牛欄江
——滇池補(bǔ)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)

牛欄江
——滇池補(bǔ)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(bǔ)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(jī)質(zhì)粘土、粘土夾細(xì)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(qiáng)支護(hù)；施工技術(shù)；牛欄江——滇池補(bǔ)水工程；土質(zhì)隧洞

1工程概況

牛欄江——滇池補(bǔ)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(jī)質(zhì)粘土、粘土夾粉細(xì)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(biāo)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(qiáng)支護(hù)并采用邊挖邊襯砌的施工方法。

2隧洞施工的主要難點(diǎn)

(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(diǎn)，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(hù)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(jī)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(jī)挖裝、農(nóng)用車運(yùn)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(jìn)行隧洞支護(hù)；對于無水洞段，可不單獨(dú)進(jìn)行圍巖封閉的噴射混凝土工序，直接進(jìn)行后續(xù)的隧洞支護(hù)。(6)采取先開挖后襯砌的方案，即在該洞段開挖支護(hù)全部完成后再進(jìn)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(jī)開挖，采取全斷面開挖或臺階法開挖，每循環(huán)進(jìn)尺1 m左右。開挖采用PC200挖機(jī)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(jìn)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(hù)長度到5 m左右后開始進(jìn)行直墻段的開挖，先進(jìn)行一側(cè)的直墻段開挖支護(hù)，再進(jìn)行另一側(cè)的直墻段開挖支護(hù)，交替進(jìn)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(jī)挖裝5 t農(nóng)用車運(yùn)輸至渣場的方法。當(dāng)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(jī)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(hù)方法

隧洞開挖前，需采用大管棚或小管棚進(jìn)行超前支護(hù)。對于粘土、泥炭土及砂卵礫石層洞段，其地層具有一定的強(qiáng)度，采用φ91的大管棚，該類洞段采用常規(guī)的支護(hù)方法，其施工參數(shù)見表1、圖2；對于粘土夾粉細(xì)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(qiáng)支護(hù)方法，其施工參數(shù)見表2、圖3。在大管棚支護(hù)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(hù)時，采用螺旋鉆機(jī)(100B型潛孔鉆進(jìn)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(jìn)行超前支護(hù)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(hù)的中后段，開挖前還需采用φ48的無縫鋼管進(jìn)行超前支護(hù)，采用手風(fēng)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(hù)參數(shù)表

(2)噴混凝土。

在洞外拌制C20 混凝土，農(nóng)用車運(yùn)輸至洞內(nèi)，現(xiàn)場人工加速凝劑，調(diào)節(jié)噴槍的風(fēng)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(hù)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(hù)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(hù)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(jìn)行塊石換填，以確保開挖、裝渣的機(jī)械和車輛能到達(dá)掌子面，進(jìn)而保證施工的順利進(jìn)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(qiáng)劑，縮短待強(qiáng)時間，為盡快進(jìn)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(jìn)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(jī)質(zhì)粘土，因地制宜地采取了大小管棚相結(jié)合、短進(jìn)尺、及時封閉、強(qiáng)支護(hù)和加強(qiáng)變形觀測的綜合處理措施，同時加強(qiáng)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(qiáng)同相關(guān)施工單位的聯(lián)系，在公路進(jìn)行碾壓工序時暫停洞內(nèi)的開挖工序；在必須進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時加強(qiáng)隧洞監(jiān)測，同時對該段采取管棚超前支護(hù)和支護(hù)封閉成環(huán)的強(qiáng)支護(hù)方案。

3.6底板基礎(chǔ)為粉細(xì)砂時的處理方法

對于隧洞底板以下為粉細(xì)砂的洞段，由于施工機(jī)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(hù)封閉成環(huán)的施工方法，先進(jìn)行邊頂拱支護(hù)，再進(jìn)行底板支護(hù)。進(jìn)行邊墻支護(hù)時，需對兩側(cè)墻的底板范圍進(jìn)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(hù)完畢，立即進(jìn)行底板施工，先進(jìn)行底板開挖，再填入塊石，采用挖機(jī)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(shí)。

3.7混凝土襯砌施工方法

在隧洞開挖完成后進(jìn)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(yùn)輸車運(yùn)輸至作業(yè)面，人工搬運(yùn)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(yùn)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(shí)。

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(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)，在距離底板1.5 m高處設(shè)置兩條基線進(jìn)行周邊收斂觀測；洞頂沉降觀測用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，周邊收斂觀測用收斂儀進(jìn)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(bǔ)強(qiáng)措施，或者進(jìn)行永久混凝土襯砌。

5結(jié)語

經(jīng)過對牛欄江——滇池補(bǔ)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(jìn)行認(rèn)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(diǎn)體會：(1)針對軟弱不良地質(zhì)洞段，采取常規(guī)的開挖支護(hù)方案通過精細(xì)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(shí)際情況，只要適時采取強(qiáng)支護(hù)方案是完全可以采取先洞挖完成再進(jìn)行隧洞襯砌的方案，不但能加快施工進(jìn)度，而且還能減少施工投入；(3)采用螺旋鉆機(jī)(φ100B潛孔鉆改裝)進(jìn)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(jìn)度；在水量較大的軟弱圍巖洞段，采用長大管棚進(jìn)行超前支護(hù)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(jī)械開挖，有利于加快施工進(jìn)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(qiáng)支護(hù)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(hù)因地質(zhì)原因變形出現(xiàn)支護(hù)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(xiàn)標(biāo)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(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)