m。砂壤土層以下為頁巖砂巖互層，層底高程29.94～32.11m。隧道結構底板標高36.2m左右，隧道處于砂壤土中。地下水位較高，2006年春鉆探水位為43.39m，冬季水位升高，年水位變幅2.0m左右，砂壤土具有弱透水性。

2 總體施工方案

鑒于穿越京石高速隧道在兩端采用明開法施工，在穿越段的兩端各做一個明挖放坡溝槽作為暗挖的工作坑，設馬道通向地面作為施工通道。工作坑護坡采用土釘墻噴射混凝土護壁方式，馬道坡度設置8%。

為了保證施工安全和控制路面沉降量，經專家論證采用單洞CD法對挖施工。先開挖左洞，貫通點設在高速路的中央隔離帶位置，在對挖的兩洞還剩1倍洞徑貫通時，一側的工作面停止開挖，封閉工作面，由另一側開挖貫通。一襯結構完成后，在隧道內安裝PCCP管道，然后回填C15混凝土。

3 進出口及大管棚施工

3.1 進出口洞臉施工方案

本工程淺埋暗挖工作基坑采取邊坡支護措施，在洞口預埋格柵環梁，可有效地維護洞口的穩定性。在施工土釘墻時，將伸入隧道內的錨桿切斷，并與格柵焊接。洞口采用土釘墻護壁，如圖1所示。

3.2 大管棚施工

3.2.1 管棚作用

淺埋暗挖施工作業中大管棚有三個作用:

a.暗挖作業的超前支護措施。

圖1 洞口布置示意圖

b.由于其存在，洞口邊坡更加穩定了，隧道跨度6m，兩條隧道的管棚水平投影寬度在13m以上，相當于基坑總寬度的50%以上，對土體的下滑傾向產生了巨大的抵抗作用。

c.將大管棚與基坑防護土釘墻的鋼筋網相連，可替代土釘，而且比土釘具有更大的抗拔力。

3.2.2 大管棚施工方法

本工程打管棚施工采用定向鉆技術，保證管棚的走向精度。管棚單根長度69m，采用熱軋鋼管，外徑φ108mm，壁厚6mm，環向間距300mm。為了確保管棚質量，采用有線導向儀，用楔板鉆頭，在鉆頭后面200mm的部位安裝探棒，有線連接到操作臺的顯示屏上，可以隨時監控孔內鋼管的方位角和傾角。如有偏斜，可以采用楔板鉆頭頂進糾偏，終孔偏差可以控制在5‰以內。鉆頭示意圖如圖2所示。

圖2 鉆頭示意圖

長管棚從西側向東一次打全長，為防止注漿時從另一側漏漿，東側基坑開挖深度至結構頂部1.5m位置(即高程44.213m處)，待管棚完成后再向下繼續開挖，西側洞臉開挖深度到7.23m(隧道半徑180°范圍)。

鉆孔采用跳孔方式，隔二鉆一，注漿時也用跳孔方式，防止串漿。大管棚注漿采用水泥水玻璃雙漿液，注漿會對管內及管外環狀間隙進行充填。當注漿壓力增大，漿液注入量變小時，停止注漿。注漿分兩步完成，當第一次注漿的漿液充分收縮后，進行第二次補漿，為使管棚填充密實，漿液可采用內摻外加劑的微膨脹漿液。

4 初襯施工方法及技術措施

4.1 淺埋暗挖施工方法

本隧道雖然開挖跨度較小，但為保證高速公路的絕對安全，采用CD法施工，每處暗挖面適合于臺階法施工，具體施工順序如下表所示:

CD法施工方法及步驟表

4.2 小導管施工

超前小導管注漿施工內容主要包括封閉工作面、鉆孔、安設小導管、注漿、效果檢驗等工序。

小導管采用φ32mm熱軋無縫鋼管，導管長2.25m，前端加工成錐形(25°～30°)，小導管中間部位鉆φ6～8mm溢漿孔，每排4孔，交叉排列，孔間距10～20cm。小導管呈梅花形打設，間距30cm，端頭花管0.5m，末端焊φ6環形箍筋，以防打設小導管時端部開裂，影響注漿管連接。

小導管仰角21°～23°，導管長2.25m，小導管注漿選用水泥水玻璃雙漿液，膠凝時間0.5h，漿液擴散半徑不應小于0.3m，在外輪廓線形成不小于0.8m的加固圈，注漿壓力由現場試驗確定，一般為 0.1～0.4MPa，超前小導管頂入鉆孔長度不應小于管長的90%。

