淺埋暗挖法在寧夏中南部水源工程中的應用

【摘要】寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程是解決寧夏南部113.53萬人安全飲水的重點工程，其中隧洞12座。2#胭脂川隧洞位于涇源縣香水鎮境內，隧洞凈長4610m，為Ⅲ等中型工程。隧洞橫跨香水河一條小支流，河道寬約10m，河床常年有水，雨季水量較大。河道兩側地勢平緩，覆蓋層較薄。在對大開挖方案、頂管方案及淺埋暗挖方案進行分析比較后，最終確定了淺埋暗挖法進行施工，工程安全、質量得到了保證，進度滿足總體要求，為工程如期投入運行奠定了基礎。

【關鍵詞】淺埋暗挖；胭脂川隧洞；支護；措施

1、工程概況

寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程是將六盤山東麓水量相對豐沛的涇河水，向北輸送到中南部缺水地區，解決干旱缺水的中南部地區固原市原州區、彭陽縣、西吉縣和中衛海原縣共計44個鄉鎮，現狀110.8萬人城鄉飲水安全問題。工程設計流量3.75m3/s，多年平均引水量3982萬m3。工程由截引、輸水和調蓄水庫等工程組成。輸水線路總長74公里，其中隧洞12座。2#胭脂川隧洞位于涇源縣香水鎮境內，隧洞凈長4610m，為Ⅲ等中型工程。

2#胭脂川隧洞19+100～19+130段橫跨當地香水河一條小支流，河道寬約10m，河床常年有水，雨季水量較大。河道兩側地勢平緩，覆蓋層較薄。河流走向與隧洞線路基本垂直相交。四周除河流外，地面植被為均為苗圃地。

該段屬淺埋段，地面高程1913.24～1914.14m，洞頂高程1908.09m，最小埋深5.2m。上部覆蓋層為第四系全新統坡殘積物及河床沖擊物壤土，厚度2～5m。該段洞身地層巖性為K1n4泥巖，位于強風化與弱風化之間。

隧洞區地下水類型以松散層孔隙潛水和基巖地下水為主。降水量相對較豐富，多年平均降水量650mm左右，其中連續最大四個月降水量均在6～9月，其量占年降水量的70%左右。最大降水量出現在7、8月份，最小降水量出現在12月份。

2、施工方案比選

由于該段隧洞所處河道區域整體地勢平緩，覆蓋層較薄，需要穿越的段落總體長度約150m。針對該段隧洞施工方案，初設階段提出了兩種施工方案，分別為大開挖方案和頂管方案，并對兩種方案的優缺點進行了比較。大開挖方案施工簡單，進度可控，但開挖量大，征地面積大，同時河道內進行開挖還涉及到防滲及降水問題，整體投資較高。頂管方案開挖量相對較小，征地面積也比較小，投資較大開挖方案較小，但頂管施工難度大，該段管道直徑2m，頂管長度超過150m，頂進過程中不可預見的因素較多，進度難以控制。綜合上述因素，最終初設階段確定了大開挖的施工方案。

施工圖設計階段，在對目前較為先進的施工方案進行考察后，最終提出了目前地鐵系統常用的淺埋暗挖施工方案。淺埋暗挖法施工適用于埋深淺、地層巖性差、存在地下水、周圍環境復雜的洞室開挖。

淺埋暗挖法沿用新奧法基本原理，初次支護按承擔全部基本荷載設計，二次模筑襯砌作為安全儲備；初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。應用淺埋暗挖法設計、施工時，同時采用多種輔助工法，超前支護，改善加固圍巖，調動部分圍巖的自承能力；并采用不同的開挖方法及時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系。其優點在于：

（1）淺埋暗挖法與其他施工法有很強的兼容性；

（2）靈活多變，對地面建筑、道路和地下管線影響不大，拆遷占地少，不擾民，不污染城市環境等優點；

（3）明挖法嚴重干擾交通，破壞環境。盾構法解決了這些難題，但其靈活性差，特別是昂貴的盾構機械，會大大提高工程造價。

淺埋暗挖法施工缺陷在于施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動強度大，機械化程度不高，以及高水位地層結構防水比較困難。

3、淺埋暗挖法施工方法

3.1施工總則

該段設計為V類圍巖，采用全斷面鉆爆法開挖。施工中按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針實施。

