淺談土層進洞開挖支護施工

【摘要】通風兼出線洞進口段圍巖破碎、無自穩(wěn)性，在施工過程中采用大管棚支護等支護措施，開挖采用預留核心土法及三步臺階法和兩步臺階法相結合的施工工藝和技術，確保了土洞段順利開挖貫通。

【關鍵詞】土層進洞；分層開挖；綜合支護；施工工藝

1、概述

吉林敦化抽水蓄能電站通風兼出線洞是地下洞室群的進風通道和出線通道，隧洞開挖斷面為城門洞型，進口段開挖斷面凈尺寸為10.7×9.56m（寬×高），平均縱坡6.4%，位于廠房右端。隧洞整體埋深較淺，開挖巖體為全風化帶巖體，巖體破碎極度松散、破碎，地下水發(fā)育，圍巖無自穩(wěn)性，成洞施工條件復雜，同時施工過程中可能出現滲水、涌水、掉塊、氡氣放射性危害，施工難度相當大。

2、通風兼出線洞土洞段施工方法

2.1大管棚支護施工

在這種破碎巖體的特殊地段，管棚法是這次進洞及洞身支護方案中采用的重要措施。開挖之前在洞頂和邊墻做管棚施工，進行超前加固，管棚段施工為進洞段樁號K0+007.2m～K0+022.2m，共15m。進口洞段K0+007.2～K0+020.00洞身段埋深較淺，進口洞段在工字鋼支立、錨噴支護與大鋼管聯合形成管棚受力體。明洞段開挖時預留土臺，做為管棚工作平臺。

施工順序：施工準備→測量定位布孔→施做鋼拱架及導向管制安→掌子面噴混凝土封閉→鉆機就位→鉆孔→清孔→插管→管棚安裝及檢測→封閉管尾→注漿、回填砂漿→檢查效果。

管棚定位：管棚定位采用導向鋼支撐，導向鋼支撐按洞口頂拱設計斷面制作，斷面內側面與設計圖紙開挖斷面一致。導向鋼支撐縱向寬度為2m，采用4榀I20b鋼拱架，鋼拱架按設計間距安裝控制鉆孔方向的φ140mm導向鋼管，鋼管長度3m，導向管與鋼拱架焊成一體，保證導向管穩(wěn)定可靠，為準確控制鋼管仰角，4榀拱架的安裝角度按照設計仰角不大于2°推測。為保證鋼拱架的強度和穩(wěn)定性，拱架基礎進行拋石混凝土置換，鋼拱架底腳沿洞軸線方向安裝地腳加固鋼，拱架之間采用φ25榀間聯系鋼筋焊接，拱架上焊接4mm鋼板，掛雙層鋼筋網，噴20cm混凝土。

管棚布置：管棚沿洞口起拱線及兩側邊墻布置，管棚間距40cm，單根管棚鋼管設計長度為15m，管徑Ф108mm，管棚平行于通風兼出線洞洞線布置，不得內傾，誤差外傾角不大于2°，呈放射狀布置。

管棚施工：棚管鋼管單根長度18m、直徑為Ф108mm、壁厚8mm的熱軋無縫鋼管，接頭錯開布置（相鄰管棚鋼管接頭錯開1m），每根鋼管前端13.3m范圍按15cm間距鉆設一對φ14mm出漿孔（掌子面附近1.7m的鋼管不鉆設出漿孔）。鋼管鏈接接頭采用φ89mm壁厚8mm的鋼管套在108mm管內銜接對焊（銜接鋼管長400mm）管口打450坡口焊接。鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊接Ф16加勁箍。

鉆孔選用315型管棚鉆機（S850鉆機配套設備），利用預留核心土作為鉆孔操作平臺，將鉆機調整到設計位置后按照布好的孔位、鉆孔的方向、傾斜度鉆孔，一次性鉆孔15m，每鉆進一根鉆桿后，利用鉆機來回帶動鉆桿，分析是否在鉆進時孔內發(fā)生塌孔、卡鉆現象。當鉆至砂層易塌孔，不能成孔時，可采用注漿預固結后，繼續(xù)鉆孔，直至成孔。根據孔口管的傾角和方向，利用鉆桿的延伸與吊錘準確確定鉆孔的方向，固定鉆機。管棚施工完成后，成傘形輻射狀。

