浅埋过饱和黏性土小洞径隧洞施工措施探讨

胡 凯 杨双龙

（辽宁省水利厅 辽宁 沈阳 110003）

1 前言

某支线隧洞工程设计围绕“围岩”主题进行设计及降低后期运营维护费用，支线工程出口采用浅埋小洞径隧洞连接净水厂进水口段，所以支线工程出口隧洞安全及高质量的施工显得极为重要。过饱和黏性土围岩隧洞，其围岩动态及土压力作用显示出非常特殊的情况，即隧洞开挖后，可以看到周边过饱和黏性土中的水局部汇成线性流水，黏性土随线性流水蠕动，与洞壁一起慢慢地向洞内挤入的现象，开挖断面会显著缩小，对隧洞施工的质量与安全产生巨大影响。

2 工程概况

某支线隧洞工程出口段K14+612～K14+052（560m）位于YLJ右岸高级阶段上，沿垂直于阶地展布方向布置，整体上地形较平坦，地势起伏不大，局部存在窄小冲沟，沟底相对于现地面落差约7m。隧洞埋深小于50m，局部属于极浅埋，岩性为第四系上更新统黏性土夹碎石、卵石，黄褐色为主。围岩极不稳定，设计推测本段以潮湿为主，但实际开挖过程中，从K14+531开始沿小里程方向（进洞约80m），围岩为过饱和黏性土，碎石含量约5%左右，地下水以包气带水为主，隧洞内地下水呈线性流水，随着开挖的进行，出水量逐渐增大，最大出水量约270m3/d。围岩为Ⅴ类，极不稳定，整个黏性土含水量过饱和。

支线隧洞出口底板高程240m，设计坡比2.22%，开挖尺寸为3.1m×3.9m（宽×高），洞型为马蹄型；成洞尺寸为2.6m×2.6m（宽×高），洞型为圆形洞型，属小洞径隧洞。

该隧洞由于地质条件比较恶劣，围岩强度极低，有塑性地压作用，开挖面不能自稳，开挖过程中塌方一直持续不断。工程参建各方不断优化施工方案，为使顺利通过该过饱和黏性流土不良地质段。

3 洞身综合开挖方案

针对揭露的地质情况，由于线性流水的存在，黏性土经过施工人员、机械的扰动，形成极不稳定的淤泥质流土，出渣已经不能使用小型皮带扒渣机（皮带全被淤泥质流土糊堵），只能采用人工开挖，采取全断面开挖支护法施工。施工过程中根据不同的地质情况，辅以相应的加强支护措施。总体根据“短进尺、强支护、勤量测”原则，该支线隧洞出口采用的综合开挖及支护施工方案如下：

超前管棚→超前小导管→化学灌浆→人工开挖30cm→喷混凝土封闭掌子面及滑塌黏性土体→挂钢筋网→立拱架→初期支护喷混凝土→进入下一循环。

开挖过程中，隧洞进尺达到2m时，及时对底板进行碎石换填及底板混凝土浇筑，进尺达到50m时，及时进行施工期衬砌混凝土浇筑。

4 联合支护措施

为保证施工安全及施工进度，在开挖过程中采用多种支护形式形成联合支护。支护形式包括超前管棚、超前小导管、化学注浆、喷射混凝土、钢筋网、钢拱架、砂袋防护墙等进行联合加强支护。

4.1 超前管棚

图1 管棚工作室扩挖示意图

超前管棚采用Φ108无缝钢管，管壁厚度不小于5mm，钢管之间净距为400mm，长度为10m～40m。每节钢管长度为4m～6m。接头采用厚壁管箍，每一管端丝扣长度不小于150mm。接头错开布置。纵向两组管棚的搭接长度大于3m，外插角0°～3°，管棚安装完毕，应将管内黏土冲洗干净，按相关规范规定进行注浆。

管棚沿洞室开挖轮廓线管棚钻机能施作的最大范围内均匀布置，管棚钢管与衬砌层的距离应小于400mm。

每循环管棚施工前，由于本工程为小洞径隧洞工程，在管棚施作前应根据管棚钻机要求开挖管棚工作室（约间隔20m，进行一次管棚工作室扩挖），管棚工作室应根据相关要求进行加强支护。

4.2 超前小导管

超前小导管支护参数，施工过程中在保证不低于原设计的基础上，根据现场实际地质情况，采取相应的加密措施。小导管前端加工成锥形，管壁15cm交错钻眼，眼孔直径8mm，尾部50cm不钻眼。

