趙雪

（北京金河水務(wù)建設(shè)有限公司，102206，北京）

粉細砂卵石地層中淺埋暗挖法初期支護施工技術(shù)措施

趙雪

（北京金河水務(wù)建設(shè)有限公司，102206，北京）

粉細砂；卵石；淺埋暗挖；初期支護；施工技術(shù)

一、工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程施工第四標段結(jié)構(gòu)斷面形式為DN3 400 mm淺埋暗挖2孔隧洞鋼筋混凝土圓涵，2孔中心間距為12.2 m，中心樁號4+320.04～5+716.04，中心導(dǎo)線全長1 396 m。標段開始沿大興灌渠渠底，向南行至高家村寸#7豎井，之后沿五環(huán)路轉(zhuǎn)向東。主體初期支護為DN4 600 mm的圓涵，采用架立鋼格柵、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土對開挖面進行封閉的支護形式，初期支護厚度為250 mm。

工程沿線地表覆蓋為人工填土層，洞室開挖范圍內(nèi)地質(zhì)條件為粉土夾有粉細砂層、粉質(zhì)黏土和卵石地層。其中粉細砂、卵石地層的工程地質(zhì)剖面圖見圖1。

二、淺埋暗挖法初期支護原理

本工程淺埋暗挖法的初期支護原理是：小導(dǎo)管注漿加固地層提高圍巖的自穩(wěn)能力，超前勘探在確保安全的前提下進行人工洞室開挖，通過架立鋼格柵、布設(shè)縱向連接筋、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射C25混凝土等一系列工序封閉成環(huán)，形成初期支護。

三、淺埋暗挖法初期支護施工工藝

1.技術(shù)參數(shù)

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

本工程初期支護包括超前支護和開挖支護兩部分。超前支護為沿洞室上半拱環(huán)向間距300 mm打設(shè)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用Φ25 mm無縫鋼管，長度1 700 mm，打設(shè)角度15°～20°；超前支護注漿采用水泥水玻璃雙液漿或改性水玻璃，根據(jù)地層條件選用。開挖支護采用上部預(yù)留核心土的正臺階法開挖，核心土長度為2～3 m，開挖步距500 mm，架立鋼格柵、布設(shè)縱向連接筋、打設(shè)鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼

筋網(wǎng)、噴射C25混凝土。初期支護每開挖500 mm封閉成環(huán)一次，上下半拱開挖錯臺5 m，初期支護混凝土強度達到設(shè)計強度的70％以上后進行回填灌漿的施工。

2.施工工藝

本工程施工工藝為：施工準備→打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿→超前勘探→土方開挖→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→架立鋼格柵→焊接縱向連接筋→打設(shè)鎖腳錨桿→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射C25混凝土→初支背后回填灌漿。

四、淺埋暗挖法初期支護措施

1.馬頭門施工

馬頭門是在豎井井壁按設(shè)計位置進行洞室初期支護的洞口起始段，當豎井即將施工至洞室范圍時，預(yù)先在距離上半拱頂部250 mm處打設(shè)馬頭門超前小導(dǎo)管，注漿加固土體，以保證洞口開挖時周邊土體穩(wěn)固。

洞口起始段施工是沿測量員在豎井井壁所放的洞口輪廓線采用風鎬破除，上部留核心土，當開挖長度達到0.6 m時停止，洞門處并排架立三榀鋼格柵。鋼格柵位置調(diào)好后打設(shè)鎖腳錨桿、安裝縱向連接筋和鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。將洞頂沉降量測預(yù)埋件焊接固定在鋼格柵上后，噴射混凝土封閉鋼格柵。

2.超前支護

（1）小導(dǎo)管制作及安設(shè)

采用Φ25無縫鋼管作為小導(dǎo)管，單根管長1.7 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距0.5 m，按照設(shè)計要求打設(shè)角度為15°～20°，外露0.2 m并與鋼格柵焊接成整體，小導(dǎo)管端部為25°～30°錐體，小導(dǎo)管加工示意圖見圖2。

小導(dǎo)管打設(shè)前，檢查導(dǎo)管安裝是否穩(wěn)固，風管連接是否牢靠，施工設(shè)備是否完好。采用風鎬頂入，利用風鉆作動力，專用頂頭將小導(dǎo)管頂入。為避免對土體擾動過大，打設(shè)采取跳管打設(shè)，在打設(shè)超前小導(dǎo)管時，保證打設(shè)的角度及深入土體的長度。小導(dǎo)管安裝后用塑膠泥封堵導(dǎo)管外的孔口。