4.3 漿液配制

本工程小導管注漿及大管棚注漿材料均采用水泥水玻璃雙漿液，其中單液水泥漿水灰比為1∶1，雙漿漿液體積比為1∶1，漿液按以下方法配制:

水泥漿配制應在攪拌機內進行，其投料順序為:在放水的同時將緩凝劑加入并攪拌，待水加至設計量后，繼續攪拌1min，然后投入水泥再進行攪拌。配制1m3單液水泥漿(水灰比 1∶1)用水 0.75m3，水泥用量約750kg。

水玻璃的稀釋:采用邊加水邊攪拌邊用波美計測量的方法進行，亦可用計算方法，先算出加水量，然后加入水攪拌均勻。

式中 d原，d配——分別為原水玻璃和預配水玻璃的比重，水玻璃比重與波美度的關系為

V水、V配、V原——分別為加水、原水玻璃和預配水玻璃的體積。

例如:將水玻璃be'40稀釋成be'35的漿液，根據以上公式稀釋1m3水玻璃應加水165L，原水玻璃用量835L。漿液的配制根據現場開挖土質情況隨時做相應的調整。

4.4 初期支護噴射混凝土

初期支護噴射混凝土在每步開挖后及時進行，縮短開挖面暴露時間，使其與工作面圍巖密貼。噴射混凝土作業時，噴嘴與受噴面應垂直，根據風壓的大小噴嘴與受噴面保持0.6～1.0m的距離。噴射混凝土應分段、分片、分層，從下向上順序進行，按螺旋軌跡及時均勻分層噴射，后一層應在前一層終凝后進行，但不得超過1h。噴射混凝土采用潮噴工藝，要求滿足《錨桿噴射混凝土支護技術規范》有關規定。

4.5 初襯背后回填注漿

因噴射混凝土施工工藝限制，初襯背后存在空洞和間隙，為減小地表沉降，需對初襯背后進行注漿充填。在噴射混凝土前預先在拱部埋設注漿導管，在噴射混凝土達到70%強度后開始回填灌漿，灌漿緊隨開挖工作面向前推進。

初襯背后回填注漿漿液采用水泥漿，回填灌漿應跟隨開挖工作面，并距開挖工作面5m的地方進行。注漿壓力控制在0.2～0.3MPa，在達到規定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續灌注5min即可結束。注漿導管采用φ25無縫鋼管，長度為700mm，外露200mm，環向間距2m呈梅花形布置。根據監控量測結果調整注漿間隔、次數及注漿壓力。灌漿結束后，應對往外流漿或往上返漿的灌漿孔進行閉漿待凝，待凝時間不少于24h。灌漿時應密切監視襯砌混凝土的變形，必要時采取相應措施。

回填灌漿的漿液水灰比按施工圖紙的要求確定，一序孔可灌注水灰比0.6(或0.5)∶1的水泥漿，二序孔可灌注1∶1和0.6(或0.5)∶1兩個比級的水泥漿。孔隙大的部位應灌注水泥砂漿，但摻砂量不應大于水泥重量的200%，水泥標號為P.O42.5，砂子粒徑不應大于2.5mm，漿液可采用內摻外加劑的水泥砂漿。

若回填灌漿因故中斷時，應及早恢復灌漿，中斷時間大于30min時，應設法清洗至原孔深后恢復灌漿，若此時灌漿孔仍不吸漿，則應重新就近鉆孔進行灌漿。灌漿結束后，應排出鉆孔內積水污水和污物，采用濃漿將全孔封堵密實和抹平，露出初襯混凝土表面的埋管應割除。

5 結語

本工程采用大管棚及小導管超前注漿施工，CD法暗挖施工減少開挖跨度，隧洞工程完工后京石高速路面沉降控制在13mm以內，滿足京石高速路面的沉降量控制在20mm以內的設計要求。在確保京石高速公路安全暢通的前提下，使得隧洞施工順利進行，保證了南水北調中線工程(北京段)如期通水試運行。實踐證明，大管棚及小導管超前注漿在砂壤土質等惡劣和特殊條件下隧洞施工中的應用是成功的。隨著隧洞工程在國內開展的增多，希望能進一步改進和完善施工技術，不斷推動隧洞工程安全施工的發展。

王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論［M］.安徽:安徽教育出版社，2004.