小导管选用Φ42mm的热轧钢管，长度6m，壁厚不小于3.5mm；管壁每隔10mm～20mm交错钻眼，眼孔直径6mm～8mm，梅花形布置，尾部焊接6mm～8mm钢筋箍。

小导管沿隧洞拱部及边墙均匀布设。间距及搭接长度根据开挖工作面前方的地质条件和自稳能力确定，但间距不应大于40cm，搭接长度不应小于1m。可沿隧洞纵向开挖轮廓线向外以10°～15°的外插角钻孔，将小导管打入围岩，亦可在开挖面上将小导管打入围岩；小导管应与钢拱架配合使用，施工时应沿钢拱架外侧钻孔安装，不得在钢拱架上钻孔。

4.3 化学注浆

每一排超前小导管施作完成后，利用超前小导管进行化学注浆，注浆料主要为聚氨酯类，采用以水溶性聚氨酯浆材为主，油性聚氨酯浆材为辅的注浆工艺。

小导管注浆应符合下列规定：小导管注浆前，应保证开挖面及5m范围内的洞壁喷射厚为50mm～100mm的混凝土封闭；掌子面前方部位布设同规格化学注浆小导管，梅花形布置，@800mm×800mm；注浆压力 2MPa～3MPa。

检查化学注浆机具是否完好，并备足化学注浆材料，配好的浆液应在规定时间内注完，随配随用。

4.4 喷射混凝土

每循环开挖进尺达到30cm后，为保证下道工序施工时的安全，立即对掌子面进行20cm喷射混凝土封闭掌子面及周边过饱和黏性土体进行喷射混凝土回填。每循拱架施工完成后，立即进行初期支护喷混凝土。

喷射混凝土采用C30W10，初期支护喷射厚度15cm。

4.5 钢筋网

掌子面封闭及塌方体喷射混凝土回填完成后，对顶拱斜墙及时施作钢筋网，钢筋网参数Φ8@50cm×50cm。

4.6 钢拱架

拱架采用I12.6型钢拱架，纵向间距30cm，相邻钢拱架之间采用Φ22钢筋连接，间距为0.8m。拱架施工顺序以开挖顺序保持一致，即先施工顶拱部位拱架，再施工斜墙部位拱架，钢拱架底脚应置于30cm×30cm混凝土预制垫块上，分散拱架应力，避免因过饱和黏性流土承载力不够，隧洞产生较大变形。

4.7 碎石换填

隧洞开挖每达到2m进尺后，及时对底板进行碎石换填，换填厚度30cm，并压实。

4.8 底板混凝土

碎石换填完毕以后，及时对底板混凝土进行浇筑，底板混凝土采用C30W10混凝土，厚度30cm。

4.9 砂袋防护墙

在进行底板碎石换填及底板混凝土浇筑过程中，对掌子面进行砂袋墙防护，防止过饱和黏性土在线性水流作用下滑塌。

4.10 施工期衬砌

为确保施工安全，每循环进尺达50m后，进行施工期衬砌混凝土浇筑。模筑钢筋混凝土衬砌混凝土的强度等级为C30W10F200，衬砌厚度35cm，分段长度12m，混凝土衬砌与初期支护共同抵抗围岩的变形。

5 施工过程注意事项

（1）隧洞施工过程中，应参考监控量测结果，开挖断面应适时调整变形富余量，防变形侵限。

（2）加强地质观测及做好地质预报工作，对周围地质条件和初期支护状态予以定性评价，为调整支护参数提供参考依据。

（3）须严格按照监控量测方案对洞内和地表实施动态监测，及时分析量测数据，反馈信息用以指导施工。

（4）隧洞底板应根据施工要求及时进行碎石回填，碎石粒径（20mm～80mm）,确保过水廊道畅通。

（5）及时跟进施工期衬砌施工，确保隧洞施工安全。

6 结语

该浅埋小洞径过饱和黏性土隧洞施工严格按照“安全可靠，经济合理”的原则，结合工程实际情况，考虑技术可行性、加固效果、施工的难易等因素，采用该综合开挖方案。施工期即进行碎石换填、底板浇筑、浇筑施工期衬砌等多种手段，保证了隧洞的顺利施工。但在施工过程中，由于洞径的限制，开挖、支护、底板浇筑、衬砌等施工队伍频繁进场、退场导致施工进度缓慢，业主及监理应加强监督，严格按照设计图纸和施工方案执行，防止施工冒进。陕西水利

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