水工隧洞穿越砂壤地层技术应用

2016-04-08薄福英岳林祥

山西水利 2016年12期

关键词：钢格导洞格栅

薄福英，岳林祥

（忻州市水利工程机械处，山西忻州 034000）

水工隧洞穿越砂壤地层技术应用

薄福英，岳林祥

（忻州市水利工程机械处，山西忻州 034000）

采用浅埋暗挖工艺穿越砂壤地层，应提前做好地质超前预报工作，在施工时应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，施工中充分调动围岩的自稳能力，尽快闭合成环，及时进行背后回填灌浆，实时监控量测，以达到安全、经济、快速施工的目的。

南水北调；水工遂洞；浅埋暗挖；砂壤地层

1 概述

南水北调中线工程京石段应急供水工程（惠南庄—大宁段）水工隧洞在北京市房山区长阳镇穿越京石高速公路，隧道长69 m，隧洞上部平均覆土厚度为5.3 m。隧道结构形式为正圆形并联两洞，开挖直径为6 m，两洞中心轴距为13.85 m。在施工方案中采用浅埋暗挖施工工艺，初衬结构为C30钢格栅喷射混凝土，内径为5.4 m。

隧洞所在地层比较简单，主要为第四系全新统砂壤土结构，具有弱透水性、自稳能力较差等特点。连接隧洞两侧槽底标高均低于隧洞下拱2 m以上，隧洞开挖施工时不存在施工降水问题。隧洞在砂壤地层中采用浅埋暗挖工艺成形。

2 隧洞开挖

2.1 开挖方法

隧洞所穿越的砂壤地层中，层间多夹黏土、粉砂，自稳能力较差，为了减少施工开挖扰动，加强隧洞支护，故在施工方案中采用浅埋暗挖工艺的中隔壁（CD）法开挖。CD法是在隧洞全断面开挖的基础上增加水平支撑和竖向支撑并与环向格栅支撑相连接，分成4个独立开挖区域，减小施工扰动，提高开挖安全程度。CD法施工时，在同侧上下导洞开挖距离应适宜，过长因出渣时间较长而延长仰拱封闭时间影响施工效率，过短则会扰动相邻导洞周围土体稳定增加不安全程度。结合以往隧洞暗挖施工经验及土层情况，施工方案中确定各导洞间前后开挖错距为6 m。

第一，进行左上导洞土体开挖及支护，沿该导洞向前打设直径为32 mm的超前小导管，注射水泥—水玻璃双液浆超前支护，开挖该导洞土方，开挖步距为0.5 m，架设钢格栅及水平和竖向支撑形成一个闭合支撑环，打设锁脚锚管，挂设钢筋网片，喷射C30混凝土，完成该导洞一个开挖支护循环。

第二，在左上导洞进尺6 m后，进行左下导洞土体开挖及支护，开挖步距为0.5 m，架设钢格棚及竖向支撑与左上导洞支撑焊接连接，挂网喷射C30混凝土，左侧上下导洞衬砌闭合连接。

第三，在左下导洞进尺6 m后，进行右上导洞土体开挖及支护，打设直径为32 mm的超前小导管，注射水泥—水玻璃双液浆，开挖该导洞土方，开挖步距为0.5 m，架设钢格栅及水平支撑，并与左上导洞格栅和水平支撑相连接，打锁脚锚管，挂网喷射C30混凝土。

第四，在右上导洞进尺6 m后，进行右下导洞土体开挖及支护，开挖步距为0.5 m，支设格栅并与相邻格栅和支撑相连接，挂网喷射C30混凝土，此时主洞初衬已封闭相对稳定的环状支护，以此工序循环，至隧洞贯通。初衬混凝土达到设计强度时拆除水平支撑和竖向支撑。

2.2 小导管注浆超前加固

采用地质雷达对开挖面前方地层进行探测预报，判明地层基本情况，根据土体情况选用注浆浆液种类及配合比，通过超前小导管注浆改善围岩受力状况，减少围岩的松弛变形。

在砂壤地层中施工，采用超前小导管支护预加固地层，注浆土体胶结成拱形承载体，在超前小导管及加固体的作用下开挖，以有效控制塌方。

小导管一般采用直径32 mm，为2.25 m的无缝钢管制作，端头花管长1.0 m。出浆端制成封闭锥形，在花管段四周每20 cm钻8 mm出浆孔。小导管沿隧洞开挖上拱180°布置，其环向间距为0.3 m，外插角18°～22°，打入后纵向搭接长度1.0 m，注浆压力应根据现场工艺试验确定为0.30～0.35 MPa，充填系数控制在0.3～0.35之间。

2.3 钢格栅加工质量

支撑体系是由钢格栅和喷射混凝土组成，最终共同成为隧洞的永久结构，因此必须对格栅加工和安装质量严格控制。钢格栅在加工厂制作完成并试拼合格后，运至现场安装前必须通过二次验收。开挖完成后随即安装钢格栅，安装时使用仪器精确定位，使格栅安装的标高、中线、倾斜度符合设计及规范要求，格栅间采用螺栓连接，拱部格栅安装前应清除拱脚下的虚碴及其他杂物，格栅脚部采用混凝土块垫实。安装完成后，格栅间间距、钢格栅纵向和环向之间连接、钢格栅拱脚处临时支撑和拱脚处锁脚锚管打设均应进行严格查检。

2.4 喷射混凝土

隧洞喷射混凝土采用潮喷工艺施工，格栅安装完成后，开始喷射混凝土。由于格栅钢筋比较密集，混凝土喷射时回弹较大，容易出现不密实情况。为保证喷射混凝土质量，施工方案中采取用分层喷射，一次喷射厚度控制在7 cm之内。

混凝土喷射机安装好后，先试喷清除管道内杂物，随后用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的灰尘，然后开始喷射混凝土，喷射压力为0.3°～0.5°/MPa，喷头与受喷面保持垂直，喷头距受喷面距离为0.5～1.0 m，喷射轨迹应自上而下呈螺旋形移动，后一圈压前一圈1/3，如遇受喷面被钢筋网片、格栅遮挡时，可将喷头稍微斜，上一层初凝后进行下层混凝土喷射，完成后的喷射面应保持平整顺直。

2.5 回填灌浆

初衬完成后及时进行背后回填灌浆，回填灌浆可填充初衬混凝土与围岩之间的空隙，使初衬混凝土与围岩共同承受其上部土体的压力和控制地表沉降。回填灌浆范围隧洞上部为270°范围。回填灌浆管采用直径25 mm无缝钢管制作，长为0.5 m，纵环向安装间距均为2 m，梅花型布置。

回填灌浆浆液为水泥浆，水灰比为0.5∶1，采用水泥单液注浆机灌注，灌浆压力不宜过高，能克服管道阻力、初期支护间空隙阻力即可，一般为0.30～0.35 MPa。回填灌浆前，先进行清孔，保证其管路畅通，灌浆顺序应分段分序闭合进行，灌浆过程中严格控制灌浆压力。灌浆时由下游向上游、低端向高端缓慢推进，当灌浆压力达到设计压力并不再进浆时持续稳压5 min即可停止单孔灌浆，最后进行封孔作业。

2.6 加强现场监控量测

在开挖过程中，应对地面和洞内断面变形收敛进行监测，随时掌握隧洞变形情况，将数据整理和分析后形成信息及时反馈到施工中，用以科学指导施工。