引洮工程湿陷性黄土引水隧洞施工及安全监测

穆军明

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

引洮工程湿陷性黄土引水隧洞施工及安全监测

穆军明

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

隧洞工程施工过程中，湿陷性黄土遇水后容易出现破坏变形，为了保证隧洞工程施工质量，需要制定合理的施工方案。本文以实际工程为例，针对隧洞工程的地质情况制定了隧洞开挖方案，并对隧洞施工的关键技术进行了分析，保证了隧洞工程顺利完工。

湿陷性黄土；引水隧洞；施工；安全监测

1 工程概况

引洮工程总干渠9A号、10号隧洞及连接段工程区位于甘肃省定西市安定区境内，距离兰州市区约140km，属大(2)型二等工程。9A号隧洞进口位于阳阴峡，出口位于何家岔沟，全长1047.58m；10号隧洞进口位于何家岔沟，出口位于许家河，全长932m。横断面均为类马蹄形，净断面尺寸4.26m×4.42m(B×H)，设计纵坡为1/1500，设计引水流量27m3/s，加大设计流量24m3/s。

引洮工程总干渠9A号、10号隧洞及连接段工程区主要工程量：明挖土石方9.60万m3，洞挖土方4.58万m3，土石方填筑4.21万m3，现浇混凝土2.87万m3，钢筋制安2121.50t。

工程86+070～86+615段al-plQ33黄土状粉质壤土渠段：地处黄土丘陵区缓坡地带，渠基土为al-plQ33黄土状粉质壤土，以粉粒为主，土质均一，结构疏松，孔隙发育，具强湿陷性、弱透水性，属Ⅲ～Ⅳ级自重湿陷性黄土场地，湿陷性敏感，存在湿陷破坏和冻胀危害。

2 隧洞开挖方案

根据隧洞地质情况，为保证隧洞施工的安全性，降低对围岩造成的扰动，设计采用无爆破开挖法进行施工，在进行拱部开挖作业时先进行两侧的开挖，将核心土保留下来，在完成支护工作后再将核心土挖除。设计环形开挖进尺为1m，下台阶开挖长度为开挖洞径的1.5倍。下半断面开挖到落底后采用先拉中槽然后跳间挖马口的方法进行施工。设计马口长度为2.5～3m。施工过程中，禁止进行马口对挖施工，保证施工安全。为了防止初期支护过程中拱脚出现下沉情况，每米布设8～12根拱脚锁定锚杆，避免上半断面两侧拱脚同时出现悬空的情况。在进行环形部分的开挖作业时，选用人工开挖方法进行施工。由于进尺比较短，人工将渣甩至下台阶。使用振动锤挖掘机进行核心土和下部土的开挖。施工时使用立爪式装岩机进行装渣，并使用自卸车进行运输。根据隧道地质情况，设计日进尺指标2m、月进尺指标50m。

3 引水隧洞施工技术关键要点

3.1 洞内排水

为保证施工质量需要做好施工排水工作。对于顺坡和反坡有水地段，用抽水机进行排水。洞内设φ100的排水管，每间隔100～200m设一处集水井(浆砌片石砌筑)，利用管道接力方式向洞外排水[1]。在开挖工作面附近结合工程具体情况将抽水设备准备好，确保掌子面积水不间断排除。先使用2.20kW潜水泵将水抽排到集水坑中，再利用排水泵将水排出。在对反坡地段进行开挖时，如遇到大面积渗水带或股流时，为降低排水压力，需立即进行注浆封堵。加强排水设备围护力度，及时对设备和管路进行延伸，确保管路排水通畅。

3.2 支护施工

隧洞支护施工分两次开展。在各个开挖循环完成后立即进行一次喷锚支护，隧洞逐步稳定后进行二次混凝土浇筑施工[2]。隧洞第一次支护采用联合支护方式，使用全封闭钢拱架进行支撑，并将钢筋网片焊接到钢拱架腹板中部，然后连接系统锚杆进行混凝土的喷射。当断面开挖至设计要求后立即使用钢拱架支护。钢拱架一共分为四段，各段使用高强螺栓进行连接。因为围岩稳定性较差，需要将钢拱架之间的间距控制在0.60～0.80m。安装钢拱架时，需要与围岩紧贴到一起，并在钢拱架底部使用混凝土垫块进行垫设，避免钢拱架出现下沉后影响其作用的发挥。

