/卵石集中地層隧道淺埋暗挖法施工技術(shù)摘要：南水北調(diào)配套工程南干渠工程施工其次標(biāo)段穿越卵石集中地層，存在超前注漿漿液擴(kuò)散呈脈狀，竄漿嚴(yán)峻，固結(jié)效果差，開(kāi)挖造成塌方處較多，核心土流失嚴(yán)峻等施工風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了“早封面”、“少擾動(dòng)”、“快凝固”、“開(kāi)挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的施工原則，改進(jìn)了小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)和注漿材料，縮短了開(kāi)挖步距，密排鋼格柵1米3榀，實(shí)行了核心土加固措施，施工效果較好，實(shí)現(xiàn)了卵石集中地層快速施工，每天進(jìn)尺達(dá)到2～2.4m/d。關(guān)鍵詞：隧道；淺埋暗挖；卵石集中地層；施工技術(shù)淺埋暗挖法具有靈敏多變、不拆遷、不影響交通、不破壞環(huán)境、綜合造價(jià)較低、隧道支護(hù)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程中得到了應(yīng)用。本文以南干渠工程施工其次標(biāo)段為例，針對(duì)卵石集中地層，在淺埋暗挖施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法進(jìn)行逐一說(shuō)明。1工程概況北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程施工其次標(biāo)段，中線導(dǎo)線全長(zhǎng)1412.04m，雙線長(zhǎng)2824.08m，為兩條內(nèi)徑3400mm的鋼筋混凝土圓涵低壓輸水輸水隧洞，接受淺埋暗挖法施工。本標(biāo)段暗挖隧道圍巖主要為第四系全新統(tǒng)圓礫（卵石），局部地段為中細(xì)砂，圍巖結(jié)構(gòu)松散，不易成洞型，圍巖不能自穩(wěn)，圍巖類別為Ⅴ類，其中部分地段掌子面拱頂以下50~70cm高度以及核心土范圍內(nèi)卵石含量集中，呈帶狀分布，粒徑一般在20～80mm，含量在90%以上，細(xì)顆粒含量少，局部夾有漂石，個(gè)別最大最大粒徑500mm。2施工中存在的困難在卵石集中地層中從事隧道的開(kāi)挖和支護(hù)，無(wú)論理論探討還是施工都是難點(diǎn)，幾乎沒(méi)有現(xiàn)成的閱歷可供借鑒，而該段工程原始設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮卵石集中、細(xì)顆粒含量少特點(diǎn)，按一般地層進(jìn)行設(shè)計(jì)，卻遇到了以下困難：1）由于導(dǎo)管打入深度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，超前注漿漿液擴(kuò)散呈脈狀，竄漿嚴(yán)峻，固結(jié)效果差，開(kāi)挖造成塌方處較多，核心土流失嚴(yán)峻。2）在卵石集中地層中超前小導(dǎo)管成孔難度大，施工速度慢，同時(shí)對(duì)地層擾動(dòng)較大，常常塌方。3）核心土范圍土體卵石集中、垮塌嚴(yán)峻，無(wú)法對(duì)掌子面形成反向推力，穩(wěn)定開(kāi)挖面。3施工原則依據(jù)以上施工中遇到的困難，依據(jù)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出以下體會(huì)：在卵石地中地層隧道的開(kāi)挖支護(hù)施工中，除應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量”的“十八字”施工方針外，針對(duì)卵石集中地層小斷面隧道施工中出現(xiàn)的困難狀況，在探討分析淺埋暗挖施工“十八字”方針精神實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際，提出了在卵石集中地層中應(yīng)遵循的原則：1）早封面——在打設(shè)小導(dǎo)管前，首先噴射5cm厚混凝土層，以穩(wěn)定工作面，避開(kāi)小導(dǎo)管打設(shè)時(shí)振動(dòng)坍塌。