特小斷面長(zhǎng)距離土質(zhì)隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

特小斷面長(zhǎng)距離土質(zhì)隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

以石山口灌區(qū)南干六支渠新建隧洞的施工過(guò)程為研究對(duì)象，以施工設(shè)計(jì)為依據(jù)，以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為指導(dǎo)，重點(diǎn)研究應(yīng)用了超前支護(hù)、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護(hù)等地下暗挖施工工藝，現(xiàn)場(chǎng)的施工效果表明：超前小導(dǎo)管、注漿加固圍巖的超前支護(hù)、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護(hù)的初期支護(hù)措施在豫南地區(qū)土質(zhì)隧洞地下暗挖工程施工中是適用的，同時(shí)提出了注意要點(diǎn)，為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供了借鑒。

土質(zhì)隧洞；暗挖；施工

1 工程概況

羅山縣石山口灌區(qū)節(jié)水配套改造工程南干六支渠0+980～1+730段隧洞為20世紀(jì)70年代初人工修建。隧洞埋深12～22m，粉質(zhì)粘土圍巖，當(dāng)時(shí)采取的是人工洞挖土方，預(yù)制混凝土管片跟進(jìn)襯砌的工藝建設(shè)而成，洞內(nèi)徑為1.50m。此次改造的原設(shè)計(jì)方案為拆除老混凝土襯砌，改建為內(nèi)徑2.00m，襯砌厚度為0.30m的鋼筋混凝土隧洞。

項(xiàng)目于2016年2月中旬完成招投標(biāo)程序，施工單位于3月份進(jìn)場(chǎng)工作。經(jīng)入洞查勘，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)現(xiàn)狀在軸線上左右搖擺幅度很大，在高程上前后起伏很大。為進(jìn)一步了解隧洞土質(zhì)現(xiàn)狀，施工人員對(duì)洞內(nèi)原預(yù)制混凝土管片襯砌進(jìn)行試拆除，僅僅在頂部拆除了4塊管片，長(zhǎng)度約1.30m，上部土方就大量脫落，封堵了整個(gè)洞徑。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的運(yùn)行，洞身圍巖已經(jīng)在水的滲透下深度松散失穩(wěn)。鑒于洞內(nèi)軸線、高程偏差很大以及拆除原襯砌后圍巖的嚴(yán)重坍塌之現(xiàn)狀，若進(jìn)行原洞改造，需對(duì)洞內(nèi)軸線、高程進(jìn)行調(diào)整且施工安全風(fēng)險(xiǎn)很大。參建單位溝通后，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)整：距離原洞軸線右側(cè)約10m處重新開(kāi)挖新洞，原洞作為施工導(dǎo)流洞。

新建隧洞全長(zhǎng)約780m，中間均布2個(gè)直徑2.00m的通風(fēng)井。隧洞橫斷面型式設(shè)計(jì)為城門洞型，凈寬2.00m，起拱線高1.00m，矢高1.00m，凈高2.00m。隧洞采取噴錨暗挖法掘進(jìn)，采用超前小導(dǎo)管（洞口及部分軟弱地基段進(jìn)行注漿加固）、鋼拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護(hù)的初期支護(hù)型式。

2 總體施工安排

隧洞按照設(shè)計(jì)采取初期支護(hù)措施從進(jìn)出口兩頭相向掘進(jìn)，貫通后采用鋼模臺(tái)車進(jìn)行二次襯砌工作。通風(fēng)井在隧洞進(jìn)尺到設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行人工挖孔、預(yù)制鋼筋混凝土管跟進(jìn)襯砌的方法實(shí)施。見(jiàn)表1。

表1 隧洞初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 施工方法

3.1 洞口施工

3.1.1 洞頂截水溝施工

作業(yè)面清表，在邊仰坡邊線往外2.00m用白灰標(biāo)出截水溝位置，小型挖掘機(jī)開(kāi)挖截水溝，人工修理邊坡及溝底。截水溝凈尺寸為底寬60cm，高60cm的梯形溝，邊坡及溝底磚砌體砌筑。

3.1.2 洞口開(kāi)挖

截水溝完成后，開(kāi)挖洞口土方。挖掘機(jī)開(kāi)挖邊仰坡，一次開(kāi)挖至拱頂高度，邊仰坡坡度最大控制在1：1以內(nèi)，開(kāi)挖完后進(jìn)行錨噴支護(hù)。錨桿為Φ22砂漿錨桿長(zhǎng)4.00m，間距1.50m×1.50m；鋼筋網(wǎng)為￠6@250mm×250mm；C20噴射混凝土厚度為10cm。邊仰坡頂至截水溝邊沿采用5cm素噴，封閉地表。第二步開(kāi)挖從拱頂往下開(kāi)挖至拱腳處，開(kāi)挖高度2.00m，將整個(gè)洞臉挖出，以便施作洞口小管棚。采用錨噴聯(lián)合鋼板樁支護(hù)。