由于该隧洞工程全线都使用钢拱架进行支护，因此需要按照设计的拱架安装距离提前将钢筋网加工成网片，安装好钢拱架后立即焊接钢拱架和钢筋网片。采用干喷法严格按照规范要求进行混凝土喷射施工，保证混凝土工程施工质量。

3.3 超前小导管棚施工技术

在黄土隧洞段施工时，由于湿陷性黄土自稳定差，并且土层有水平层理，如果按照设计要求进行断面的开挖施工，会导致后续施工过程中顶拱位置出现坍塌，增加施工安全隐患。因此，该工程在施工时在顶拱180°的范围内设置了超前小管棚。小管棚使用直径42mm的钢管制作，管棚之间环向间隔距离控制在30cm，每一排管棚的长度设计为3m。每四榀钢拱架之前要提前布设好一组管棚，保证各级管棚之间互相搭接。管棚中每一根钢管的外倾角均控制在8°～9°，以保证在第一榀拱架腹板中部位置进行开孔后，第二榀拱架施工时管棚可以刚好从顶部位置穿过，不需要在所有钢拱架腹板处都开孔，可充分发挥钢拱架的支护作用。使用超前小管棚进行辅助施工后，隧洞顶拱部位和拱肩位置的坍塌情况得到显著改善，解决了施工时黄土坍塌问题。

3.4 钢拱架背部空隙位置的喷护

钢拱架的主要作用是对围岩进行支护，通过将钢拱架和喷射混凝土、钢筋网片紧密联合到一起，共同承受围岩应力。实际工程施工中，由于设计断面和开挖断面无法完全一致，再加上围岩不稳定性因素的影响，导致拱围岩和钢拱架之间会有空隙存在，对拱架的支撑效果产生影响。为充分发挥拱架的支护作用，需要确保拱架背部喷射混凝土的密实性达到要求。在实际施工时，先进行背部拱架施工，再进行拱架中部围岩的喷护施工。先进行拱架一侧斜向背部混凝土的喷射施工，在一些混凝土全部喷射完成后再进行另外一侧混凝土喷射，从而提升钢拱架背部密实性。使钢筋网片和钢拱架真正发挥出现联合支护效果。

3.5 底拱部位的施工

由于洞身段围岩主要为砂质泥岩和泥质砂岩，在层理结合面会出现一定的裂隙，并且这类围岩遇水后很容易软化，影响施工的顺利开展。为了解决这一问题，在开挖底拱部位后立即使用低流台干硬性混凝土垫层进行施工[3]。底拱位置使用打夯机进行分层夯实。每一层的夯填厚度控制在8cm。通过采用这种方式进行处理，有效控制了隧洞的沉陷情况，更好地处理了开挖掘进和支护之间的关系。

4 施工安全监测

隧洞工程在进行开挖作业时，经常会遇到各种不良地质，为提高施工的安全性，在进行施工时，需要超前预报地质情况，将工程地质监测工作贯穿于隧洞修建过程的始终，通过对隧洞工程进行超前探测，可充分了解软弱地层稳定性，获取掌子面软弱地层、地质构造以及地下水等不良地质的准确资料。并针对性地对施工方案和施工设计进行修正，合理制定工程施工措施。做好防范工作，防止出现工程事故，保证作业人员的生命财产安全。

4.1 监测断面测点布置

按照设计要求，将隧洞拱顶下沉观测点和隧洞净空位移观测点布置在同一断面(见下图)。量测断面的间隔距离根据隧洞地质条件和隧洞长度确定。测量频率根据与开挖面的距离以及位移速度确定。Ⅴ类围岩测量段距离不超过30m。各个收敛度测量段的测量点数要控制在2个以上。为了准确了解围岩开挖后早期力学状态变化数据，要尽可能将测点布置在靠近开挖面的位置[4]。并将测量拱顶收敛度和沉落度的木栓埋设在掌子面附近1m内，而且初次读数需要在开挖后24h内或者下一循环开挖之前完成。

