不同岩土条件典型进洞施工工艺分析

2014-04-02赵明宇

黑龙江水利科技 2014年10期

关键词：进洞洞口钻机

赵明宇

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166)

不同岩土条件典型进洞施工工艺分析

赵明宇

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166)

在隧洞施工中，洞口能否快速、安全的形成对工期至关重要。洞口地质条件不同，施工工艺也不同。文章介绍了几种代表性地质条件下洞口段进洞方式，并对进洞方式进行了比较评价。以期对今后的隧洞施工有所借鉴，对工程技术的发展也是个有益的补充。

输水工程；隧洞施工；岩土条件；进洞施工工艺；开挖及支护

某输水工程主体为一隧洞，沿途共有14个施工支洞组成，包括进出口共16处进洞口。由于洞口段地质条件差异较大、施工单位水平和经验差别大，故在进洞的方式和施工进度上表现各异，能否顺利进洞成了保证隧洞工期的关键。文章分别就3种地质状况下的洞口段进洞方式进行了汇总介绍。

1 有大量裂隙的岩石条件下的进洞施工工艺

1.1 洞口段自然地质描述

洞口段为Ⅳ类围岩，节理发育、风化严重、有大量的泥状松散体，局部夹杂石英砂岩的大块石，上部有一条废弃的公路通过，且覆盖层很薄(只有8.18m,其中顶部6m为碎石堆积物)。

1.2 进洞原则

本着“早进洞，少开挖”的原则，结合工程的实际情况，确定如下施工方案：由于支洞开挖完成后，岩体本身不能形成“自然拱”，故为了确保原有公路不被破坏，决定采取“强支护，弱爆破，短进尺，紧衬砌”的方法，安全顺利地进洞。

1.3 具体工艺

1.3.1 洞脸边仰坡开挖

根据洞口实际状况，采用机械施工和爆破开挖相结合的方法开挖洞脸边仰坡。同时在原有公路靠山侧做了排水沟，以便及时截堵引排山水。

1.3.2 洞脸边仰坡防护

洞脸开挖完成之后，仰坡面洞脸轮廓开挖面以外5m的范围内进行砂浆喷锚加固，具体做法为：在加固范围之内预先铺设8@200mm×200mm钢筋网，环向布设三排长度为3.5m、直径22mm的砂浆锚杆，将钢筋网与锚杆进行满焊连接，之后用强度为C25的混凝土喷射150mm封闭，洞口开挖轮廓线外50cm拱部范围布设长5.0m，φ42的钢管管棚，环向间距为30cm，纵向搭结长度1.0m。

1.3.3 洞口开挖及初期支护

洞口段及Ⅳ类围岩段采用短台阶法施工，光面爆破，每循环进尺控制在50～100cm。洞口段锚喷挂网及工字钢钢拱架支护及时跟进，Ⅳ类围岩段采用格栅钢架与锚杆联合支护，钢拱架底座下卧到基岩面，挖不到基岩面的部位采用扩大基础避免拱架下沉。钢拱架的水平受力在施工中也进行了充分考虑，在底板处对钢拱架封闭成环以免横向收缩挤压变形，衬砌及时跟进并封闭成环[1]。

2 大量漂卵石和土混杂的松散坡积物条件下的进洞施工工艺

2.1 洞口段自然地质描述

洞口段为松散坡积物，岩石孔隙率较大，渗透性强，结构松散，稳定性差。

2.2 进洞原则

“安全、稳妥”的原则，采取了“短开挖、强支护、紧衬砌、勤量测”进行此段施工。

2.3 具体工艺

洞脸开挖及支护→超前勘探孔探察坡积物长度→锁口段施工→止浆墙→预灌浆→进洞。

2.3.1 洞脸开挖及支护

在进行洞脸土方明挖之前先进性洞口施工场地的整平，将洞脸边在开挖仰坡时残留的危石以及碎碴清理干净，确保后续的喷锚挂网工作能够顺利进行。根据现场施工安全需要，预先在喷锚工作开始之前由专业施工人员进行脚手架的搭设，此后在开挖洞口及周边的仰坡范围，铺挂Φ8钢筋网@100mm×100mm，用长度≥1.5m，直径≥22mm的锚杆加固，锚杆呈梅花形布置，然后喷射厚度≥250mm的C25混凝土进行封闭加固。

