劉　聰

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

牛欄江
——滇池補水工程土質(zhì)隧洞施工

劉聰

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：根據(jù)牛欄江——滇池補水工程大五山隧洞出口約700 m的土洞施工條件，探索出了一套適合淺埋、有機質(zhì)粘土、粘土夾細砂和泥炭土、砂卵礫石層等不良施工條件下的中小型隧洞施工技術(shù)，對同類工程施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：軟弱；淺埋；封閉成環(huán)；強支護；施工技術(shù)；牛欄江——滇池補水工程；土質(zhì)隧洞

1工程概況

牛欄江——滇池補水工程是一項水資源綜合利用工程，主要由德澤水庫水源樞紐工程、干河提水泵站工程及泵站至昆明(盤龍江)的輸水線路工程組成，大五山隧洞位于輸水線路的末端。大五山隧洞樁號35+313～36+019段為第四系地層，隧洞前550 m段主要為有機質(zhì)粘土、粘土夾粉細砂和泥炭土等，呈軟塑～可塑狀；后150 m段主要為粘土、砂卵礫石層，局部夾炭質(zhì)粘土，卵礫石為泥質(zhì)膠結(jié)，呈可塑～硬塑狀；全段洞頂板位于地下水位線下12～18 m，洞內(nèi)以滲、滴水為主，局部有線狀流水，隧洞埋深為19～30 m。

隧洞地面為已關(guān)閉的大型磚瓦制作廠及磚瓦土料開采區(qū)，隧洞與正在施工的昆明市繞城公路西北段九龍灣立交橋交叉，橋梁樁基邊緣與隧洞邊緣最小距離為5.5 m，樁基底標高比隧洞底板低約32 m，隧洞埋深為23 m左右；立交橋匝道與隧洞交叉，隧洞埋深為18 m左右，交叉段施工處于同一時期。隧洞設(shè)計開挖斷面為5.4 m(寬)×5.2 m(高)的城門洞型，設(shè)計建議開挖后及時加強支護并采用邊挖邊襯砌的施工方法。

2隧洞施工的主要難點

(1)淺埋隧洞的地表有水流通過且附近的水塘有滲水冒出，加上地層軟弱且經(jīng)過打井、取土燒磚等作業(yè)，推測洞內(nèi)滲水或股狀流水出現(xiàn)的次數(shù)較多；(2)淺埋隧洞地表有高速公路正在施工，與洞挖作業(yè)呈上下同時施工的局面；(3)隧洞35+538～35+584段從昆明北市區(qū)高速公路橋墩樁基中間穿過，隧洞邊距樁基邊最小距離為5.5 m，可能出現(xiàn)隧洞塌方或?qū)е聵驑兜某休d力不夠而發(fā)生公共安全事故；(4)隧洞如采取邊開挖、邊襯砌的施工順序，不利于施工組織。

3所采用的施工方法

大五山隧洞出口段樁號35+313～36+019段近700 m的特殊不良地質(zhì)洞段所采用的施工綜合方案：(1)在地表和洞內(nèi)設(shè)置測量觀測點，監(jiān)測地面及洞內(nèi)的變形情況； (2)采用大小管棚相結(jié)合的超前支護措施，預(yù)防洞內(nèi)塌方的發(fā)生；(3)洞內(nèi)開挖采取人工結(jié)合機械開挖，根據(jù)情況采取全斷面開挖、臺階法開挖或短臺階+環(huán)形開挖預(yù)留核心土的方法；(4)洞內(nèi)出渣采用挖機挖裝、農(nóng)用車運輸方案；(5)對于滲水量較大或股狀流水洞段，先素噴混凝土封閉開挖揭露面，然后及時進行隧洞支護；對于無水洞段，可不單獨進行圍巖封閉的噴射混凝土工序，直接進行后續(xù)的隧洞支護。(6)采取先開挖后襯砌的方案，即在該洞段開挖支護全部完成后再進行混凝土襯砌。

3.1開挖方法

對于滲水量較少或無水的土體洞段，洞內(nèi)開挖采用人工配合挖機開挖，采取全斷面開挖或臺階法開挖，每循環(huán)進尺1 m左右。開挖采用PC200挖機開挖，人工用鐵鎬輔助修面，有滲水時及時噴C20混凝土封閉開挖面。

對于滲水量較大或有股狀流水的洞段，洞內(nèi)開挖采用人工開挖，采取短臺階+環(huán)形開挖預(yù)留核心土的方法，臺階長度一般為5 m左右，每次循環(huán)進尺0.5 m。先開挖頂拱環(huán)形部分，在保證人工操作空間的情況下，盡量多留頂拱段的核心土。在頂拱開挖支護長度到5 m左右后開始進行直墻段的開挖，先進行一側(cè)的直墻段開挖支護，再進行另一側(cè)的直墻段開挖支護，交替進行。短臺階+環(huán)形開挖預(yù)留核心土的人工分部開挖方式見圖1。

