水工隧洞穿越砂壤地層技術應用

摘 要：淺埋暗挖穿越砂壤地層應提前做好地質超前預報工作，在施工時，應嚴格遵循“管超前，嚴注漿，短進尺，強支護，快封閉，勤量測”的原則，充分調動圍巖的自穩能力，盡快閉合成環，及時背回填灌漿，實時監控量測，以達到安全、經濟、快速的施工目的。

關鍵詞：南水北調；水工遂洞；淺埋暗挖；砂壤地層

中圖分類號：TV554+.12 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.138

南水北調中線工程京石段應急供水工程（惠南莊～大寧段）水工隧洞在北京市房山區長陽鎮穿越京石高速公路，隧道長為69 m，隧洞上部平均覆土厚度為5.3 m。隧道結構形式為正圓形并聯兩洞，開挖直徑為6 m，兩洞中心軸距為4.85 m。在施工方案中，采用淺埋暗挖施工工藝，初襯結構為C30鋼格柵噴射混凝土，內徑為5.4 m。

隧道所在地層比較簡單，主要為第四系全新統砂壤土結構，具有弱透水性，自穩能力比較差等。連接隧洞兩側槽底標高都低于隧洞下拱2 m以上，隧洞開挖施工時不存在施工降水問題。本文主要介紹了淺埋暗挖工藝成形技術在隧洞砂壤地層中的應用情況。

1 隧洞開挖方法

在遂洞穿越的砂壤地層中，層間多夾黏土、粉砂，自穩能力比較差。為了減少施工開挖擾動，加強隧洞支護，在施工方案中采用CD法開挖。CD法是在隧洞全斷面開挖的基礎上增加水平支撐和豎向支撐，并與環向格柵支撐相連接，分成4個獨立開挖區域，縮少施工擾動，以提高開挖的安全程度。采用CD法施工時，同側上下導洞的開挖距離不宜過長，也不宜過短，過長，因出渣時間較長而延長仰拱封閉時間，進而影響施工效率；過短，則會擾動相鄰導洞周圍土體的穩定性，增加不安全因素。根據以往隧洞暗挖施工經驗和土層情況，施工方案中確定各導洞間前后開挖錯距為6 m。具體施工步驟是：①左上導洞土體開挖和支護時，沿該導洞向前打設直徑為32 mm的超前小導管，注射水泥-水玻璃雙液漿超前支護，開挖該導洞土方，開挖步距為0.5 m，架設鋼格柵及水平和豎向支撐，形成一個閉合支撐環，并打設鎖腳錨管，掛設鋼筋網片，噴射C30混凝土，完成該導洞一個開挖支護循環。②在左上導洞進尺6 m后，進行左下導洞土體開挖和支護，開挖步距與左上導洞相同，為0.5 m。架設鋼格棚和豎向支撐與左上導洞支撐焊接連接，掛網噴射C30混凝土，左側上下導洞襯砌閉合連接。③在左下導洞進尺6 m后進行右上導洞土體開挖和支護，與左上導洞一樣，打直徑為32 mm的超前小導管，注射水泥-水玻璃雙液漿，開挖該導洞土方，開挖步距0.5 m，架設鋼格柵和水平支撐，并與左上導洞格柵和水平支撐相連接。同時，要打鎖腳錨管，掛網噴射C30混凝土。④在右上導洞進尺6 m后進行右下導洞土體開挖和支護，開挖步距為0.5 m，并支設格柵，與相鄰格柵和支撐相連接，掛網噴射C30混凝土。此時，主洞初襯已封閉相對穩定的環狀支護，以此工序循環，至隧洞貫通。當初襯混凝土達到設計強度時，要拆除水平支撐和豎向支撐。