3.1.3 洞口小管棚施作及圍巖加固

洞口開(kāi)挖完成后進(jìn)行小管棚施工。首先，按照設(shè)計(jì)測(cè)量出洞口工字鋼拱架的中心位置及鋼架兩側(cè)底腳高程，將兩榀12#工字鋼拱架準(zhǔn)確定位，徑向間距為1.00m。兩側(cè)底腳、拱腰及拱頂各設(shè)置一根定位錨桿，錨桿與鋼架焊接，兩榀鋼架間焊接連接筋。鋼架內(nèi)側(cè)掛竹膠板，外側(cè)掛鋼筋網(wǎng)片，之后沿鋼架外圍噴射混凝土如此形成簡(jiǎn)易混凝土導(dǎo)向墻。

超前小導(dǎo)管為D42無(wú)縫鋼管,梅花狀布置溢漿孔，采用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)頂入。在洞口淺埋段及部分軟弱地層段采取小導(dǎo)管注漿加固圍巖。根據(jù)隧洞圍巖土質(zhì)為粘性土的情況，采取Y2B型注漿泵高壓劈裂灌注水泥漿進(jìn)行圍巖加固。

3.2 隧洞暗挖施工

3.2.1 工序安排

隧洞暗挖每個(gè)進(jìn)尺按照土方洞挖、初期支護(hù)兩個(gè)工序循環(huán)進(jìn)行，具體工作程序?yàn)椤贸靶?dǎo)管打入→小導(dǎo)管注漿（洞口及軟弱地質(zhì)條件處）→土方洞挖→安裝鋼拱架→焊連接筋→掛網(wǎng)片→打錨桿→噴射混凝土→土方洞挖，從進(jìn)出口兩個(gè)方向如此循環(huán)進(jìn)尺，直至隧洞貫通。隧洞暗挖施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。

3.2.2 土方洞挖施工方法

洞徑開(kāi)挖尺寸為2.64m，每個(gè)工作面選用1臺(tái)礦用扒渣機(jī)進(jìn)行土方洞挖，人工手持風(fēng)鏟配合挖邊角并修整開(kāi)挖輪廓線，小型機(jī)動(dòng)三輪車外運(yùn)土方。采用全斷面暗挖法施工，考慮洞口淺埋段存在偏壓，圍巖穩(wěn)定性差，每次開(kāi)挖進(jìn)尺按照按0.80～1.00m控制，淺埋段過(guò)后視土質(zhì)情況每次進(jìn)尺控制在0.80～1.50m之間。淺埋段的界定按照拱頂埋深小于2倍的洞徑跨度控制。

3.2.3 初期支護(hù)施工方法

土方洞挖完成一個(gè)進(jìn)尺后，立即進(jìn)行初期支護(hù)的工作。

首先安裝工字鋼拱架。拱架為閉合的城門洞型，內(nèi)徑2.40m，加工時(shí)分為4節(jié)，上部弧形拱為一段，兩側(cè)直墻各一段，下部底梁為一段。安裝時(shí)，先在兩側(cè)拱底位置垂直向圍巖內(nèi)部打入一根￠22固定錨桿，入土長(zhǎng)度100cm左右，外露長(zhǎng)度12cm，將弧形拱架焊接在定位錨桿上，接著將下部底梁安置好，再將兩側(cè)墻直段工字鋼同拱架和底梁焊接在一起，形成一個(gè)整體。

接著焊接兩個(gè)拱架之間的連接筋。根據(jù)拱頂?shù)敉燎闆r，連接筋環(huán)向間距拱頂段為0.50m，側(cè)墻段為1.00m；鋼筋網(wǎng)片提前編好，安裝在連接筋的外側(cè)，用鑿巖機(jī)打入系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿，錨桿端頭同鋼筋網(wǎng)焊接在一起，確保鋼拱架、連接筋、錨桿及鋼筋網(wǎng)片形成受力整體。

最后人工噴射混凝土。噴混凝土所用水泥、骨料、水、外加劑等按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求控制。噴射方向與受噴面的夾角近似90°，盡可能減小回彈量。噴頭與受噴面的距離控制在1.00m左右。噴混凝土?xí)r要自下而上，左右擺噴。調(diào)節(jié)好噴射用水量，控制好噴射風(fēng)壓。噴混凝土的厚度控制以正好將工字鋼拱架覆蓋為準(zhǔn)。噴射混凝土施工完成后約40min，待洞內(nèi)污染空氣置換完成，混凝土有一定強(qiáng)度后，洞挖施工作業(yè)隊(duì)進(jìn)洞開(kāi)始下一個(gè)進(jìn)尺的土方開(kāi)挖。