（2）小導(dǎo)管注漿

本工程地質(zhì)情況主要為卵石、中砂和粉細砂地層，前者地層采用水泥-水玻璃雙液漿，后兩者地層采用改性水玻璃漿液。

小導(dǎo)管正式注漿前通過注漿試驗確定漿液配合比。按照確定的配合比進行漿液配制時，拌和水溫不得高于40℃，制漿材料稱量誤差控制在5％以內(nèi)，操作工人必須穿防護服、戴防護手套等防護用具。

注漿前，檢查注漿設(shè)備是否完好，風壓是否足夠，風管連接是否牢靠，壓力表是否靈敏，做到設(shè)備不帶病作業(yè)。漿液配制好后以0.1～0.3 MPa的注漿壓力向小導(dǎo)管內(nèi)注射漿液。首先，關(guān)閉注漿泵的放氣閥，將配制好的漿液通過注漿口流入泵體；然后，打開進氣閥，壓縮空氣通過進氣閥進入泵體；最后打開出漿閥，漿液通過導(dǎo)管注入地層中，使土體形成固結(jié)。漿液注完后，關(guān)閉注漿泵的進氣閥和出漿閥，同時打開放氣閥，排出泵體內(nèi)的廢氣。注漿過程中，壓力表出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)停止注漿，查找故障。

3.開挖支護

（1）超前探測

洞室開挖前，由于掌子面前方土層的不確定性，需進行超前地質(zhì)探測。探測工具采用洛陽鏟，探測鉆孔深度為12 m，上半拱布設(shè)2個探測孔，孔徑0.1 m。當探測既有管線地段、地質(zhì)條件發(fā)生變化及含水地段時，加強探測頻率。

（2）洞室土方開挖

洞室采用上臺階環(huán)形開挖留核心體的分部開挖法，開挖步距0.5 m，核心土長度宜為2～3 m，上下臺階開挖錯距5 m，此種方法能夠保持各開挖階段的圍巖和支護的穩(wěn)定。開挖時遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針。洞室土方開挖斷面圖見圖3。

洞室開挖采用人工開挖法，配合小型運輸車將土運至豎井物料桶內(nèi)，并通過電動葫蘆提升系統(tǒng)將土運至臨時土倉內(nèi)。運輸車行走時，對于洞內(nèi)噴射混凝土強度未達到設(shè)計強度85％的部位，在其上鋪設(shè)鋼板加以保護。

嚴格控制開挖步距，兩榀格柵間距不大于0.5 m。開挖完畢后及時進行初次支護，且保證工序銜接，以改善土體的受力條件，對于特殊地段采取縮小格柵間距的措施，加強支護。當遇有小塌方，及時噴錨支護，回填灌漿，達到強度后，再開挖；若出現(xiàn)大塌方立即通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及時進行處理，保證施工安全。開挖過程中由專人隨時觀察土體情況，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件變化，及時調(diào)整注漿漿液，確保施工安全有序進行。

洞室開挖后，定期量測初期支護凈空收斂和拱頂下沉，做好數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)異常情況立即上報。根據(jù)監(jiān)控量測信息反饋，采取相應(yīng)措施，改變施工方法或調(diào)整參數(shù)，保證施工安全。

（3）鋼格柵安裝及掛網(wǎng)

圖2 小導(dǎo)管加工示意圖（單位：mm）

①鋼格柵制作。根據(jù)設(shè)計圖紙制作格柵加工模具，保證其弧形圓順。格柵加工采用冷彎分四片制作，鋼筋焊接方式采用雙面搭接電弧焊，焊縫高度≥10 mm。首件鋼格柵制作完成后，在現(xiàn)場進行試拼裝，偏差滿足：寬度±20 mm，高度±30 mm，扭曲度20 mm的規(guī)定。片與片之間采用螺栓連

接的方式使之連成一體。

圖3 洞室土方開挖斷面圖（單位：mm）

②鋼格柵的安裝。鋼格柵安裝主要包括準備工作、測量定位和安裝。

準備工作：運至現(xiàn)場的鋼格柵分類碼放，并掛牌標識。安設(shè)前檢查斷面尺寸是否符合設(shè)計要求，清理兩側(cè)拱腳處的松碴，墊上木板，以防鋼格柵下沉。

測量定位：首先按照控制中線架設(shè)鋼格柵，然后按照設(shè)計標高控制格柵頂部高程，最后檢查格柵間距。

鋼格柵安設(shè)：鋼格柵中心間距0.5 m，安裝時，接頭交錯布置。兩榀鋼格柵間沿環(huán)向，內(nèi)外交錯布設(shè)Φ22縱向連接筋并焊接成整體，環(huán)向間距0.6 m。上半拱鋼格柵安裝完畢后，在兩側(cè)拱腳分別打設(shè)一根鎖腳錨桿，與鋼格柵焊接牢固后掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，噴射混凝土，封閉成環(huán)。