2 小導管注漿超前加固

采用地質雷達探測預報開挖面前方的地層，判明地層的基本情況，根據土體情況選用注漿漿液種類和配合比。通過超前小導管注漿改善圍巖的受力狀況，減少圍巖的松弛變形。

在砂壤地層中施工，采用超前小導管支護預加固地層，用注漿土體膠結成拱形承載體。在超前小導管和加固體的作用下開挖，能有效地控制塌方。

一般情況下，小導管采用直徑為25 mm、長度為2.25 m的無縫鋼管制作，端頭花管長為1.0 m。出漿端制成封閉錐形，在花管段四周每隔20 cm鉆8 mm的出漿孔。小導管沿隧洞開挖上拱180°布置，其環向間距為0.3 m，外插角為18°～22°，打入后縱向搭接長度為1.0 m。注漿壓力應根據現場工藝試驗確定為0.30～0.35 MPa，并將充填系數控制在0.3～0.35.

3 鋼格柵加工質量

支撐體系是由鋼格柵和噴射混凝土組成的，最終共同成為隧洞的永久結構，因此，必須嚴格控制格柵加工和安裝質量。鋼格柵在加工廠制作完成并試拼合格后，運至現場安裝前，必須通過二次驗收。鋼格柵在開挖完成后緊跟安裝，安裝時，使用儀器精確定位，使格柵安裝的標高、中線、傾斜度都符合設計和規范的要求。格柵間采用螺栓連接，拱部格柵安裝前，應清除拱腳下的虛碴和其他雜物，格柵腳部采用砼塊墊實。安裝完成后，要嚴格檢查格柵間間距、鋼格柵縱向和環向之間連接、鋼格柵拱腳處臨時支撐和拱腳處鎖腳錨管的打設情況。

4 噴射混凝土

隧洞噴射混凝土采用潮噴工藝施工，格柵安裝完成后，開始噴射混凝土。由于格柵鋼筋比較密集，混凝土噴射時回彈比較大，容易出現不密實的情況。為了保證噴射混凝土的質量，施工方案中采取用分層噴射的方式，一次噴射厚度控制7 cm之內。

混凝土噴射機安裝好后，先試噴清除管道內雜物，隨后用高壓風吹掃受噴面，清除受噴面上的灰塵，然后開始噴射混凝土，噴射壓力為0.3～0.5 MPa。在此過程中，噴頭與受噴面要保持垂直，噴頭與受噴面的距離為0.5～1.0 m，噴射規跡應自上而下呈螺旋形移動，后一圈壓前一圈1/3.如果遇到受噴面被鋼筋網片、格柵遮擋時，可將噴頭稍微傾斜，上一層初凝后噴射下層混凝土，完成后的噴射面應平整順直。

5 回填灌漿

初襯完成后，要及時背后回填灌漿。回填灌漿可以填充初襯混凝土與圍巖之間的空隙，使初襯混凝土與圍巖共同承受其上部土體的壓力和控制地表沉降。回填灌漿范圍隧洞上部為270°范圍，回填灌漿管是用直徑為25 mm的無縫鋼管制作而成的，長度為0.5 m，縱向安裝間距為2 m，環向間距也為2 m，梅花型布置。

回填灌漿漿液為水泥漿，水灰比為0.5∶1，采用水泥單液注漿機灌注，灌漿壓力不宜過高，只要能克服管道阻力、初期支護間空隙阻力即可，一般為0.30～0.35 MPa。回填灌漿之前，先清孔，保證其管路暢通，灌漿順序應分段分序閉合進行。在灌漿過程中，要嚴格控制灌漿壓力。灌漿時，應由下游向上游、低端向高端緩慢推進，當灌漿壓力達到設計壓力并不再進漿時，持續穩壓5 min即可停止單孔灌漿，最后進行封孔作業。

6 加強現場監控量測

在開挖過程中，應監測地面和洞內斷面變形收斂情況，隨時掌握隧洞的變形，將數據整理和分析后形成的信息及時反饋到施工中，用以科學指導施工。

作者簡介：董國偉（1970—），男，山西忻州人，2016年畢業于大連理工大學水利水電建筑工程專業，主要從事水利工程管理方面的工作。

〔編輯：白潔〕