倪曉明

（忻州水利建設(shè)投資有限公司山西忻州034000）

1 背景描述

南水北調(diào)中線干線下穿京石高速公路北京市長陽收費站處匝道隧洞工程，其隧洞設(shè)計為雙洞并聯(lián)，單洞洞身長度為85 m，正圓形斷面，開挖直徑為5.2 m，隧洞中心軸距為11.5 m。施工采用淺埋暗挖工藝成形，初襯采用C20 鋼格柵掛網(wǎng)噴射混凝土，厚度為25 cm，二襯采用C30 模筑混凝土，厚度為30 cm。

隧洞穿越地層主要為第四系全新統(tǒng)砂壤土，透水性較弱，自穩(wěn)能力較差?？辈熨Y料顯示該區(qū)域地下水埋藏較深，施工時不需要考慮降水問題。隧洞平均覆土6.8 m，路面振動擾動對隧洞開挖施工不會造成安全影響。本文主要介紹水工隧洞采用淺埋暗挖工藝穿越砂壤地層的施工技術(shù)。

2 隧洞開挖

2.1 隧洞開挖方法

隧洞所處地層為砂壤土，自穩(wěn)能力較差，為了減少施工擾動、快速形成支撐體系，設(shè)計方案中選用淺埋暗挖法中CD 法進行開挖。CD 法施工是開挖時將隧洞分隔成左右兩部分分別開挖，先開挖一側(cè)土體，完成一個進尺后支設(shè)環(huán)向支撐和豎向支撐，形成封閉的半圓形支撐體系，再開挖另一側(cè)的土體并支撐環(huán)向支撐，與原豎向支撐連接形成封閉的全圓形支撐體系，承抗隧洞上部圍巖的壓力，為開挖提供安全保證。CD 法施工時，為了避免兩側(cè)開挖施工相互干擾影響圍巖的穩(wěn)定，兩側(cè)開挖錯距應(yīng)保持在5 m 以上。其具體開挖步驟如下。

先進行左側(cè)導(dǎo)洞土體開挖和支護，沿該導(dǎo)洞上拱中線下側(cè)60°范圍內(nèi)打設(shè)直徑為25 mm 的超前注漿導(dǎo)管，注射硫酸-水玻璃混合液漿進行超前支護，然后對該導(dǎo)洞土體進行開挖，開挖步距為50 cm，支設(shè)豎向支撐和環(huán)向支撐形成閉合支撐體系，安裝鋼筋網(wǎng)片，最后噴射混凝土，這樣就完成一個導(dǎo)洞的開挖支撐循環(huán)。在左側(cè)導(dǎo)洞進尺5 m 以后進行右側(cè)導(dǎo)洞的開挖和支護，右側(cè)導(dǎo)洞土體完成一個進尺開挖后，支設(shè)環(huán)向支撐，與已安裝的環(huán)向支撐相連接，然后安裝鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土，至此完成一個全圓形封閉支撐體系。以此工序進行循環(huán)，至隧洞全部貫通，初襯混凝土達到設(shè)計強度，且隧洞上部圍巖沉降基本穩(wěn)定時，拆除豎向支撐形成初支隧洞。淺埋暗挖作業(yè)圖如圖1。

圖1 淺埋暗挖作業(yè)圖

2.2 小導(dǎo)管注漿

小導(dǎo)管注漿的作用是通過注漿機將漿液注入隧洞周邊土體，使土體膠結(jié)形成拱形加固體，以此來改善隧洞周邊圍巖的受力狀況，減少圍巖的松弛變形，從而達到安全開挖的目的。

該隧洞處于砂壤地層，注漿采用硫酸-水玻璃混合漿液，其配合比通過現(xiàn)場工藝試驗確定。注漿導(dǎo)管采用直徑25 mm 的無縫鋼管制作，長度為2.2 m，出漿端制成封閉錐形，出漿端1 m 四周每20 cm 鉆8 mm出漿孔。注漿導(dǎo)管沿隧洞拱頂開挖線120°布置，環(huán)向間距30 cm，外插角為17°～22°，打入后與前注漿導(dǎo)管縱向搭接長度為1 m，注漿壓力控制在0.30～0.35 MPa，每根導(dǎo)管的注漿量為50～60 L。硫酸采用濃度不低98%的濃硫酸，水玻璃采用40°Bé，通過現(xiàn)場工藝試驗確定符合該地層條件的最佳配比，漿液隨著地層的變化而調(diào)整，現(xiàn)場一般硫酸和水玻璃配合比在1∶4~1∶5 之間選擇。小導(dǎo)管注漿時，先試運行注漿設(shè)備，確認設(shè)備運行正常時，配制硫酸-水玻璃漿液，硫酸-水玻璃初凝時間為5~10 min，現(xiàn)場必須隨配隨用。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采用注漿量控制，達到單根注漿量即可結(jié)束，當(dāng)注漿量未達到設(shè)計注漿量時，注漿壓力持續(xù)增大至設(shè)計壓力1.5 倍時，也可結(jié)束注漿。