③筋網(wǎng)片制作及安裝。鋼筋網(wǎng)片采用Φ6@100 mm現(xiàn)場加工成型，鋼筋網(wǎng)片在鋼格柵內(nèi)外兩側(cè)雙層布置，并與其連接牢固。網(wǎng)片搭接長度≥0.1 m，網(wǎng)片鋪設(shè)緊貼支護面并留有0.3 m的保護層。

④鎖腳錨桿施工。錨桿類型為Φ42無縫鋼管，壁厚5 mm，長度2.5 m。鉆孔前根據(jù)中線、標高，設(shè)計測放孔位，孔位布置在上半拱兩側(cè)的拱腳處。鉆孔時，嚴格按孔位鉆孔，控制好鉆孔的方向及外插角。

（4）噴射混凝土

①原材料。水泥為P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，細骨料為硬質(zhì)潔凈的中砂，粗骨料采用堅硬耐久、粒徑不大于15 mm且級配良好的碎石，水為自來水，速凝劑采用山西凱迪化工有限公司生產(chǎn)的KD-5液體速凝劑。外加劑使用前與水泥做相容性和水泥凝結(jié)效果試驗，初凝時間不大于5 min，終凝時間不大于10 min。經(jīng)試驗確定，外加劑摻量為水泥用量的5％即可。

②噴射混凝土。根據(jù)批準的噴射混凝土配合比，使用經(jīng)檢定的磅秤精準計量原材料，進行現(xiàn)場拌制。混凝土噴射厚度為0.25 m，正式噴射前，在噴射范圍內(nèi)設(shè)置控制混凝土噴射厚度的標志。噴漿機放置在平整的場地上調(diào)整好后，宜先注水、通風，將管道內(nèi)的雜物清除干凈，清掃施噴面松散土體及雜物等。噴射時噴嘴與施噴面保持垂直，噴射距離控制在1 m左右，由下而上均勻噴射，一次噴射厚度控制在8 cm，分層噴射時，應(yīng)在前一層混凝土終凝后進行。噴射混凝土終凝2小時后進行灑水養(yǎng)護，灑水次數(shù)以能夠保證混凝土面始終處于濕潤狀態(tài)為宜。

（5）初期支護背后回填灌漿

①主要技術(shù)參數(shù)。初期支護回填灌漿管采用外徑Ф32無縫鋼管，管長0.7 m，壁厚3.5 mm。沿拱頂270°范圍布設(shè)灌漿管，環(huán)向間距2 m，梅花形布置，注漿漿液采用水泥漿液，空隙大的部位采用水泥砂漿。灌漿壓力一般為0.2～0.3 MPa。

②回填灌漿施工。回填灌漿前，清理灌漿孔并安裝灌漿管，保證管道暢通。灌漿宜從低處向高處壓注，便于充填密實，以防漿液被水稀釋，影響灌漿效果。灌漿應(yīng)做到連續(xù)作業(yè)，中途不得停頓，以防堵塞管路。灌漿過程中，嚴格控制灌漿壓力，避免跑漿或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。達到注漿壓力后，灌漿孔停止吸漿時，延續(xù)灌注5 min后方可停止灌漿。灌漿結(jié)束后，應(yīng)立即關(guān)閉閥門，拆除并清洗管路，待漿液初凝后拆卸灌漿管。

五、特殊情況技術(shù)處理措施

當遇到小導(dǎo)管打入土體的有效長度不能滿足設(shè)計要求、打入較困難時，可采取如下3方面具體措施：①選用比原壁厚大一級的小導(dǎo)管，增加小導(dǎo)管的剛度，加大貫入度；②縮短縱向小導(dǎo)管的間距，加密小導(dǎo)管環(huán)與環(huán)的布置間距，以達到穩(wěn)固上方土體的安全要求；③采用快速凝固的注漿漿液，打入小導(dǎo)管后及時向管內(nèi)注漿，及早地使上方土體固結(jié)，防止混凝土塌陷。

六、結(jié) 語

工程通過采用淺埋暗挖法初期支護手段有效控制了開挖面的土體穩(wěn)固情況。通過試驗對粉細砂、卵石地層合理選擇了改性水玻璃、水泥-水玻璃雙液漿保證注漿效果。通過土方開挖、格柵架立、噴射混凝土、初期支護背后回填灌漿等工序的合理銜接，工程安全順利并按時完工。 ■

［1］裴巧玲.小導(dǎo)管注漿技術(shù)在淺埋暗挖法施工中的探索與應(yīng)用［J］.長春工程學院學報：自然科學版，2010（1）.

［2］王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥：安徽教育出版社，2004.

責任編輯 李建章

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1000-1123（2016）10-0038-03

2016-03-25

趙雪，工程師。