趙明宇

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166)

不同巖土條件典型進(jìn)洞施工工藝分析

趙明宇

(遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166)

在隧洞施工中，洞口能否快速、安全的形成對(duì)工期至關(guān)重要。洞口地質(zhì)條件不同，施工工藝也不同。文章介紹了幾種代表性地質(zhì)條件下洞口段進(jìn)洞方式，并對(duì)進(jìn)洞方式進(jìn)行了比較評(píng)價(jià)。以期對(duì)今后的隧洞施工有所借鑒，對(duì)工程技術(shù)的發(fā)展也是個(gè)有益的補(bǔ)充。

輸水工程；隧洞施工；巖土條件；進(jìn)洞施工工藝；開(kāi)挖及支護(hù)

某輸水工程主體為一隧洞，沿途共有14個(gè)施工支洞組成，包括進(jìn)出口共16處進(jìn)洞口。由于洞口段地質(zhì)條件差異較大、施工單位水平和經(jīng)驗(yàn)差別大，故在進(jìn)洞的方式和施工進(jìn)度上表現(xiàn)各異，能否順利進(jìn)洞成了保證隧洞工期的關(guān)鍵。文章分別就3種地質(zhì)狀況下的洞口段進(jìn)洞方式進(jìn)行了匯總介紹。

1 有大量裂隙的巖石條件下的進(jìn)洞施工工藝

1.1 洞口段自然地質(zhì)描述

洞口段為Ⅳ類(lèi)圍巖，節(jié)理發(fā)育、風(fēng)化嚴(yán)重、有大量的泥狀松散體，局部夾雜石英砂巖的大塊石，上部有一條廢棄的公路通過(guò)，且覆蓋層很薄(只有8.18m,其中頂部6m為碎石堆積物)。

1.2 進(jìn)洞原則

本著“早進(jìn)洞，少開(kāi)挖”的原則，結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定如下施工方案：由于支洞開(kāi)挖完成后，巖體本身不能形成“自然拱”，故為了確保原有公路不被破壞，決定采取“強(qiáng)支護(hù)，弱爆破，短進(jìn)尺，緊襯砌”的方法，安全順利地進(jìn)洞。

1.3 具體工藝

1.3.1 洞臉邊仰坡開(kāi)挖

根據(jù)洞口實(shí)際狀況，采用機(jī)械施工和爆破開(kāi)挖相結(jié)合的方法開(kāi)挖洞臉邊仰坡。同時(shí)在原有公路靠山側(cè)做了排水溝，以便及時(shí)截堵引排山水。

1.3.2 洞臉邊仰坡防護(hù)

洞臉開(kāi)挖完成之后，仰坡面洞臉輪廓開(kāi)挖面以外5m的范圍內(nèi)進(jìn)行砂漿噴錨加固，具體做法為：在加固范圍之內(nèi)預(yù)先鋪設(shè)8@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)，環(huán)向布設(shè)三排長(zhǎng)度為3.5m、直徑22mm的砂漿錨桿，將鋼筋網(wǎng)與錨桿進(jìn)行滿(mǎn)焊連接，之后用強(qiáng)度為C25的混凝土噴射150mm封閉，洞口開(kāi)挖輪廓線外50cm拱部范圍布設(shè)長(zhǎng)5.0m，φ42的鋼管管棚，環(huán)向間距為30cm，縱向搭結(jié)長(zhǎng)度1.0m。

1.3.3 洞口開(kāi)挖及初期支護(hù)

洞口段及Ⅳ類(lèi)圍巖段采用短臺(tái)階法施工，光面爆破，每循環(huán)進(jìn)尺控制在50～100cm。洞口段錨噴掛網(wǎng)及工字鋼鋼拱架支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，Ⅳ類(lèi)圍巖段采用格柵鋼架與錨桿聯(lián)合支護(hù)，鋼拱架底座下臥到基巖面，挖不到基巖面的部位采用擴(kuò)大基礎(chǔ)避免拱架下沉。鋼拱架的水平受力在施工中也進(jìn)行了充分考慮，在底板處對(duì)鋼拱架封閉成環(huán)以免橫向收縮擠壓變形，襯砌及時(shí)跟進(jìn)并封閉成環(huán)[1]。

2 大量漂卵石和土混雜的松散坡積物條件下的進(jìn)洞施工工藝

2.1 洞口段自然地質(zhì)描述

洞口段為松散坡積物，巖石孔隙率較大，滲透性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差。

2.2 進(jìn)洞原則

“安全、穩(wěn)妥”的原則，采取了“短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、緊襯砌、勤量測(cè)”進(jìn)行此段施工。

