淺埋過飽和黏性土小洞徑隧洞施工措施探討

胡 凱 楊雙龍

（遼寧省水利廳 遼寧 沈陽 110003）

1 前言

某支線隧洞工程設計圍繞“圍巖”主題進行設計及降低后期運營維護費用，支線工程出口采用淺埋小洞徑隧洞連接凈水廠進水口段，所以支線工程出口隧洞安全及高質量的施工顯得極為重要。過飽和黏性土圍巖隧洞，其圍巖動態及土壓力作用顯示出非常特殊的情況，即隧洞開挖后，可以看到周邊過飽和黏性土中的水局部匯成線性流水，黏性土隨線性流水蠕動，與洞壁一起慢慢地向洞內擠入的現象，開挖斷面會顯著縮小，對隧洞施工的質量與安全產生巨大影響。

2 工程概況

某支線隧洞工程出口段K14+612～K14+052（560m）位于YLJ右岸高級階段上，沿垂直于階地展布方向布置，整體上地形較平坦，地勢起伏不大，局部存在窄小沖溝，溝底相對于現地面落差約7m。隧洞埋深小于50m，局部屬于極淺埋，巖性為第四系上更新統黏性土夾碎石、卵石，黃褐色為主。圍巖極不穩定，設計推測本段以潮濕為主，但實際開挖過程中，從K14+531開始沿小里程方向（進洞約80m），圍巖為過飽和黏性土，碎石含量約5%左右，地下水以包氣帶水為主，隧洞內地下水呈線性流水，隨著開挖的進行，出水量逐漸增大，最大出水量約270m3/d。圍巖為Ⅴ類，極不穩定，整個黏性土含水量過飽和。

支線隧洞出口底板高程240m，設計坡比2.22%，開挖尺寸為3.1m×3.9m（寬×高），洞型為馬蹄型；成洞尺寸為2.6m×2.6m（寬×高），洞型為圓形洞型，屬小洞徑隧洞。

該隧洞由于地質條件比較惡劣，圍巖強度極低，有塑性地壓作用，開挖面不能自穩，開挖過程中塌方一直持續不斷。工程參建各方不斷優化施工方案，為使順利通過該過飽和黏性流土不良地質段。

3 洞身綜合開挖方案

針對揭露的地質情況，由于線性流水的存在，黏性土經過施工人員、機械的擾動，形成極不穩定的淤泥質流土，出渣已經不能使用小型皮帶扒渣機（皮帶全被淤泥質流土糊堵），只能采用人工開挖，采取全斷面開挖支護法施工。施工過程中根據不同的地質情況，輔以相應的加強支護措施?？傮w根據“短進尺、強支護、勤量測”原則，該支線隧洞出口采用的綜合開挖及支護施工方案如下：

超前管棚→超前小導管→化學灌漿→人工開挖30cm→噴混凝土封閉掌子面及滑塌黏性土體→掛鋼筋網→立拱架→初期支護噴混凝土→進入下一循環。

開挖過程中，隧洞進尺達到2m時，及時對底板進行碎石換填及底板混凝土澆筑，進尺達到50m時，及時進行施工期襯砌混凝土澆筑。

4 聯合支護措施

為保證施工安全及施工進度，在開挖過程中采用多種支護形式形成聯合支護。支護形式包括超前管棚、超前小導管、化學注漿、噴射混凝土、鋼筋網、鋼拱架、砂袋防護墻等進行聯合加強支護。

4.1 超前管棚

圖1 管棚工作室擴挖示意圖

超前管棚采用Φ108無縫鋼管，管壁厚度不小于5mm，鋼管之間凈距為400mm，長度為10m～40m。每節鋼管長度為4m～6m。接頭采用厚壁管箍，每一管端絲扣長度不小于150mm。接頭錯開布置。縱向兩組管棚的搭接長度大于3m，外插角0°～3°，管棚安裝完畢，應將管內黏土沖洗干凈，按相關規范規定進行注漿。

管棚沿洞室開挖輪廓線管棚鉆機能施作的最大范圍內均勻布置，管棚鋼管與襯砌層的距離應小于400mm。

每循環管棚施工前，由于本工程為小洞徑隧洞工程，在管棚施作前應根據管棚鉆機要求開挖管棚工作室（約間隔20m，進行一次管棚工作室擴挖），管棚工作室應根據相關要求進行加強支護。

4.2 超前小導管

超前小導管支護參數，施工過程中在保證不低于原設計的基礎上，根據現場實際地質情況，采取相應的加密措施。小導管前端加工成錐形，管壁15cm交錯鉆眼，眼孔直徑8mm，尾部50cm不鉆眼。