3.2.4 隧洞暗挖施工的輔助工作

洞內(nèi)的高壓供風(fēng)、通風(fēng)、照明、動(dòng)力線路布置、排水、洞內(nèi)臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)以及施工安全監(jiān)測(cè)等都是暗挖施工必須的輔助工作。噴射混凝土采用12m3/min空壓機(jī)，風(fēng)鏟配置了小空壓機(jī)；風(fēng)壓隨供風(fēng)距離的增加而逐步減弱，當(dāng)風(fēng)壓無(wú)法滿足施工要求時(shí)，將空壓機(jī)轉(zhuǎn)移至中間通風(fēng)井位置，風(fēng)管從通風(fēng)井進(jìn)入以保證風(fēng)壓足夠。施工通風(fēng)適用的風(fēng)機(jī)為11kW離心風(fēng)機(jī)，使用的風(fēng)管從帆布管更換為直徑30cm的軟塑料管，減小了阻力，增加了供風(fēng)的距離，也保證了工作面的空氣質(zhì)量。洞內(nèi)照明采取36V低壓照明，燈具為防潮防碰的LED燈，串聯(lián)布置，間距5m。洞內(nèi)部分地段土壤含水量較大，地下水位較高，根據(jù)具體情況在側(cè)墻邊開(kāi)挖小的集水井，水泥砂漿砌磚，頂裝蓋板，集水井之間埋設(shè)PVC管（鉆孔、纏紗網(wǎng)）連接，將地下水排至洞口大集水井內(nèi)，在水泵上安裝水位控制器自動(dòng)抽排。

隧洞總長(zhǎng)度達(dá)到780m，隨著進(jìn)尺的深入，小空壓機(jī)、混凝土噴射機(jī)、電焊機(jī)、鑿巖機(jī)等小型支護(hù)設(shè)備在土方開(kāi)挖運(yùn)輸時(shí)無(wú)處藏身，跟隨支護(hù)工序頻繁進(jìn)出洞嚴(yán)重影響施工效率，采取了在洞內(nèi)按照每50m的間距開(kāi)鑿側(cè)洞作為臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)，解決了這一問(wèn)題。隧洞開(kāi)挖尺寸小，洞內(nèi)風(fēng)管、動(dòng)力、照明管線眾多，若布置不好也會(huì)嚴(yán)重影響施工效率。在鋼拱架固定位置焊接風(fēng)管固定鋼圈及管線掛鉤，各種風(fēng)電管線布置井井有條，避免了剮蹭，保證了施工安全及工作效率。

4 工程施工情況

設(shè)計(jì)變更于2016年10月批復(fù)，施工單位組織專項(xiàng)施工方案評(píng)審后于11月份開(kāi)始組織施工。從進(jìn)出口兩頭相向掘進(jìn)。由于進(jìn)口右上方有一口大水塘，存在嚴(yán)重的滲漏，經(jīng)多次防滲處理及邊坡加固，施工過(guò)程中仍然發(fā)生右側(cè)邊坡整體滑坡洞口被埋的情況，采取了現(xiàn)澆箱涵向上游延伸洞口，遠(yuǎn)離滲漏，洞口外側(cè)配合鋼板樁支護(hù)措施，解決了洞口滑坡的困擾。

目前，隧洞進(jìn)出口兩個(gè)工作面每天各完成2次循環(huán)進(jìn)尺，每次進(jìn)尺約1.50m，每日完成進(jìn)尺6m左右，已累計(jì)完成進(jìn)尺約400m，已完成的暗挖段各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)正常，支護(hù)措施可靠。

5 總結(jié)

實(shí)踐證明，豫南地區(qū)特小斷面土質(zhì)隧洞采用超前支護(hù)加鋼拱架支撐及錨噴的聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行地下暗挖的施工方法是合適的，施工工藝和技術(shù)安全可靠；在隧洞進(jìn)出口淺埋段及部分地質(zhì)條件較差的圍巖段實(shí)施小導(dǎo)管注漿加固圍巖是必要的，否則可能造成冒頂式塌方；在地質(zhì)條件一般(土壤存在明顯裂隙）、無(wú)地下水（或極少量裂隙水）的圍巖段，超前小導(dǎo)管可沿開(kāi)挖輪廓線打入（若角度插入會(huì)形成剪切面），對(duì)開(kāi)挖面形成預(yù)支撐，不需注漿加固圍巖，直接采取拱架支撐及錨噴聯(lián)合支護(hù)即可；沒(méi)有采取注漿加固圍巖段，施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整拱架及連接筋間距。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)拱架間距過(guò)大，按照SL377-2007《水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范》推薦的0.75～1.50m的間距設(shè)置是合適的；進(jìn)出口淺埋段附近的水塘等地表水的存在對(duì)隧洞的暗挖是極大的威脅，可能會(huì)造成洞口滑坡或洞內(nèi)冒頂式塌方（這兩種危害在本項(xiàng)目進(jìn)口段均出現(xiàn)過(guò)），應(yīng)在施工前予以徹底排除；洞挖過(guò)程中，地下水豐富且排水不暢的情況下，洞身底板及側(cè)墻底部土質(zhì)會(huì)受水浸泡而強(qiáng)度變低，導(dǎo)致拱架間側(cè)墻部位錨噴的混凝土受壓變形，對(duì)初期支護(hù)后的隧洞及時(shí)澆筑混凝土底板，有利于洞身的整體穩(wěn)定性，且有利于洞內(nèi)交通。

TV672+

A

1673-8853（2017）09-0041-02

胡浩，工程師，主要從事水利工程現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)管理工作。

2017-7-14

編輯：劉 青