鉆孔完成后及時安裝管棚鋼管，防止時間過長造成塌孔而影響頂管，利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管，將鋼管送至孔底。

防偏措施：鉆機擺放時要保證底面平整，鉆機固定牢靠、穩(wěn)定；鉆機軸向與已埋設好的孔口管方向平行，鉆孔前精確核定鉆機位置；鉆機開孔時，采用低轉速，根據地質情況逐漸調整鉆速；鉆進過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

糾偏措施：鉆孔測斜用經緯儀直接看插入鉆孔內專門制作的光源。如果發(fā)現鉆孔偏斜立即在偏斜處進行糾斜。

① 鉆孔向下偏斜：一般因地層軟弱，鉆具太重等原因導致。傾斜時，首先要減輕鉆具重量，加長導向，同時要輕壓、慢轉進行鉆進。根據鉆進進尺及鉆機負荷等情況來判斷鉆孔是否已經糾正，若鉆具進尺均勻，鉆機稍有負荷，一般表明已糾正。

② 鉆孔向上偏斜：一般是因地層較密實或較硬、排渣不暢產生墊底抬高鉆具等原因造成。糾斜時，要增加鉆具重量，加長導向，同時要輕壓、慢轉，泵量可適當加大，進行鉆進。判斷方法同上中所述。

管棚注漿：采用水泥漿，水灰比為0.5～1，注漿初壓力為0.2～0.3MPa，終孔壓力為0.3MPa。漿液使用制漿機制作，采用液壓雙液注漿機注漿，注漿采用分段注漿方式。管棚注漿采用奇、偶數間隔注漿；先頂拱后邊墻分區(qū)灌注。注漿結束后，先對鋼管進行清孔，清孔完畢后立即用M30砂漿進行充填，增加鋼管強度。

2.2進口段開挖施工

通風兼出線洞進口段開挖采用預留核心土法開挖，根據洞口段開挖揭露的地質情況，擬定采用三步臺階法或兩步臺階法相結合進行施工。上層開挖采用反鏟開挖，人工輔助反鏟沿隧洞頂拱開挖線在開挖斷面上開挖一個深約1.0m的溝槽（根據實際情況適當加大），并及時進行工字鋼支立和錨噴支護，中間預留核心土，以利用自身土體保持掌子面的穩(wěn)定。

三步臺階法開挖：開挖分為上、中、下三層進行，上層開挖斷面為拱腳線以上3m的頂拱范圍內，中、下層臺階開挖高度控制在3米左右，中、下層開挖以洞中軸線為分界線分兩次將中、下層斷面挖除，并且每開挖一側，工字鋼馬上進行接長并噴砼到設計厚度。中、下層開挖采用反鏟配合風鎬（根據圍巖情況配置液壓錘）進行施工。

兩步臺階法開挖：開挖分為上、下兩層進行，上層開挖斷面為拱腳線以上3m的頂拱范圍內，下層臺階開挖高度控制在5.4米左右，開挖至洞底混凝土頂面高程，剩余開挖待底板混凝土澆筑時開挖。下層開挖以洞中軸線為分界線分兩次將中、下層斷面挖除，并且每開一側，馬上進行噴混凝土封閉，然后安裝工字鋼并繼續(xù)噴混凝土到設計厚度。下層開挖采用反鏟配合風鎬（根據圍巖情況配置液壓錘）進行施工。

3、監(jiān)控測量

為保證施工安全進行，檢測開挖施工時對周圍土體的影響及施工過程中圍巖變化，設觀測點在施工期間進行定時和不定時的監(jiān)測。

監(jiān)控量測設置：洞頂▽723m馬道高程設置兩處洞外觀察測斷面，在洞內設K0+010、K0+020觀測斷面，每斷面設3個觀測樁，用以沉降觀測和收斂。

4、結束語

吉林敦化抽水蓄能電站通風兼出線洞洞口段在開挖巖體為全風化帶巖體，巖體破碎極度松散、破碎，地下水發(fā)育，圍巖無自穩(wěn)性，成洞施工條件復雜的情況下，施工中采用了大管棚等超前預支護和開挖措施，是通風兼出線洞進口段能成功順利貫通的重要保障，也為今后類似施工積累了一定的經驗。