3.2出渣方法

圖1　短臺階+環(huán)形開挖預(yù)留核心土開挖示意圖

洞內(nèi)出渣采用挖機挖裝5 t農(nóng)用車運輸至渣場的方法。當直墻段開挖出渣遭遇出渣車無法至指定位置裝載時，采用塊石換填后將車倒至挖機跟前裝渣。洞內(nèi)每150 m左右設(shè)一倒車洞，倒車洞避開滲水量較大或股狀流水的洞段。

3.3支護方法

隧洞開挖前，需采用大管棚或小管棚進行超前支護。對于粘土、泥炭土及砂卵礫石層洞段，其地層具有一定的強度，采用φ91的大管棚，該類洞段采用常規(guī)的支護方法，其施工參數(shù)見表1、圖2；對于粘土夾粉細砂或砂土互層洞段，滲水量較大或出現(xiàn)股狀流水，采用φ108的大管棚，該類洞段采用封閉成環(huán)的強支護方法，其施工參數(shù)見表2、圖3。在大管棚支護的中后段，由于隧洞頂拱的開挖面與大管棚間的三角體增厚，此時仍需施工超前小管棚。

(1)超前管棚。

φ91大管棚超前支護時，采用螺旋鉆機(100B型潛孔鉆進行改裝，鉆桿采用螺旋鉆桿，鉆頭采用三葉鉆頭)鉆φ100、長15 m的孔，向孔內(nèi)插入φ91無縫鋼管，注入0.5∶1的純水泥漿；采用φ108大管棚進行超前支護時，滲水量較大，需用地質(zhì)鉆采用無水法鉆φ110、長12 m的孔，孔內(nèi)插入φ108無縫鋼管，并向孔內(nèi)插入3φ22、長12 m的螺紋鋼筋，然后向孔內(nèi)注入0.5∶1的純水泥漿。

采用大管棚支護的中后段，開挖前還需采用φ48的無縫鋼管進行超前支護，采用手風鉆鉆φ60、長5 m的孔，孔內(nèi)插入φ48的無縫鋼管，向孔內(nèi)注入0.5∶1的純水泥漿。

管棚鉆孔斜向上5°～10°，將超前管棚前端做成錐形并在管棚上鉆直徑1 cm的小孔，間距30 cm左右。

表1　常規(guī)支護參數(shù)表

(2)噴混凝土。

在洞外拌制C20 混凝土，農(nóng)用車運輸至洞內(nèi)，現(xiàn)場人工加速凝劑，調(diào)節(jié)噴槍的風壓和水量，盡量減少回彈量，呈螺旋式從下往上噴射混凝土，分層噴至設(shè)計厚度。

圖2　常規(guī)支護示意圖

序號名稱間距/m備注1頂拱φ108超前大管棚0.4每循環(huán)31根2頂拱φ48超前小管棚0.25每循環(huán)49根3素噴C10混凝土,厚10cm每延米3.9m34頂拱和邊墻的φ22連接筋0.5每循環(huán)28根5φ6.5鋼筋網(wǎng)0.2×0.2每延m35.5kg6I20鋼支撐0.5每榀545.2kg7[25槽鋼每延米54.9kg8網(wǎng)噴C20混凝土每延米3.3m39L=4m的φ25鎖腳錨桿0.65每榀8根10厚30cm的塊石換填每延米1.71m3

圖3　封閉成環(huán)支護示意圖

(3)鋼支撐。

利用前段鋼筋網(wǎng)片搭接鋼筋網(wǎng)片并支立工字鋼(在滲水量較大洞段，需在兩側(cè)工字鋼底腳墊25#槽鋼)，接長連接筋臨時固定工字鋼，打鎖腳錨桿加固工字鋼，然后噴混凝土至設(shè)計厚度。對于需支護封閉成環(huán)的洞段，兩側(cè)工字鋼需伸入底板，在底板用工字鋼頂緊兩側(cè)工字鋼，然后噴混凝土至設(shè)計厚度。

(4)塊石換填。

在滲水量較大的洞段需進行塊石換填，以確保開挖、裝渣的機械和車輛能到達掌子面，進而保證施工的順利進行。

(5)底板混凝土。

對于封閉成環(huán)洞段，每循環(huán)及時在底板澆筑C20混凝土，厚30 cm，并在混凝土中加入早強劑，縮短待強時間，為盡快進入下一循環(huán)施工提供條件；對滲水量較少或不滲水洞段，每10 m左右在底板分段澆筑C20素混凝土。

3.4過橋段施工方法

通過提前與橋梁建設(shè)方進行溝通，在可能的前提下盡量加大跨隧洞處的橋梁跨度，加大隧洞與樁基的距離，同時加大摩擦樁樁基的直徑或增加其深度，增加橋梁的安全系數(shù)；其次，在過橋段增設(shè)勘探孔3個，用地質(zhì)鉆鉆孔取芯至隧洞底板5 m處，探明隧洞穿過段圍巖為可塑狀有機質(zhì)粘土，因地制宜地采取了大小管棚相結(jié)合、短進尺、及時封閉、強支護和加強變形觀測的綜合處理措施，同時加強了洞內(nèi)測量放線工作，確保了過橋段的隧洞安全通過橋梁樁基。