2.3 鋼格柵加工安裝

隧洞初支體系由鋼格柵和噴射混凝土共同組成，形成隧洞的永久結(jié)構(gòu)。鋼格柵主要由四根直徑22 mm的弧形主筋及端頭連接鋼板組成，各根主筋間采用同直徑的U 形或Z 形件焊接連接。每環(huán)格柵由4 個格柵拼接而成，格柵間采用螺栓連接。格柵由加工廠制作后運到現(xiàn)場后，質(zhì)檢人員對格柵質(zhì)量進行檢查，格柵鋼筋規(guī)格、間距、焊縫質(zhì)量、栓孔位置符合要求后，現(xiàn)場進行拼裝檢查（隨機抽查），拼裝后格柵縱、橫向直徑偏差不得大于2 cm，確認合格方可運往作面業(yè)。安裝時先安裝下拱格柵，再將豎向支撐（采用I 型鋼）立于下拱格柵下端部的鋼板上，然后安裝上拱格柵，上拱格柵下端與下拱格柵采用螺栓直接連接，豎向支撐與上拱格柵上端和下拱格柵下端連接采用焊接連接。安裝定位后采用縱向連接鋼筋同前榀格柵焊接固定，縱向連接筋直徑與格柵主筋相同，長度為75 cm，環(huán)向間距為30 cm，采用單面焊接，搭接長度不小于主筋直徑的10 倍，為220 cm。最后，將鋼筋網(wǎng)片綁固在格柵內(nèi)外兩側(cè)的主筋上（網(wǎng)片鋼筋網(wǎng)片由直徑6 mm 的光圓鋼筋焊接，水平間距和縱向間距均為15 cm）。左右導(dǎo)洞格柵采用螺栓連接。鋼格柵、注漿導(dǎo)管安裝圖見圖2。

圖2 鋼格柵、注漿導(dǎo)管安裝圖

2.4 噴射混凝土

格柵安裝完成后，開始混凝土噴射施工?；炷敛捎贸眹姽に嚕炷猎诙赐獬卑韬筮\抵工作面，噴射前先調(diào)試噴射設(shè)備，檢查料管、風(fēng)管和水管保持通暢，先用高壓風(fēng)對受噴面進行吹掃，然后開始噴射混凝土，混凝土拌合物裝入噴射設(shè)備后，噴射設(shè)備的風(fēng)、水系統(tǒng)隨之啟動，將混凝土拌合物與水在噴射管中混合，由高壓風(fēng)吹送至噴射面，噴頭與受噴面保持垂直距離為0.5～1.0 m，噴射壓力控制在0.3～0.5 MPa。噴頭應(yīng)從上到下螺旋移動，后圈噴壓前圈三分之一，上一層混凝土初凝后再進行下層混凝土噴射（混凝土中加入速凝劑，初凝時間為5 min 左右），完成后的噴射面應(yīng)平整順直。

2.5 回填灌漿

初襯混凝土強度達到設(shè)計強度的70%時開始進行背后回填灌漿，及時填充初襯混凝土收縮形成與圍巖之間的空隙，使初襯混凝土與圍巖共同承受隧洞上部土體的壓力，有效控制地表沉降?；靥罟酀{管采用25 mm 無縫鋼管制作，長度為0.3 m，布置范圍為拱頂270°，混凝土噴射前預(yù)埋，縱向、環(huán)向間距均為2 m，梅花形布置?；靥罟酀{施工前，應(yīng)先用高壓風(fēng)清孔保證管路通暢。灌漿漿液采用純水泥，水灰比為0.5∶1，灌漿應(yīng)分序進行，先灌周邊孔，再灌中心孔，由低向高推進，灌漿壓力達到設(shè)計壓力后持續(xù)5 min 停止單孔灌漿，發(fā)生串孔時，封堵串漿孔繼續(xù)灌漿，直到達結(jié)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿結(jié)束后采用砂漿填封灌漿管。回填灌漿結(jié)束后，根據(jù)灌漿記錄對整個回填灌漿單（10 m 為一個灌漿單元）進行分析，主要根據(jù)各灌漿孔分布位置和和灌漿漿量進行分析，如各孔灌漿量基本均衡顯示灌效果良好。另隧洞初襯完成后，另行聘請專業(yè)監(jiān)測單位采用地質(zhì)雷達對灌漿效果進行二次檢測，如發(fā)現(xiàn)混凝土背后存在較大成片空隙，還需要鉆孔進行二次補灌漿。

2.6 加強監(jiān)控量測

隧洞開挖施工時，應(yīng)按規(guī)范要求對隧洞上方地面和拱頂進行監(jiān)控量測，及時掌握地面及拱頂?shù)淖冃吻闆r，當(dāng)達到預(yù)警值時及時反饋，作出應(yīng)對和調(diào)整，以防發(fā)生塌方事故。

3 結(jié)語

水工隧洞采用淺埋暗挖法穿越砂壤地層施工時，應(yīng)嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”十六方針，充分調(diào)動圍巖的自穩(wěn)能力，盡快形成穩(wěn)固閉合的支撐體系，嚴格按要求進行回填灌漿，同時做好監(jiān)控量測掌握圍巖變形情況，以利于隧洞安全、快速地施工。