2.3 具體工藝

洞臉開(kāi)挖及支護(hù)→超前勘探孔探察坡積物長(zhǎng)度→鎖口段施工→止?jié){墻→預(yù)灌漿→進(jìn)洞。

2.3.1 洞臉開(kāi)挖及支護(hù)

在進(jìn)行洞臉土方明挖之前先進(jìn)性洞口施工場(chǎng)地的整平，將洞臉邊在開(kāi)挖仰坡時(shí)殘留的危石以及碎碴清理干凈，確保后續(xù)的噴錨掛網(wǎng)工作能夠順利進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工安全需要，預(yù)先在噴錨工作開(kāi)始之前由專(zhuān)業(yè)施工人員進(jìn)行腳手架的搭設(shè)，此后在開(kāi)挖洞口及周邊的仰坡范圍，鋪掛Φ8鋼筋網(wǎng)@100mm×100mm，用長(zhǎng)度≥1.5m，直徑≥22mm的錨桿加固，錨桿呈梅花形布置，然后噴射厚度≥250mm的C25混凝土進(jìn)行封閉加固。

洞口周邊仰坡錨噴加固以后，在洞口位置下挖一個(gè)1.5～2.5m深的基坑用以加固洞口處的松散坡積物?；娱_(kāi)挖完成之后澆筑C25混凝土，達(dá)到一定強(qiáng)度之后形成一個(gè)穩(wěn)定的混凝土基座，在加固洞口的同時(shí)也能夠有效的加固洞口邊坡。在洞口處混凝土基座完成后，再在洞口兩側(cè)邊墻處安放3層加密鋼筋籠(Φ22@50cm×50cm×80cm)，之后澆筑C25混凝土，此部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上部1m范圍內(nèi)要留出至少500mm的鋼筋接頭，用以上部止?jié){鋼筋混凝土墻的鋼筋接茬。

2.3.2 鎖口段鋼筋混凝土施工

鎖口段混凝土襯砌總長(zhǎng)5.31m，底板厚550mm，壁厚800mm，配雙層鋼筋，其中明洞長(zhǎng)2.0m。

2.3.3 止?jié){墻施工

為了確保坡積物山體穩(wěn)定及后續(xù)灌漿順利進(jìn)行，在洞口設(shè)計(jì)范圍外沿洞臉邊仰坡澆筑C25混凝土止?jié){墻。

2.3.4 0+002至0+042斜坡段暗洞施工

1)洞身開(kāi)挖：支洞開(kāi)挖采用采用微臺(tái)階法施工，微臺(tái)階法分步開(kāi)挖。前期開(kāi)挖出碴主要為人工配合小汽車(chē)出碴，后來(lái)改為REBOX—60挖掘機(jī)裝碴，大大提高了運(yùn)輸出碴的效率

2)初期支護(hù)：由于斜坡段為松散的塊石坡積物，對(duì)于斜井支洞及時(shí)采用自進(jìn)中空邁式超前錨桿、邁式系統(tǒng)錨桿、I16鋼拱架、Φ8鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土聯(lián)合支護(hù)。

3)二次支護(hù)—襯砌：對(duì)0+005.31～0+042段進(jìn)行了鋼筋混凝土襯砌，混凝土襯砌厚度500mm，襯砌斷面及配筋。

3 含水量較高的黏土層條件下的進(jìn)洞施工工藝

3.1 洞口段自然地質(zhì)描述

黏土層近7m厚，富含水，膠結(jié)松散，塊石、礫石、黏土混雜，洞口所在山坡遍布人工林。

3.2 進(jìn)洞原則

本著“安全、做好排水、減少明挖、保護(hù)環(huán)境”的原則。結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定如下施工方案：采取邊挖邊護(hù)，對(duì)危險(xiǎn)巖土體進(jìn)行先加固再開(kāi)挖的辦法，盡量減小對(duì)周?chē)鷰r體的擾動(dòng)。主要針對(duì)性措施有：分部開(kāi)挖、邊挖邊護(hù)；噴錨支護(hù)、鋼(木)支撐插板法、超前支護(hù)、加強(qiáng)預(yù)報(bào)等。

3.3 具體工藝

3.3.1 邊仰坡支護(hù)

在邊仰坡支護(hù)之前要進(jìn)行拉控制線修整，根據(jù)控制線位置用反鏟機(jī)械進(jìn)行邊坡削坡清破以及尺寸修整，修整的同時(shí)要及時(shí)考慮到土方開(kāi)挖工作“開(kāi)槽先撐，邊撐邊挖”的基本原則，及時(shí)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的保障工作，確保作業(yè)人員以及周邊環(huán)境的安全。坡積物清理完成之后，支護(hù)工作立即開(kāi)始，確保在下一梯層開(kāi)挖之前完成錨噴加固工作。加固過(guò)程中確保噴射混凝土強(qiáng)度不低于C25，噴射厚度≥200mm。