小導管選用Φ42mm的熱軋鋼管，長度6m，壁厚不小于3.5mm；管壁每隔10mm～20mm交錯鉆眼，眼孔直徑6mm～8mm，梅花形布置，尾部焊接6mm～8mm鋼筋箍。

小導管沿隧洞拱部及邊墻均勻布設。間距及搭接長度根據開挖工作面前方的地質條件和自穩能力確定，但間距不應大于40cm，搭接長度不應小于1m?？裳厮矶纯v向開挖輪廓線向外以10°～15°的外插角鉆孔，將小導管打入圍巖，亦可在開挖面上將小導管打入圍巖；小導管應與鋼拱架配合使用，施工時應沿鋼拱架外側鉆孔安裝，不得在鋼拱架上鉆孔。

4.3 化學注漿

每一排超前小導管施作完成后，利用超前小導管進行化學注漿，注漿料主要為聚氨酯類，采用以水溶性聚氨酯漿材為主，油性聚氨酯漿材為輔的注漿工藝。

小導管注漿應符合下列規定：小導管注漿前，應保證開挖面及5m范圍內的洞壁噴射厚為50mm～100mm的混凝土封閉；掌子面前方部位布設同規格化學注漿小導管，梅花形布置，@800mm×800mm；注漿壓力 2MPa～3MPa。

檢查化學注漿機具是否完好，并備足化學注漿材料，配好的漿液應在規定時間內注完，隨配隨用。

4.4 噴射混凝土

每循環開挖進尺達到30cm后，為保證下道工序施工時的安全，立即對掌子面進行20cm噴射混凝土封閉掌子面及周邊過飽和黏性土體進行噴射混凝土回填。每循拱架施工完成后，立即進行初期支護噴混凝土。

噴射混凝土采用C30W10，初期支護噴射厚度15cm。

4.5 鋼筋網

掌子面封閉及塌方體噴射混凝土回填完成后，對頂拱斜墻及時施作鋼筋網，鋼筋網參數Φ8@50cm×50cm。

4.6 鋼拱架

拱架采用I12.6型鋼拱架，縱向間距30cm，相鄰鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接，間距為0.8m。拱架施工順序以開挖順序保持一致，即先施工頂拱部位拱架，再施工斜墻部位拱架，鋼拱架底腳應置于30cm×30cm混凝土預制墊塊上，分散拱架應力，避免因過飽和黏性流土承載力不夠，隧洞產生較大變形。

4.7 碎石換填

隧洞開挖每達到2m進尺后，及時對底板進行碎石換填，換填厚度30cm，并壓實。

4.8 底板混凝土

碎石換填完畢以后，及時對底板混凝土進行澆筑，底板混凝土采用C30W10混凝土，厚度30cm。

4.9 砂袋防護墻

在進行底板碎石換填及底板混凝土澆筑過程中，對掌子面進行砂袋墻防護，防止過飽和黏性土在線性水流作用下滑塌。

4.10 施工期襯砌

為確保施工安全，每循環進尺達50m后，進行施工期襯砌混凝土澆筑。模筑鋼筋混凝土襯砌混凝土的強度等級為C30W10F200，襯砌厚度35cm，分段長度12m，混凝土襯砌與初期支護共同抵抗圍巖的變形。

5 施工過程注意事項

（1）隧洞施工過程中，應參考監控量測結果，開挖斷面應適時調整變形富余量，防變形侵限。

（2）加強地質觀測及做好地質預報工作，對周圍地質條件和初期支護狀態予以定性評價，為調整支護參數提供參考依據。

（3）須嚴格按照監控量測方案對洞內和地表實施動態監測，及時分析量測數據，反饋信息用以指導施工。

（4）隧洞底板應根據施工要求及時進行碎石回填，碎石粒徑（20mm～80mm）,確保過水廊道暢通。

（5）及時跟進施工期襯砌施工，確保隧洞施工安全。

6 結語

該淺埋小洞徑過飽和黏性土隧洞施工嚴格按照“安全可靠，經濟合理”的原則，結合工程實際情況，考慮技術可行性、加固效果、施工的難易等因素，采用該綜合開挖方案。施工期即進行碎石換填、底板澆筑、澆筑施工期襯砌等多種手段，保證了隧洞的順利施工。但在施工過程中，由于洞徑的限制，開挖、支護、底板澆筑、襯砌等施工隊伍頻繁進場、退場導致施工進度緩慢，業主及監理應加強監督，嚴格按照設計圖紙和施工方案執行，防止施工冒進。陜西水利

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