3.5過路段施工方法

針對地面有高速公路路基施工的洞段，加強同相關(guān)施工單位的聯(lián)系，在公路進行碾壓工序時暫停洞內(nèi)的開挖工序；在必須進行支護作業(yè)時加強隧洞監(jiān)測，同時對該段采取管棚超前支護和支護封閉成環(huán)的強支護方案。

3.6底板基礎(chǔ)為粉細砂時的處理方法

對于隧洞底板以下為粉細砂的洞段，由于施工機械經(jīng)常往返和施工用水的影響，基礎(chǔ)容易泥化，對該類洞段需采取支護封閉成環(huán)的施工方法，先進行邊頂拱支護，再進行底板支護。進行邊墻支護時，需對兩側(cè)墻的底板范圍進行槽挖，鋼支撐深入底板以下30 cm，并在鋼支撐底腳縱向上墊槽鋼。邊頂拱支護完畢，立即進行底板施工，先進行底板開挖，再填入塊石，采用挖機碾壓，然后焊接工字鋼并與側(cè)墻工字鋼相接，隨后澆混凝土并振搗密實。

3.7混凝土襯砌施工方法

在隧洞開挖完成后進行隧洞混凝土襯砌，先底拱，后邊頂拱。鋼筋采用自制簡易臺車安裝，在洞外鋼筋加工廠制作，8 t平板運輸車運輸至作業(yè)面，人工搬運至倉內(nèi)綁扎。混凝土襯砌采用鋼模臺車或組合小鋼模臺車兩種襯砌方案，即直線洞段采用鋼模臺車襯砌，底拱和轉(zhuǎn)彎洞段采用組合小鋼模襯砌。HZS60拌和站拌制混凝土，5 m3混凝土罐車水平運輸至洞內(nèi)，HBT60混凝土泵垂直入倉，利用掛在臺車或組合小鋼模上的附著式振搗器振搗密實。

4施工期的安全監(jiān)測

地表監(jiān)測主要通過肉眼觀察，安排專職安全員每天對地表進行巡查，查看地表是否有裂縫和沉陷；采用全站儀監(jiān)測時，主要是檢查測量點是否下沉或位移，監(jiān)測地表是否整體下沉或偏移。洞內(nèi)監(jiān)測主要是進行收斂監(jiān)測，每5 m設(shè)一個觀測斷面，在洞頂中心線設(shè)置沉降觀測點，在距離底板1.5 m高處設(shè)置兩條基線進行周邊收斂觀測；洞頂沉降觀測用數(shù)字水準儀進行測量，周邊收斂觀測用收斂儀進行測量；施工初期每天測量1次，逐漸減少至頻次為每3 d 1次、每7 d 1次、每月1次。

若洞內(nèi)發(fā)生沉降、收斂等變形，則根據(jù)情況采取增加連接筋、鎖腳錨桿、臨時鋼支撐(邊墻或底板)等補強措施，或者進行永久混凝土襯砌。

5結(jié)語

經(jīng)過對牛欄江——滇池補水工程大五山隧洞出口段樁號35+313～36+019段近700 m的軟弱地質(zhì)洞段進行認真分析和不斷總結(jié)，終于探索出了一套適合相應(yīng)地質(zhì)條件的中小隧洞施工技術(shù)，最終提前1個月完成了該洞段的施工任務(wù)。經(jīng)過總結(jié)，筆者有以下幾點體會：(1)針對軟弱不良地質(zhì)洞段，采取常規(guī)的開挖支護方案通過精細化施工是行之有效的；(2)針對軟弱不良地質(zhì)洞段，根據(jù)隧洞實際情況，只要適時采取強支護方案是完全可以采取先洞挖完成再進行隧洞襯砌的方案，不但能加快施工進度，而且還能減少施工投入；(3)采用螺旋鉆機(φ100B潛孔鉆改裝)進行長大管棚施工，適用于無水或水量較小的軟弱圍巖洞段，有利于加快施工進度；在水量較大的軟弱圍巖洞段，采用長大管棚進行超前支護是很有必要的；(4)在軟弱圍巖地質(zhì)條件下采用人工配合機械開挖，有利于加快施工進度；(5)在滲水量較大的軟弱圍巖洞段，采用封閉成環(huán)的加強支護方案是適宜的；(6)頂拱預(yù)留5～10 cm的沉降變形量是必要的，能夠避免支護因地質(zhì)原因變形出現(xiàn)支護侵占隧洞襯砌斷面的情況。

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV554;TV52;TV51

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0022-04

作者簡介:

劉聰(1972-)，男，重慶云陽人，項目總工程師，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)