洞口周边仰坡锚喷加固以后，在洞口位置下挖一个1.5～2.5m深的基坑用以加固洞口处的松散坡积物。基坑开挖完成之后浇筑C25混凝土，达到一定强度之后形成一个稳定的混凝土基座，在加固洞口的同时也能够有效的加固洞口边坡。在洞口处混凝土基座完成后，再在洞口两侧边墙处安放3层加密钢筋笼(Φ22@50cm×50cm×80cm)，之后浇筑C25混凝土，此部分钢筋混凝土结构上部1m范围内要留出至少500mm的钢筋接头，用以上部止浆钢筋混凝土墙的钢筋接茬。

2.3.2 锁口段钢筋混凝土施工

锁口段混凝土衬砌总长5.31m，底板厚550mm，壁厚800mm，配双层钢筋，其中明洞长2.0m。

2.3.3 止浆墙施工

为了确保坡积物山体稳定及后续灌浆顺利进行，在洞口设计范围外沿洞脸边仰坡浇筑C25混凝土止浆墙。

2.3.4 0+002至0+042斜坡段暗洞施工

1)洞身开挖：支洞开挖采用采用微台阶法施工，微台阶法分步开挖。前期开挖出碴主要为人工配合小汽车出碴，后来改为REBOX—60挖掘机装碴，大大提高了运输出碴的效率

2)初期支护：由于斜坡段为松散的块石坡积物，对于斜井支洞及时采用自进中空迈式超前锚杆、迈式系统锚杆、I16钢拱架、Φ8钢筋网、喷射C25混凝土联合支护。

3)二次支护—衬砌：对0+005.31～0+042段进行了钢筋混凝土衬砌，混凝土衬砌厚度500mm，衬砌断面及配筋。

3 含水量较高的黏土层条件下的进洞施工工艺

3.1 洞口段自然地质描述

黏土层近7m厚，富含水，胶结松散，块石、砾石、黏土混杂，洞口所在山坡遍布人工林。

3.2 进洞原则

本着“安全、做好排水、减少明挖、保护环境”的原则。结合工程的实际情况，确定如下施工方案：采取边挖边护，对危险岩土体进行先加固再开挖的办法，尽量减小对周围岩体的扰动。主要针对性措施有：分部开挖、边挖边护；喷锚支护、钢(木)支撑插板法、超前支护、加强预报等。

3.3 具体工艺

3.3.1 边仰坡支护

在边仰坡支护之前要进行拉控制线修整，根据控制线位置用反铲机械进行边坡削坡清破以及尺寸修整，修整的同时要及时考虑到土方开挖工作“开槽先撑，边撑边挖”的基本原则，及时进行边坡稳定性的保障工作，确保作业人员以及周边环境的安全。坡积物清理完成之后，支护工作立即开始，确保在下一梯层开挖之前完成锚喷加固工作。加固过程中确保喷射混凝土强度不低于C25，喷射厚度≥200mm。

3.3.2 洞口(暗洞)开挖及支护

洞内施工属于高危险性工作，需要事先做好安全防护工作，超前支护以及洞内之后都是确保洞内施工的有效安全保障，除此以外还要进行短期超前预报以及监控量测的强化，确保洞内施工的安全。具体采取的措施为，在洞内施工的同时，在洞口外设置长度为2m，内设两榀H180钢支撑的混凝土套拱，在套拱进入洞内的时候，通过预先设置在套拱周边孔口管内的φ108@500长管灌注水泥砂浆，并插设钢板进行支护，洞内初期支护采用H180@500钢支撑配合φ25@1000系统锚杆进行支护。