管超前。指采用超前管棚或超前導管注漿加固地層。掌子面未開挖前先進行超前管棚或超前導管注漿加固地層，使松散、軟弱地層經注漿加固后形成一個殼體，增強其自穩能力，防止地層坍塌現象產生。導管采用φ32～φ50mm鋼管，管的尖端和管上小孔專門加工。沿導洞拱部排管，排管呈扇狀，管距約為20～30cm，仰角約為5°左右。

嚴注漿。在導管超前支護后，立即進行壓注水泥漿液填充砂層孔隙，漿液凝固后，土體集結成具有一定強度的“結石體”使周圍地層形成一個殼體，增強其自穩能力，為施工提供一個安全環境，嚴注漿包含以下三個方面內容：

（1） 超前導管注漿（單漿液或雙漿液）

（2） 拱腳及墻部開挖前按規定預埋管注漿。

（3） 初期支護背后注漿（低壓力0.2～0.4Mpa）

短進尺。 根據地層情況不同，采用不同的開挖長度，一般在地層不良地段每次開挖進尺采用0.5m～0.8m，甚至更短，由于開挖距離短可爭取時間架立鋼拱架，及時噴射混凝土，減少坍塌現象的發生。

強支護。一定按照噴射混凝土--開挖--架立鋼架--掛鋼筋網--噴混凝土的次序進行初期支護施工。采用加大拱腳辦法以減小地基承載應力。

快封閉。初期支護從上至下及早形成環形結構，是減小地基擾動的重要措施。采用正臺階法施工時，下半斷面及時緊跟，及時封閉仰拱。

勤量測。 堅持監控量測資料進行反饋指導施工，是淺埋暗挖法施工的基點，所以地面、洞內都要埋設監控點，通過這些監控點可以隨時掌握地表和洞內土體各點因開挖和外力產生的位移來指導施工。

3.2施工方法

3.2.1 超前小導管施工

（1）設計施工參數

①導管規格：Φ32mm，壁厚3.5mm熱軋無縫鋼管；

②管距：環向間距40cm，縱向搭接不小于100cm.

③傾角：外插角7.5°；

④注漿材料：0.6：1～1.5：1超細水泥漿；

⑤注漿壓力：0.2～0.5Mpa；

⑥設置范圍：拱部180°范圍；

⑦長度：3.0m。

（2） 超前小導管注漿工藝流程圖（見圖1）：

3.2.2洞身開挖

洞身開挖采用鉆眼爆破法開挖，根據爆破設計進行調整，開挖進尺每循環不大于1.0m，控制炮眼裝藥量。采用無軌運輸，采用扒渣機配合農用車出碴。出碴完畢后立即進行初期支護，確保圍巖長期暴露失穩，產生掉塊或塊石滑移。

3.2.3鋼架施工

（1）設計施工參數

①鋼架采用I12.6工字鋼加工而成；

②鋼架間距50cm一榀；

③縱向連接筋采用φ25螺紋鋼，環間距1.0m；

④噴射混凝土采用C25混凝土，厚度15cm。

3.2.4 錨桿施工

（1）設計參數

①系統錨桿采用φ22砂漿錨桿，垂直巖面設置；

②梅花型布置，長度1.5m；

③布置范圍：拱部110°范圍；

④縱環距：0.8×0.8m。

（2）錨桿施工工藝圖（見圖2）

3.2.5 噴射混凝土

采用潮噴機進行噴射混凝土施工。分部開挖完后即進行混凝土初噴。開挖完成后先噴射4cm厚C25混凝土，初期支護的鋼架架立完成后，再分別噴射11cmC25混凝土。噴射后混凝土面應均勻、平順，無凹凸現象。

3.3監控量測

加強洞內及洞外監控量測，在洞頂位置埋置監控點。量測項目分為洞內外觀察、凈空水平收斂量測，拱頂下沉量測、地表下沉量測。

監控量測現場測點讀數應讀三次，取其平均值，并詳細記錄。記錄地表開裂、地表塌陷、地表水滲漏情況等。

洞外設專職安全員隨時觀察地表變化，如有變化應及時反饋。

4、實施效果

寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程2#胭脂川隧洞淺埋段采用淺埋暗挖法施工，有效的解決了工程進度與征地、投資等方面的矛盾，工程進度滿足總體工期要求，在實施過程中未發生任何安全事故，工程質量可靠。淺埋暗挖法在寧夏中南部城鄉飲水安全水源工程中起到了關鍵作用，為自治區一號民生工程順利進行奠定了基礎。