观测点布置示意图

4.2 监测拱顶下沉量

拱顶下沉量使用精密水准仪进行量测。遇到塌方、地质条件变化等特殊情况，要增加观测点的布设密度(见下表)。每次开挖完成后要立即进行量测。

拱顶沉落度和收敛度测量频率表

4.3 水平收敛监测

水平收敛情况使用SWJ-78型周边收敛计进行量测，在布置操作仪器时，要施加适当的拉力，同时，要保证每一次量测时拉力大小的一致性，保证测量精度。

4.4 地质和支护状况观察

为了准确掌握围岩和支护稳定情况，在完成开挖工作后要对地质和支护情况进行一次观测。为了保证施工的安全性，需要每天安排专人进行观测，并将记录工作做好。

具体的观测内容如下：开挖工作面的稳定状态、顶板是否出现了坍塌情况；节理裂隙的发育情况和方向；是否出现涌水和渗水情况，如果出现涌水情况，需对涌水量、涌水位置和涌水水压进行观测；是否出现底板隆起情况。对于开挖后已支护地段围岩，要观测是否出现了垫板脱离围岩或锚杆拉断的情况，检查混凝土喷射过程中是否出现了剥离、裂纹或剪切破坏的情况，检查钢格栅拱架和钢拱架是否出现了被压变形的情况[5]。

4.5 观测结果

工程施工过程中的围岩变形情况观测证明：隧洞工程在开挖完成且一次支护30天左右逐步恢复稳定。围岩位移、沉降观测过程中如果发现围岩位移值突然变大，要提高检测频率。观测证明：黄土洞段的变形主要为沉陷变形。大部分观测断面的沉陷值均保持在5cm左右[6]。一些观测点由于隧洞渗水情况严重，沉降量比较大，为了保证隧洞工程施工质量，做好洞内渗水引排工作非常重要，如果不能及时排水，会对施工质量造成较大影响。

5 结 语

综上所述，该隧洞工程按照“短进尺、强支护、勤观测”的基本原则进行施工，对工程各个环节的施工均进行了充分的分析和准备，顺利完成了施工任务，保证了作业人员的人身安全，为类似工程施工积累了有益经验。

[1] 甘肃省引洮供水一期工程初步设计报告[R].甘肃省水利水电勘测设计研究院，2013：12.

[2] 支喜兰.黄土地区公路路基地基承载力评价方法研究[D].西安：长安大学，2006：11.

[3] 邓昌奇，谢新生，杨晓燕.竹寿水库输水隧洞除险整治方案研究[J].陕西水利，2012(5)：67-69.

[4] 崔贵立.哈拉军水电站发电引水隧洞塌方处理措施[J].中国水能及电气化，2013(12)：132-134.

[5] 曾涛，尹朝阳.导向笼在岔管外包混凝土浇筑中的应用[J].东北水利水电，2013(1)：54-56.

[6] 李旨强.新疆恰甫其海工程黏土心墙坝防渗体土料施工特性[J].东北水利水电，2013(6)：78-80.

Construction and Safety Monitoring of Wet Collapsible Loess Water Diversion Tunnel in Taohe River Water Diversion Project

MU Junming

(ChinaRailway18thBureauGroupCo.,Ltd.,Tianjin300222,China)

Wet collapsible loess is prone to damage and deformation due to contact with water in the process of tunnel engineering construction. A reasonable construction plan should be formulated in order to ensure the quality of tunnel engineering construction. In the paper, the actual project is adopted as an example. A tunnel excavation plan is formulated aiming at geological conditions of tunnel engineering. Key technologies of tunnel construction are analyzed so as to ensure the successful completion of the tunnel engineering.

wet collapsible loess; water diversion tunnel; construction; safety monitoring

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.001

TV554

A

1673-8241(2017)07- 0001- 03

施工技术