2）少擾動(dòng)——在打設(shè)小導(dǎo)管和開(kāi)挖時(shí)盡量少擾動(dòng)地層，防止卵石滑塌。3）快凝固——因砂卵石地層漿液易于滲透，且有遇水易塌方特點(diǎn)，在小導(dǎo)管注漿漿液選擇時(shí)盡量選擇早凝固型漿液，以凝固膠結(jié)地層，促拱早形成。4）施工時(shí)必需遵守“開(kāi)挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的原則。4設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化4.1初始設(shè)計(jì)參數(shù)小導(dǎo)管初始設(shè)計(jì)參數(shù)小導(dǎo)管接受φ25無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為1700mm。導(dǎo)管頭部為25～30°錐體，另一端焊上鐵箍。端頭花管自頭部0.5m以下鉆孔沿管壁間隔200mm交叉鉆φ8的孔,呈梅花型布設(shè)，見(jiàn)圖1。圖1小導(dǎo)管構(gòu)造示意圖拱部接受單排小導(dǎo)管沿設(shè)計(jì)輪廓線布置，小導(dǎo)管環(huán)向間距為300mm，外插角15°～20°。小導(dǎo)管注漿材料及協(xié)作比依據(jù)地質(zhì)不同狀況和要求接受以下幾種：改性水玻璃漿：協(xié)作比為硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5;純水泥漿：原材料為摻入10%微膨脹劑的一般水泥，水灰比0.45～0.6;注漿壓力不大于0.3～0.5MPa。正臺(tái)階法施工設(shè)計(jì)參數(shù)正臺(tái)階法是一般暗涵開(kāi)挖施工常用的方法，適用于開(kāi)挖斷面跨度較小的暗涵，本標(biāo)段中的施工暗涵接受正臺(tái)階法施工。上臺(tái)階開(kāi)挖留核心土，其正面投影響面積不少于上臺(tái)階開(kāi)挖面積的一半，縱向長(zhǎng)度以2m為宜。上臺(tái)階每一開(kāi)挖循環(huán)步長(zhǎng)為0.5m，超前下臺(tái)階4m左右。4.2設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化分析卵石地層按初始設(shè)計(jì)施工帶來(lái)的困難，通過(guò)地層預(yù)加固機(jī)理和原則分析，對(duì)小導(dǎo)管參數(shù)提出了優(yōu)化方案。將鉆孔位置由導(dǎo)管頭部0.5m以下改為0.1m以下鉆孔，為了便于漿液擴(kuò)散，溢漿孔接受φ5@100、梅花形布置的小孔。通過(guò)施工實(shí)踐，優(yōu)化設(shè)計(jì)可以滿足施工平安、快速、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。注漿漿液接受水泥-水玻璃雙液漿，注漿漿液調(diào)配時(shí)，加大水泥用量，提高漿液稠度。正臺(tái)階法施工設(shè)計(jì)參數(shù)遵照淺埋暗挖“十八字”方針短進(jìn)尺要求，縮短開(kāi)挖步距，密排鋼格柵1米3榀，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，每榀依照原設(shè)計(jì)超前打管注漿支護(hù)，防止開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)大引起塌方，確保施工平安。