黄土地区浅埋深大断面土洞快速施工技术

高胜杰

（山西小浪底引黄工程有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

1.1 施工情况

山西小浪底引黄工程施工I标的1号交通洞进口位于板涧河左岸解裕乡政府附近，洞口高程291 m，末端连接安装间，终点高程217 m。1号交通洞总长1 105.189 m，最大纵坡9.0%，开挖断面为8.52 m×9.16 m（宽×高），衬砌后的净断面尺寸7 m×8 m（宽×高），城门洞型。1号交通洞作为地下泵站及其附属洞室群的主要施工通道，它的施工进度直接影响到地下泵站及其附属洞室的施工进度。

1号交通洞的进口段位处山西省典型的黄土地区，改为洞挖后发现黄土埋深浅，约3～30 m；隧洞的断面大，开挖尺寸为8.4 m×9.2 m（宽×高），采取了“不灌浆小导管超前支护、全断面开挖、钢支撑与系统锚喷支护进行一期支护”的施工技术，达到了安全、快速、经济的施工目标，取得显著的成果。

1.2 实施背景

山西省引黄工程施工I标的1号交通洞，进口段的施工区位于果树经济林地，地面附着物包括1路解裕乡农用电网线、1路解裕乡通讯电缆线、1路施工用10 kV电线、大量的坟墓（现场可见的坟墓有30座）及其他地面附着物，分布分散、影响范围广。

本项目2014年11月底进场，1号交通洞作为地下泵站及其附属洞室群的主要施工通道，其施工进度直接影响到地下泵站及其附属洞室的施工进度。此时不是迁坟时节，由于迁坟、征地、移动果林附着的3路线缆等地面附着物较为困难，在增加大量投资的同时也需要耗费大量的时间，短期内1号交通洞无法施工，对此将1号交通洞进口段由设计的明挖改为洞挖施工。

1.3 地质概况

1号交通洞进口段位于板涧河左岸岸坡的坡脚处，地面高程290～310 m，地形较缓。主要地层为第四系全新统洪冲积（Q4pal）低液限粉土夹碎石混合土及卵石混合土，岩体松散软弱围岩极不稳定，级配不良胶结性差、松散，卵石混合料为棕黄—土黄色，混杂堆积，磨圆差、分选差，局部夹有粉砂土层及透镜体，泥沙质胶结，以砂砾石为主，粉土次之，松散围岩无自稳能力，极不稳定，砂砾石级配不良，松散无自稳能力，无胶结，分选性差，磨圆度差，围岩极不稳定，围岩分类为Ⅴ类，规模较大的变形和破坏可能发生。

2 土洞段施工

2.1 施工顺序

1号交通洞进口土洞段的施工顺序为：施工准备直径42 mm小导管超前支护 全断面土洞开挖 钢支撑加系统锚喷支护 进行下一个循环。

2.2 土洞开挖和支护

2.2.1 超前小导管施工

隧洞的顶拱设直径42 mm超前小导管，小导管长为4.5 m，环向间距30 cm，外倾角5°～10°，搭接1 m，不灌浆，超前小导管与靠近掌子面的钢拱架焊接牢固，形成整体受力结构。

受土质情况的影响，超前小导管灌浆注入量较小，一般在5～20 L/孔（直径42 mm，小导管长4.5 m）；根据实验开挖后的情况显示，超前小导管注浆由于灌浆压力不够，土体无明显裂隙，水泥浆不能进入土体，灌浆后的扩散范围小，扩散范围在10 cm以内，超前固结的效果不明显，无法起到加固土体的作用；并且小导管注浆导致工期和费用增加，土洞开挖要求土体暴露后尽可能地缩短超前支护时间，以便及时封闭成拱，减少边顶拱松弛，因此选择不注浆的超前小导管进行超前支护，发挥纵向梁的作用，施工中，无需在小导管上钻孔。通过不注浆超前小导管施工，不仅起到了超前支护的作用，而且施工速度快，减少了顶拱土体的扰动和变形，施工效果良好。

2.2.2 土洞开挖施工

土洞开挖采用全断面开挖的方式，“短进尺、勤支护”，利用挖掘机直接开挖，必要时在周边预留10～20 cm的土层人工开挖，洞口10 m范围由于埋深浅（3～10 m），每轮循环进尺控制在1.5 m以内；随后在施工中根据现场实践经验结合变形监测结果，加大循环进尺长度，到埋深较大段，最大单次循环进尺达到3 m，顶拱出现局部坍塌和掉块，说明土层不稳定，循环进尺达到最大长度。

2.2.3 一期支护

土洞开挖完成一个循环后，立即人工安装钢拱架支撑，拱架采用I16工字钢。拱架间距0.5～0.8 m，环向用直径22 mm钢筋间隔1 m连接，每榀钢拱架采用8根直径25 mm锁脚锚杆进行固定，锁脚锚杆长4.5 m，与工字钢焊接牢固。系统锚杆采用直径25 mm砂浆锚杆，锚杆长3.5 m，外露140 mm，间排距1 m，梅花型布置，锚杆采取了“先注浆后插锚杆”的方式。喷射混凝土为C 20一级配，厚度16 cm，按“喷—网—喷”的程序进行。锚杆和喷射混凝土施工均为常规施工工艺。

2.2.4 洞内变形监测

监测内容为沉降观测和收敛监测；监测频次以14次为一个周期，时间间隔为1 d或2 d，周期完成若围岩不稳定接着观测，直到观测段不再变形。

根据监测结果显示，隧洞的变形趋于稳定，典型监测情况详见表1。

2.3 施工技术总结

综合统计和分析现场的施工和地质情况，1号交通洞黄土地区浅埋深大断面土洞安全快速施工技术研究结论：

一是本工程土洞的埋深在3～10 m范围内时，控制每轮循环进尺≤1.5 m；埋深大于10 m时，控制每轮循环进尺≤3 m；全断面开挖。

二是本工程土洞的一期支护钢拱架选择I16工字钢，间距0.5～0.8 m。钢拱架紧贴洞壁，以便预防隧洞变形量大；直径8 mm钢筋网和拱架连接筋紧贴钢拱架内侧边布置，让钢拱架形成一个整体受力。

表1 1J-4 监测点变形监测情况统计表

三是本工程土洞的胶结性好、自稳性高、但灌浆效果不佳，顶拱设不注浆直径42 mm超前小导管，小导管长为3 m，环向间距30 cm，外倾角5°～10°，搭接1m。

3 结语

1号交通洞进口段由原来的明挖改为洞挖，有以下几个方面的优势。一是减少了大量征地移民和迁移地面附着物的费用，经济效益好，降低了总成本；二是进度方面有优势，工期提前了28 d，同时还节约了其他不可预估的征迁坟地等地面附着物的时间；三是改洞挖后施工范围缩小，对环境破坏小、同时还降低了对周边永久居住居民的影响。

1号交通洞进口土洞段采取了“不灌浆小导管超前支护、全断面开挖、钢支撑与系统锚喷支护进行一期支护”的工艺进行施工，达到了安全、快速、经济的施工目标，取得了显著的经济与社会效益。