引水隧洞懸挑梁通過溶洞施工工法

龍 潭

中鐵十二局集團市政工程有限公司，廣州南沙 511400

1 工程概況

夾巖水利工程金沙分干渠標段位于貴州省畢節市金沙縣境內，總體由北西走向南東分布，起自金沙縣城關鎮賴關，接北干渠9標末端，終點位于長壩鄉新化村但家灣處，渠線總長35.03km，落差47.47m，綜合水力坡降1.32‰。木蓑衣隧洞為4級建筑物，設計流量3.2m3/s，流速1.43m/s，設計糙率n=0.014，長度527.5m，為城門洞型，斷面尺寸1.6m×3.182m，本隧洞穿越溶丘坡地、峰叢洼地、谷地巖溶地貌，巖溶地層大面積分布，地表地下巖溶均較發育，洞身處于地下水位以下，不良地質構造發育，隧洞存在遇巖容腔并可能出現的涌水、突泥，坍塌等風險，穿越煤層是制約隧洞施工的關鍵問題。 在掘進至K0+029處突遇特大型溶洞，溶洞貫穿隧洞軸線，沿隧洞縱向方向長約13m，拱頂上部容腔高10m，底板以下容腔深度56m,隧洞軸線左則寬16m，右側寬1m，巖體發育，容腔頂部為P3l泥質粉砂巖并伴有落石，出現垮塌并跌落至溶洞底部，示意圖詳見圖1。復雜的地質情況嚴重制約隧洞的施工安全，采用懸挑梁施工方法通過該溶洞，總結研究該類工法對后期同類施工有著重要的指導意義。

圖1 木蓑衣隧洞溶洞發育段橫剖面工程地質圖

2 工法特點

（1）施工操作簡單：利用型鋼做挑梁，混凝土做為基礎支撐逐段跨越溶洞。

（2）成本節約，經濟效益顯著：比傳統的溶洞回填、注漿方法節約材料、成本。

（3）提高工作效率，循環漸進、縮短工期。

3 適用范圍

適用于水利、水電等小斷面隧洞開挖地質復雜，底板懸空、容腔較大溶洞處理的工程。

4 懸挑梁工藝原理

隧洞嚴格遵循“先預報、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”的原則。隧洞底板以下為容腔，無支撐點，底板利用I22a工字鋼一端澆筑至混凝土中，另一端伸出挑出支撐的梁；拱頂利用I12鋼拱架為支撐，懸挑I12工字鋼為縱梁，逐段加固循環漸進以城門洞型跨過溶洞。

5 懸挑梁施工工藝流程

工藝流程：施做探孔→底板開挖并加固鎖腳→底板懸挑工字鋼橫撐加固→底板澆筑混凝土→拱架立設→拱頂懸挑工字鋼→側墻吊模安裝→側墻、拱頂澆筑混凝土→頂部吹沙緩沖。

（1）K0+024～029段底板巖洞軸線方向間距2m，先打5處探孔，單孔深度5m，探查底板溶洞圍巖發育情況，再進行防護處理。

（2）K0+024～029段開挖換填C25混凝土深度1m，兩側工字鋼加長1m，基礎段縱向采用I22a工字鋼連接做為底板的挑梁架空穿過，單根長度6m，排距0.3m，縱向搭接2m，橫向采用I12工字鋼橫撐，間距0.5m，橫撐與既有鋼支撐進行焊接處理，每根工字鋼鎖腳處兩側各增設鎖腳錨桿進行固定。頂部鋪設10mm鋼板做為基礎底模，每2m一循環澆筑混凝土，示意圖詳見圖2。頂部采用鋼絲繩及手拉葫蘆吊裝縱向工字鋼，確保懸挑梁傾斜及基腳穩定。

圖2 溶洞段加固處理示意圖

（3）K0+029～042段左側橫撐加寬1m，外側采用吊模施工，采用橫向拉筋焊接至拱架處連接，在隧洞開挖輪廓線外澆筑C15混凝土擋墻至拱頂，右側橫撐加寬至容腔壁，并施做Φ22隨機錨桿入巖，單根長度2.25m，防止側滑。

（4）溶洞段鋼支撐采用I12工字鋼，每榀間距0.3/0.6m循環布置加固，每榀工字鋼布設在拱頂懸挑支護作用，懸挑工字鋼采用I12工字鋼，環向間距13cm，角度25°，單根長度2.5m，縱向搭接1m，拱頂布設雙層鋼筋網片，然后往前支護立設工字鋼，每循環立兩榀工字鋼，噴射C20砼厚度20cm，示意圖詳見圖3。

圖3 拱頂懸挑工字鋼施工示意圖

（5）拱頂澆筑采用C15混凝土填充，厚度1m，頂部預留吹沙厚度0.3m，防止容腔掉落石塊，起緩沖作用。并預埋排水管，拱架基腳立于底板混凝土基礎上。本溶洞處理軸線方向各加長5m范圍進行處理，現場實例溶洞處理照片詳見圖4。

圖4 現場實例溶洞處理照片

6 經濟效益分析

木蓑衣隧洞K0+024-K0+047段特大型溶洞，原計劃改線，我部采用新工法自開始實施至結束，共計50d，每天平均進尺0.52m。本段溶洞處理材料數量：I22a工字鋼2.3T，I12工字鋼22.5T，C15混凝土312m3，10mm鋼板114m2，Φ25系統錨桿1.4TΦ22隨機錨桿0.49T，頂部吹沙25.1m3。應用了本工法，保證了施工工期和安全，確保了施工質量，節約了成本，得到了監理、設計、業主的一致好評。

7 結語

綜上所述，小斷面隧洞洞內作業面較小，大型機械設備利用率低，各工序銜接時間長，懸挑梁通過溶洞處理技術在水利隧洞施工的過程中發揮著重要的作用，并具有一定的現實意義。懸挑梁通過溶洞處理技術的應用，能夠有效的滿足工程施工的實際需要，并且能夠更好的提高工程建設施工的施工質量，解除安全隱患，為水利工程小斷面隧洞溶洞處理施工提供了保障，提高了施工效率，節約了施工成本。為公司取得了良好的社會效益，給后期水利隧洞施工積累了豐富的施工經驗。