5卵石集中地層隧道淺埋暗挖法施工接受臺(tái)階法施工，施工流程如下：超前支護(hù)注漿→開(kāi)挖上臺(tái)階半圓土體，保留核心土→鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)→架立格柵拱架→焊接連接筋→打鎖腳錨桿→鋪設(shè)其次層鋼筋網(wǎng)→預(yù)埋回填注漿管→噴C25砼→開(kāi)挖核心土及下臺(tái)階土體→鋪設(shè)第一層鋼筋網(wǎng)→架立下部格柵拱架→焊接連接筋→鋪設(shè)其次層鋼筋網(wǎng)→噴射C25混凝土→初支背后回填注漿→下一循環(huán)。圖2開(kāi)挖縱斷面圖5.1施工依次說(shuō)明1）開(kāi)挖工作面，臨時(shí)支護(hù)；2）掌子面噴C25砼，厚50mm，超前小導(dǎo)管灌漿；3）上臺(tái)階半圓土體開(kāi)挖，留核心土，核心土長(zhǎng)度2～3m，開(kāi)挖步長(zhǎng)33cm，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，架設(shè)格柵，布設(shè)縱向連接筋，打鎖腳錨桿，噴C25砼；4）重復(fù)過(guò)程2）、3），錯(cuò)臺(tái)5m開(kāi)挖下臺(tái)階土體及核心土，立格柵，掛網(wǎng)噴C25砼；5）一襯回填灌漿跟隨開(kāi)挖工作面，并距開(kāi)挖工作面5m的地方進(jìn)行，并且一襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上；5.2主要施工工序1）超前支護(hù)：拱頂超前支護(hù)接受Φ25×3.5mm，L=1700mm、仰角15°～20°、環(huán)向間距300mm的超前小導(dǎo)管，形成小管棚支護(hù)開(kāi)挖地層，并緊跟超前注漿。2）土體開(kāi)挖：土方開(kāi)挖接受人工開(kāi)挖，上臺(tái)階開(kāi)挖留核心土。上臺(tái)階每一開(kāi)挖循環(huán)步長(zhǎng)為33cm，超前下臺(tái)階5m左右；每開(kāi)挖33cm后，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，架設(shè)格柵，縱向連接筋，打鎖腳錨桿，噴C25砼。3）架立鋼格柵：中心間距33cm，接頭交織布置。安裝前清除底腳下的虛碴及其它雜物，鋼架在開(kāi)挖作業(yè)面人工組裝，各節(jié)鋼架間以螺栓連接擰緊，鋼架和土層之間，留40mm愛(ài)惜層。4）焊接連接筋：連接筋（φ22）環(huán)向間距600mm，內(nèi)外交織布置，和拱架焊接堅(jiān)實(shí)。5）鋪設(shè)網(wǎng)片：網(wǎng)片（φ6@100*100mm）沿格柵兩側(cè)鋪設(shè)，搭接1-2個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)片間點(diǎn)焊連接，并和格柵拱架焊接或綁扎牢靠。6）C25噴射混凝土：分片、分層進(jìn)行噴混，主筋愛(ài)惜層厚度達(dá)到4cm，噴完后修平砼表面。5.3小導(dǎo)管超前注漿加固技術(shù)5.3測(cè)量定位打入小導(dǎo)管封面注測(cè)量定位打入小導(dǎo)管封面注漿注漿檢查小導(dǎo)管加工注漿機(jī)調(diào)試注漿材料配制注漿參數(shù)選擇注漿參數(shù)試驗(yàn)操作工藝1）封閉掌子面：噴射混凝土封閉掌子面，噴射混凝土厚度為50mm。2）成孔：小導(dǎo)管打設(shè)接受風(fēng)鎬頂入法，將須要打入的小導(dǎo)管定好位置、角度和方向，后端將風(fēng)鎬前段釬子套入管內(nèi)，通過(guò)風(fēng)鎬供應(yīng)的向前沖擊力，慢慢將小導(dǎo)管頂入卵石層。3）導(dǎo)管制作：依據(jù)上述優(yōu)化后的小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)，先把鋼管截成須要的長(zhǎng)度，在距一端100mm處焊接φ6的鋼筋箍。在鋼管的另一端做成25～30°尖錐形，距頭部0.1米以下每隔10cm交叉鉆φ5mm的出漿孔，打孔范圍見(jiàn)下圖。圖4小導(dǎo)管制作簡(jiǎn)圖4）超前導(dǎo)管安設(shè)：小導(dǎo)管超前注漿每榀一次，環(huán)向間距300mm，仰角15°～20°，外露20cm和格柵焊接。