3.3.2 洞口(暗洞)開(kāi)挖及支護(hù)

洞內(nèi)施工屬于高危險(xiǎn)性工作，需要事先做好安全防護(hù)工作，超前支護(hù)以及洞內(nèi)之后都是確保洞內(nèi)施工的有效安全保障，除此以外還要進(jìn)行短期超前預(yù)報(bào)以及監(jiān)控量測(cè)的強(qiáng)化，確保洞內(nèi)施工的安全。具體采取的措施為，在洞內(nèi)施工的同時(shí)，在洞口外設(shè)置長(zhǎng)度為2m，內(nèi)設(shè)兩榀H180鋼支撐的混凝土套拱，在套拱進(jìn)入洞內(nèi)的時(shí)候，通過(guò)預(yù)先設(shè)置在套拱周邊孔口管內(nèi)的φ108@500長(zhǎng)管灌注水泥砂漿，并插設(shè)鋼板進(jìn)行支護(hù)，洞內(nèi)初期支護(hù)采用H180@500鋼支撐配合φ25@1000系統(tǒng)錨桿進(jìn)行支護(hù)。

1)短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行取芯勘探，評(píng)價(jià)里程≥15～20m。

2)超前支護(hù)：超前支護(hù)方式為管棚。施工過(guò)程為：套拱施工→鉆機(jī)就位與安裝→鉆孔→安裝管棚→注漿。

3)套拱施工：套拱起始端點(diǎn)與洞口保持4m的距離，與此同時(shí)將套拱底部“工”字形鋼的位置準(zhǔn)確定位出來(lái)，然后進(jìn)行每一榀拱架的弧度校正，在“工”字鋼拱架上的周邊焊接Φ127×4空口管，長(zhǎng)度與距離坡面的距離相協(xié)調(diào)，控制環(huán)向間距滿(mǎn)足規(guī)范要求。內(nèi)側(cè)拱架附加背負(fù)式模板，固定牢靠之后澆筑強(qiáng)度≥C25，厚度≥500mm的混凝土，在混凝土終凝之前開(kāi)始養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，拆模之后進(jìn)行管棚鉆孔作業(yè)。

4)鉆機(jī)平臺(tái)的搭建及鉆機(jī)安裝：鉆機(jī)鉆孔施工前首先要搭建鉆機(jī)平臺(tái)，確保平臺(tái)有足夠的承載力確保鉆機(jī)不會(huì)由于安裝固定不牢靠而出現(xiàn)下沉、擺動(dòng)、移位或者是傾斜，從而影響鉆機(jī)成孔的質(zhì)量。同時(shí)在搭建平臺(tái)的過(guò)程中要根據(jù)鉆機(jī)工作的特點(diǎn)自上而下，自?xún)蓚?cè)向中間的搭建，這樣既能保證鉆機(jī)平臺(tái)有足夠的承載力，同時(shí)又能夠保證鉆機(jī)與工作面的距離保持在3.0m以上。平臺(tái)搭設(shè)完畢可以選擇使用鉆機(jī)定位架來(lái)安裝鉆機(jī)，為了確保安裝位置的正確可以使用羅盤(pán)對(duì)鉆桿的角度進(jìn)行復(fù)測(cè)，使鉆桿的軸線與開(kāi)孔角度保持一致。

5)鉆孔：鉆孔作業(yè)環(huán)節(jié)采用MK—5型水平鉆機(jī)在空壓機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行干式成孔，鉆機(jī)鉆頭與地面保持平行，具體施鉆深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，以進(jìn)入新鮮巖石深度≥1.0m為標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔施工初始階段要使鉆機(jī)保持低壓低速狀態(tài)，緩慢成孔，待到鉆頭進(jìn)入土層一定深度的時(shí)候加快鉆進(jìn)前進(jìn)速度。鉆至預(yù)定深度之后，用長(zhǎng)度≥2.5m，直徑≥Φ108的巖心管進(jìn)行高壓清孔。

6)安裝管棚鋼管：鋼管安裝中必須保證接頭位置錯(cuò)開(kāi)，在施工過(guò)程中為了確保位置錯(cuò)開(kāi)，一般將空位進(jìn)行編號(hào)，奇數(shù)孔位的首節(jié)管使用長(zhǎng)度為3m的鋼管，偶數(shù)孔位的首節(jié)管使用長(zhǎng)度為6m的鋼管。鋼管之間用加工成方絲的絲扣連接，絲扣全長(zhǎng)為150mm。

