隧洞超前小导管支护的探讨

(昆山市水利建筑安装工程有限公司，江苏 昆山 215300)

1 工程概况

苏州高新区建成区水环境整治工程二期六标段的164m穿山隧洞及958m暗埋箱涵布置如下：

a. U形河道以东至皇晏岭山体段288m采用暗埋箱涵，箱涵内径尺寸为4m×3.5m，箱涵底高程1.5m。

b.皇宴岭山体段164m采用穿山隧洞，入口为皇宴岭东侧，出口为皇宴岭西侧，隧洞底高程1.35m(入口)～1.50m(出口)，断面采用圆拱直墙式，圆拱中心角90°。衬后尺寸为宽4.0m，直墙段高3.5m，圆拱半径282.8cm，C20W6混凝土衬砌厚50cm。

c.隧洞以东至马运河段647m穿越居住区，采用暗埋箱涵，箱涵内径尺寸为4m×3.5m，箱涵底高程1.35m。箱涵完工后上覆土与现状地面衔接。

2 工程地质与水文地质情况

2.1 隧洞西侧

隧洞西侧洞口处自然坡向东倾，山体自然坡角约20°～30°，自然边坡稳定，隧洞洞口附近植被较茂密，为树林、灌木，上部覆盖层为黏性土，厚度约3.0m，表层0.3～2.0m为素填土，土质松散，工程地质条件差，下部为粉质黏土夹重粉质壤土，含少量重粉质壤土夹中粉质壤土层，褐黄色，硬塑，下伏基岩，以弱风化花岗岩为主，岩石顶面坡角约18°～25°。节理裂隙发育，隧洞埋置浅，地下水以孔隙潜水和基岩裂隙水为主，围岩稳定性一般，综合评定围岩为Ⅲ级，施工时易产生较大规模坍塌和掉块。建议加强支护、及时衬砌，施工时做好超前地质预报，避免雨季施工。

2.2 隧洞东侧

隧洞东侧洞口原为村庄，现为拆迁工地，C2～C3孔段位于斜坡及山体中部，表层为残坡积土，下伏基岩，风化强烈，节理裂隙发育，岩性以微—弱风化黑云母花岗岩为主，岩石顶面坡角约18°～25°，岩体较为完整，围岩稳定性一般，上部覆盖层厚度小，地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，施工时可能发生崩塌和掉块，综合评定围岩稳定性为Ⅲ级。建议加强支护、及时衬砌，施工时做好超前地质预报，避免雨季施工。

C3孔以东段位于山体东部，引水隧洞主要穿越土层为素填土层、粉质黏土夹重粉质壤土层，含少量重粉质壤土夹粉质黏土层。强风化黑云母花岗岩，土层变化较大，施工时拱部无支护可能产生坍塌，地下水类型为孔隙潜水和基岩裂隙水，预计在雨季，洞室会出现淋雨状出水。建议加强支护，及时衬砌，施工时做好超前地质预报，避免雨季施工。

3 隧洞总体安排

隧洞洞身开挖采用新奥法施工，爆破采用全断面光面爆破和预裂爆破技术，严格控制超欠挖，尽量减小对围岩的扰动。

掘进打眼采用YT-27型风动凿岩机，ZL-50装载机出渣，农用运输车运渣，空压机供风，隧洞二次衬砌采用10m自行式全断面钢模液压台车，采用C20商品模注混凝土。

4 隧洞原设计施工方案

喷C25塑钢纤维混凝土，厚6cm(挂网φ8@20cm×20cm)；φ22@1.0m连接钢筋与钢拱架焊接，采用16号工字钢拱架(榀间距1.0m)；加喷C25塑钢纤维混凝土厚16cm；C20W6钢筋混凝土衬砌厚50cm；导管双层梅花形环向布置±25cm@15cm,纵向±16cm@20cm。

5 实地勘察地质情况说明

苏州高新区建成区水环境整治工程二期六标段隧洞入口(BK0+000)、出口(AK1+181)现已开挖，根据现场开挖情况看，洞顶为Ⅴ级全风化黄褐色黏土，覆盖层厚度10m左右，其中4m左右为堆积层，雨季富水、松散、自稳性差、易坍塌，6m左右为残积层，黄褐色加杂质泥岩，局部有渗水。洞身及洞底为重粉质壤土夹杂灰质泥岩，遇水易溶化滑塌，与勘察设计不符。

6 超前小导管支护

6.1 支护设想

考虑到洞顶覆盖层较厚，按原设计无法保障安全进洞施工，为此在比较了管棚施工与超前小导管施工的优越性后，认为超前小导管更具可操作性和灵活性，因此在隧洞开挖过程中，拱部增加双排φ42超前小导管，同时考虑到土质围岩条件下钢拱架没有形成封闭环结构，容易产生沉降，故建议加密16号工字钢拱架，隧洞底部增加16号工字钢地梁与钢拱架焊接，考虑到底部承载力，底部基础混凝土增加50cm厚C25混凝土(见图1、图2)。具体支护参数如下：

a.喷射C25塑钢纤维混凝土厚度为6cm(挂网φ8@15cm×15cm)。

图1 超前导管制作大样 (单位:mm)说明：1.小导管采用φ42×4mm(壁厚)无缝钢管。2.小导管浆液扩散孔采用梅花形布置，间距为30cm，孔径1cm。

b.16号工字钢拱架加地梁(间距50cm)。

c.50cm厚基础混凝土。

d.拱部双排φ42超前小导管加注浆，长度为5m，环向间距为40cm ，循环搭接长度大于1m。

e.加密φ22拱架连接钢筋间距为50cm。

f.加喷C25塑钢纤维混凝土厚度为16cm。

g.C20W6钢筋混凝土衬砌50cm。

h.导管双层梅花形环向布置±25cm@15cm，纵向±16cm@20cm。

6.2 施工方法

根据设计图纸，首先进行测量放样，将隧洞开挖轮廓线放样定位。沿开挖轮廓线拱部环向间距40cm布孔，使用YT-27风枪、φ50钻头先打设第一排孔眼，外插角15°，孔深5m，完毕后将5m长φ42超前小导管顶入，顶入长度不小于95%管长,然后再进行第二排孔眼打设，与第一排错开，梅花形布置，环距40cm。打设安装完毕后进行注浆，注浆水灰比为1∶0.45，注浆压力为0.1～1MPa，小导管采用间隔注浆法，注浆完毕后将注浆孔进行封堵。遵循“短进尺，强支护”的要求，开挖按50cm/循环，及时支护钢拱架，间距50cm/榀。

6.3 变形监测

根据监测方案共布设8个基坑坡顶水平位移、沉降观测点、16个周边环境沉降观测点，观测点依据现场施工进度依次布设。从2016年6月27日开始测试部分初始值及布设位移、沉降等各类监测点，至2016年9月1日施工至隧洞贯通，提供了28次观测报告。

a.水平位移变形监测。各监测点在挖土及隧洞爆破阶段内变形较大。隧洞段最大水平位移累计量为4.4mm(SD18)，未超过报警值。

b.竖向位移变形监测。各监测点变形总体稳定。隧洞段沉降最大累计变化量为-4.65mm(SD5)，累计量及变化速率未超过报警值。

c.隧洞净空收敛变形监测。图3表明，各监测断面收敛总体稳定。最大收敛值为2.7mm(见图3)，隧洞净空收敛累计量及变化速率未超过报警值。

图2 土洞支护示意图(尺寸单位：cm)

图3 净空收敛变形监测

7 结 语

在洞顶覆盖层较厚且土质较差的情况下，采用超前小导管支护可以充分发挥其优越性，满足设计及施工的要求。