5）堵孔：導(dǎo)管四周縫隙用塑膠泥封堵，并用棉紗將孔口封堵。6）漿液制備：漿液接受水泥-水玻璃雙漿液。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定雙液漿配比，水泥漿水灰比為1:0.9（重量比），水泥漿和35Be′水玻璃液體積比為1：0.8。7）注漿設(shè)備：由于水泥漿和水玻璃漿液混合后凝合速度極快，水泥漿和水玻璃漿液在注入土體前不能混合，注入時(shí)接受雙液注漿泵。8）注漿依次：接受分次注漿方式，注漿依次由低到高跳孔進(jìn)行，先注單號(hào)孔，再注雙號(hào)孔，使?jié){液相互補(bǔ)充，避開(kāi)嚴(yán)峻竄漿。9）注漿量：?jiǎn)胃?dǎo)管注漿量Q=πRLnaβ式中：R——漿液擴(kuò)散半徑，本工程超前小導(dǎo)管注漿擴(kuò)散半徑為300mm；L——注漿管長(zhǎng)，本工程注漿管有效長(zhǎng)度700mm；n——地層孔隙率；a——地層填充系數(shù)，一般取0.8；β——漿液消耗系數(shù)，一般取1.1-1.2。10）注漿壓力：注水泥-水玻璃漿液注漿終壓0.3MPa。11）注漿限制指標(biāo)：一般按單管達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓不少于20分鐘，進(jìn)漿量仍達(dá)不到注漿終量時(shí)，亦可結(jié)束注漿。本循環(huán)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：全部注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象，即可結(jié)束本循環(huán)注漿。12）封堵注漿管：注漿結(jié)束后，將管口封堵，以防漿液倒流管外。5.4核心土加固措施針對(duì)核心土范圍土體豆石集中、垮塌嚴(yán)峻的狀況，接受掌子面打設(shè)注漿管并注漿的方式進(jìn)行加固：掌子面噴5cm厚C25混凝土進(jìn)行封閉，每開(kāi)挖進(jìn)尺1m，注漿加固一次。注漿管梅花型布設(shè)，共11根，接受φ25無(wú)縫鋼管，L=1200mm，垂直掌子面打入1.0m，外露20cm，注漿壓力不大于0.3Mpa。注水泥-水玻璃雙液漿。6施工效果分析1）在卵石集中地層淺埋暗挖施工中，合理的選擇小導(dǎo)管注漿材料，適當(dāng)更改出漿孔孔徑及數(shù)量，和運(yùn)用常規(guī)的小導(dǎo)管相比具有可操作性強(qiáng)、施工周期短等特點(diǎn)，有效地解決了卵石集中地層暗挖施工的超前支護(hù)問(wèn)題。2）優(yōu)化格柵榀距、縮小圍巖暴露時(shí)間，是卵石集中地層淺埋暗挖施工平安限制的關(guān)鍵。3）和常規(guī)作法相比，本工法施工平安系數(shù)高、土層沉降數(shù)值小。7結(jié)論本文針對(duì)南水北調(diào)配套工程南干渠工程施工其次標(biāo)段卵石集中地層隧道施工，提出了平安、快速、經(jīng)濟(jì)的施工措施。1）針對(duì)卵石集中地層小斷面隧道施工中出現(xiàn)的困難狀況，結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)提出了“早封面”、“少擾動(dòng)”、“快凝固”、“開(kāi)挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的施工原則。2）對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，小導(dǎo)管接受φ25無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為1700mm，端頭花管自頭部0.1m以下鉆孔沿管壁間隔100mm交叉鉆φ5的孔,呈梅花型布設(shè)；縮短開(kāi)挖步距，密排鋼格柵1米3榀，小導(dǎo)管一榀一打，實(shí)現(xiàn)了平安快速施工。3）詳細(xì)介紹了卵石集中地層正臺(tái)階法開(kāi)挖、小導(dǎo)管注漿和核心土加固的施工工