7)注漿：注漿施工環(huán)節(jié)使用M20強(qiáng)度水泥砂漿以“打一珠一”的方法進(jìn)行灌注，灌注過(guò)程中為了有效降低砂漿中的含氣量，常常在灌注管內(nèi)安置一根直徑為20mm的塑料排氣管，用以在灌注過(guò)程中排出灌注砂漿中的氣體，提高注漿成品的密實(shí)度。完成長(zhǎng)管棚注漿施工后，在管棚支護(hù)環(huán)的保護(hù)下，按施工步驟進(jìn)行掘進(jìn)施工。

3.3.3 洞內(nèi)開(kāi)挖與支護(hù)

1)鋼插板：開(kāi)挖過(guò)程分部分、分臺(tái)階的進(jìn)行，確保開(kāi)挖與支護(hù)能夠協(xié)調(diào)進(jìn)行，在開(kāi)挖的同時(shí)沿著鉆進(jìn)前進(jìn)的方向適時(shí)在鋼支撐與巖壁之間插入厚度為3mm的鋼板，尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況確定。插入鋼板是為了有效的封閉巖面、防止巖壁坍塌。

2)初期支護(hù)：初期支護(hù)不僅有效的保證了施工人員以及機(jī)械的安全，同時(shí)又為施工進(jìn)度的保證提供了必不可少的保證。鉆進(jìn)進(jìn)洞挖掘前進(jìn)500mm即進(jìn)行初期的支護(hù)，支護(hù)方式為H180@500鋼支撐、φ22@1000系統(tǒng)錨桿，掛φ8@150×150鋼筋網(wǎng)，噴C25混凝土厚150mm。

3.3.4 現(xiàn)場(chǎng)邊坡監(jiān)測(cè)

為了保證安全，對(duì)洞臉周?chē)倪吰碌姆€(wěn)定性進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)。在坡面上均勻布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)全站儀進(jìn)行水平及垂直變形的監(jiān)控量測(cè)。前期觀測(cè)周期為每天早晚各一次，等坡體變形穩(wěn)定后改為每月一次。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，作出時(shí)間-位移變化曲線，由此直接或間接了解邊坡滑動(dòng)的位移量大小、滑動(dòng)的速率以及隨季節(jié)變化的規(guī)律。還可利用相關(guān)因子作必要的回歸分析，找出規(guī)律，進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

從上面所述不難看出，文中例舉了3種不同的地質(zhì)狀況，這3種地質(zhì)狀況的成孔都遵循了“短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、爭(zhēng)取提前進(jìn)洞”的原則。這3種地質(zhì)狀況以及具體的進(jìn)洞施工方案比較具有代表性，基本涵蓋了本專(zhuān)業(yè)工程施工中所能遇到的絕大多數(shù)情況。

1)進(jìn)洞效率：巖石情況下進(jìn)洞用時(shí)15d；松散坡積物情況下的進(jìn)洞用時(shí)2個(gè)月；含水量較高且結(jié)構(gòu)松散的厚土層情況下的進(jìn)洞用時(shí)15d。

2)進(jìn)洞方式：文中闡述的3種地質(zhì)條件下的施工過(guò)程中進(jìn)洞的方式都是采用強(qiáng)行突破的方式，在進(jìn)洞的同時(shí)都采取了可靠的支護(hù)措施，如超前支護(hù)以及邊坡支護(hù)等等，但是這3種不同地質(zhì)狀況在超前支護(hù)的施工環(huán)節(jié)存在著一定的不同，分別采用的是普通錨桿、邁式錨桿以及管棚支護(hù)。

3)經(jīng)濟(jì)成本：巖石情況下進(jìn)洞1萬(wàn)m；松散坡積物情況下的進(jìn)洞2萬(wàn)m；含水量較高且結(jié)構(gòu)松散的厚土層情況下的進(jìn)洞1.5萬(wàn)m。

4.2 建議

在堆石坡積物發(fā)育地區(qū)或其它不良地質(zhì)地區(qū)搞地下工程，首先應(yīng)查明其工程水文地質(zhì)條件，然后確定處理方案及范圍；材料準(zhǔn)備要充分，在日益重視環(huán)保的今天，施工中要充分論證和研究環(huán)保問(wèn)題。

[1]祝天祥.淺析黃土隧道進(jìn)洞施工工藝及要點(diǎn)[J].四川建材，2012(02)：137-138.

1007-7596(2014)10-0080-03

2014-04-12

趙明宇(1970-)，男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師。

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