水工隧洞穿越砂壤地层技术应用

摘 要：浅埋暗挖穿越砂壤地层应提前做好地质超前预报工作，在施工时，应严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，快封闭，勤量测”的原则，充分调动围岩的自稳能力，尽快闭合成环，及时背回填灌浆，实时监控量测，以达到安全、经济、快速的施工目的。

关键词：南水北调；水工遂洞；浅埋暗挖；砂壤地层

中图分类号：TV554+.12 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.138

南水北调中线工程京石段应急供水工程（惠南庄～大宁段）水工隧洞在北京市房山区长阳镇穿越京石高速公路，隧道长为69 m，隧洞上部平均覆土厚度为5.3 m。隧道结构形式为正圆形并联两洞，开挖直径为6 m，两洞中心轴距为4.85 m。在施工方案中，采用浅埋暗挖施工工艺，初衬结构为C30钢格栅喷射混凝土，内径为5.4 m。

隧道所在地层比较简单，主要为第四系全新统砂壤土结构，具有弱透水性，自稳能力比较差等。连接隧洞两侧槽底标高都低于隧洞下拱2 m以上，隧洞开挖施工时不存在施工降水问题。本文主要介绍了浅埋暗挖工艺成形技术在隧洞砂壤地层中的应用情况。

1 隧洞开挖方法

在遂洞穿越的砂壤地层中，层间多夹黏土、粉砂，自稳能力比较差。为了减少施工开挖扰动，加强隧洞支护，在施工方案中采用CD法开挖。CD法是在隧洞全断面开挖的基础上增加水平支撑和竖向支撑，并与环向格栅支撑相连接，分成4个独立开挖区域，缩少施工扰动，以提高开挖的安全程度。采用CD法施工时，同侧上下导洞的开挖距离不宜过长，也不宜过短，过长，因出渣时间较长而延长仰拱封闭时间，进而影响施工效率；过短，则会扰动相邻导洞周围土体的稳定性，增加不安全因素。根据以往隧洞暗挖施工经验和土层情况，施工方案中确定各导洞间前后开挖错距为6 m。具体施工步骤是：①左上导洞土体开挖和支护时，沿该导洞向前打设直径为32 mm的超前小导管，注射水泥-水玻璃双液浆超前支护，开挖该导洞土方，开挖步距为0.5 m，架设钢格栅及水平和竖向支撑，形成一个闭合支撑环，并打设锁脚锚管，挂设钢筋网片，喷射C30混凝土，完成该导洞一个开挖支护循环。②在左上导洞进尺6 m后，进行左下导洞土体开挖和支护，开挖步距与左上导洞相同，为0.5 m。架设钢格棚和竖向支撑与左上导洞支撑焊接连接，挂网喷射C30混凝土，左侧上下导洞衬砌闭合连接。③在左下导洞进尺6 m后进行右上导洞土体开挖和支护，与左上导洞一样，打直径为32 mm的超前小导管，注射水泥-水玻璃双液浆，开挖该导洞土方，开挖步距0.5 m，架设钢格栅和水平支撑，并与左上导洞格栅和水平支撑相连接。同时，要打锁脚锚管，挂网喷射C30混凝土。④在右上导洞进尺6 m后进行右下导洞土体开挖和支护，开挖步距为0.5 m，并支设格栅，与相邻格栅和支撑相连接，挂网喷射C30混凝土。此时，主洞初衬已封闭相对稳定的环状支护，以此工序循环，至隧洞贯通。当初衬混凝土达到设计强度时，要拆除水平支撑和竖向支撑。

2 小导管注浆超前加固

采用地质雷达探测预报开挖面前方的地层，判明地层的基本情况，根据土体情况选用注浆浆液种类和配合比。通过超前小导管注浆改善围岩的受力状况，减少围岩的松弛变形。

在砂壤地层中施工，采用超前小导管支护预加固地层，用注浆土体胶结成拱形承载体。在超前小导管和加固体的作用下开挖，能有效地控制塌方。

一般情况下，小导管采用直径为25 mm、长度为2.25 m的无缝钢管制作，端头花管长为1.0 m。出浆端制成封闭锥形，在花管段四周每隔20 cm钻8 mm的出浆孔。小导管沿隧洞开挖上拱180°布置，其环向间距为0.3 m，外插角为18°～22°，打入后纵向搭接长度为1.0 m。注浆压力应根据现场工艺试验确定为0.30～0.35 MPa，并将充填系数控制在0.3～0.35.

3 钢格栅加工质量

支撑体系是由钢格栅和喷射混凝土组成的，最终共同成为隧洞的永久结构，因此，必须严格控制格栅加工和安装质量。钢格栅在加工厂制作完成并试拼合格后，运至现场安装前，必须通过二次验收。钢格栅在开挖完成后紧跟安装，安装时，使用仪器精确定位，使格栅安装的标高、中线、倾斜度都符合设计和规范的要求。格栅间采用螺栓连接，拱部格栅安装前，应清除拱脚下的虚碴和其他杂物，格栅脚部采用砼块垫实。安装完成后，要严格检查格栅间间距、钢格栅纵向和环向之间连接、钢格栅拱脚处临时支撑和拱脚处锁脚锚管的打设情况。

4 喷射混凝土

隧洞喷射混凝土采用潮喷工艺施工，格栅安装完成后，开始喷射混凝土。由于格栅钢筋比较密集，混凝土喷射时回弹比较大，容易出现不密实的情况。为了保证喷射混凝土的质量，施工方案中采取用分层喷射的方式，一次喷射厚度控制7 cm之内。

混凝土喷射机安装好后，先试喷清除管道内杂物，随后用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的灰尘，然后开始喷射混凝土，喷射压力为0.3～0.5 MPa。在此过程中，喷头与受喷面要保持垂直，喷头与受喷面的距离为0.5～1.0 m，喷射规迹应自上而下呈螺旋形移动，后一圈压前一圈1/3.如果遇到受喷面被钢筋网片、格栅遮挡时，可将喷头稍微倾斜，上一层初凝后喷射下层混凝土，完成后的喷射面应平整顺直。

5 回填灌浆

初衬完成后，要及时背后回填灌浆。回填灌浆可以填充初衬混凝土与围岩之间的空隙，使初衬混凝土与围岩共同承受其上部土体的压力和控制地表沉降。回填灌浆范围隧洞上部为270°范围，回填灌浆管是用直径为25 mm的无缝钢管制作而成的，长度为0.5 m，纵向安装间距为2 m，环向间距也为2 m，梅花型布置。

回填灌浆浆液为水泥浆，水灰比为0.5∶1，采用水泥单液注浆机灌注，灌浆压力不宜过高，只要能克服管道阻力、初期支护间空隙阻力即可，一般为0.30～0.35 MPa。回填灌浆之前，先清孔，保证其管路畅通，灌浆顺序应分段分序闭合进行。在灌浆过程中，要严格控制灌浆压力。灌浆时，应由下游向上游、低端向高端缓慢推进，当灌浆压力达到设计压力并不再进浆时，持续稳压5 min即可停止单孔灌浆，最后进行封孔作业。

6 加强现场监控量测

在开挖过程中，应监测地面和洞内断面变形收敛情况，随时掌握隧洞的变形，将数据整理和分析后形成的信息及时反馈到施工中，用以科学指导施工。

作者简介：董国伟（1970—），男，山西忻州人，2016年毕业于大连理工大学水利水电建筑工程专业，主要从事水利工程管理方面的工作。

〔编辑：白洁〕