1)短期超前地质预报：用地质钻机进行取芯勘探，评价里程≥15～20m。

2)超前支护：超前支护方式为管棚。施工过程为：套拱施工→钻机就位与安装→钻孔→安装管棚→注浆。

3)套拱施工：套拱起始端点与洞口保持4m的距离，与此同时将套拱底部“工”字形钢的位置准确定位出来，然后进行每一榀拱架的弧度校正，在“工”字钢拱架上的周边焊接Φ127×4空口管，长度与距离坡面的距离相协调，控制环向间距满足规范要求。内侧拱架附加背负式模板，固定牢靠之后浇筑强度≥C25，厚度≥500mm的混凝土，在混凝土终凝之前开始养护至强度达到设计强度的70%，拆模之后进行管棚钻孔作业。

4)钻机平台的搭建及钻机安装：钻机钻孔施工前首先要搭建钻机平台，确保平台有足够的承载力确保钻机不会由于安装固定不牢靠而出现下沉、摆动、移位或者是倾斜，从而影响钻机成孔的质量。同时在搭建平台的过程中要根据钻机工作的特点自上而下，自两侧向中间的搭建，这样既能保证钻机平台有足够的承载力，同时又能够保证钻机与工作面的距离保持在3.0m以上。平台搭设完毕可以选择使用钻机定位架来安装钻机，为了确保安装位置的正确可以使用罗盘对钻杆的角度进行复测，使钻杆的轴线与开孔角度保持一致。

5)钻孔：钻孔作业环节采用MK—5型水平钻机在空压机的带动下进行干式成孔，钻机钻头与地面保持平行，具体施钻深度根据现场实际情况确定，以进入新鲜岩石深度≥1.0m为标准。钻孔施工初始阶段要使钻机保持低压低速状态，缓慢成孔，待到钻头进入土层一定深度的时候加快钻进前进速度。钻至预定深度之后，用长度≥2.5m，直径≥Φ108的岩心管进行高压清孔。

6)安装管棚钢管：钢管安装中必须保证接头位置错开，在施工过程中为了确保位置错开，一般将空位进行编号，奇数孔位的首节管使用长度为3m的钢管，偶数孔位的首节管使用长度为6m的钢管。钢管之间用加工成方丝的丝扣连接，丝扣全长为150mm。

7)注浆：注浆施工环节使用M20强度水泥砂浆以“打一珠一”的方法进行灌注，灌注过程中为了有效降低砂浆中的含气量，常常在灌注管内安置一根直径为20mm的塑料排气管，用以在灌注过程中排出灌注砂浆中的气体，提高注浆成品的密实度。完成长管棚注浆施工后，在管棚支护环的保护下，按施工步骤进行掘进施工。

3.3.3 洞内开挖与支护

1)钢插板：开挖过程分部分、分台阶的进行，确保开挖与支护能够协调进行，在开挖的同时沿着钻进前进的方向适时在钢支撑与岩壁之间插入厚度为3mm的钢板，尺寸根据现场的实际情况确定。插入钢板是为了有效的封闭岩面、防止岩壁坍塌。

2)初期支护：初期支护不仅有效的保证了施工人员以及机械的安全，同时又为施工进度的保证提供了必不可少的保证。钻进进洞挖掘前进500mm即进行初期的支护，支护方式为H180@500钢支撑、φ22@1000系统锚杆，挂φ8@150×150钢筋网，喷C25混凝土厚150mm。

3.3.4 现场边坡监测

为了保证安全，对洞脸周围的边坡的稳定性进行了监控量测。在坡面上均匀布置7个测点，通过全站仪进行水平及垂直变形的监控量测。前期观测周期为每天早晚各一次，等坡体变形稳定后改为每月一次。根据实测数据，作出时间-位移变化曲线，由此直接或间接了解边坡滑动的位移量大小、滑动的速率以及随季节变化的规律。还可利用相关因子作必要的回归分析，找出规律，进行监测预报。