浅埋隧洞工程施工技术方案优化分析

张永博

（辽宁省观音阁水库管理局有限责任公司，辽宁本溪117100）

1 工程概述

某隧洞工程6 号输水主洞为无压隧洞，长度为14.69 km，桩号为T81+033.18～T95+720.45 m，开挖断面为圆拱直墙型，共布置5 条施工支洞，其中6-5 号支洞开挖断面为7.2 m×7.3 m，长177.23 m。

根据6-5 号支洞现场实际情况，支洞穿越区段地表均为低山区或林地，地貌属冲积平原，施工支洞明洞段上部揭露为粗砂层，下部为全～强风化岩，地下水极丰富，为松散层中孔隙潜水，且埋深浅，约1.8 m，与基岩裂隙水联系密切。支洞围岩多处于全～强风化之中，地下水主要来源为岩土层间孔隙裂隙水、地表水入渗等，支洞开挖过程中大部分为线流，局部以渗、滴水为主，易造成涌水、塌方现象。

2 施工重点难点

1）施工难度大：根据现场实际情况，明挖段开挖1.8 m 左右地下水出露，且地下水丰富，补给稳定，在不采取降水措施下，完全处于水下开挖，现场为凝灰岩为主，遇水软化，无法施工。支T0+000 m桩号表土清理后，洞顶覆盖仅有20 cm 左右，隧洞无法成型。

2）安全风险高：现场表土剥离后，出露粗砂，根据地质报告，支洞以凝灰岩为主，全洞段均为Ⅴ类围岩，且由于地下水丰富，施工中存在涌水、突水、坍塌的风险比较高，对施工人员的人身安全威胁较大，施工中安全控制是一大难点。

3）施工工期紧：6-5 号施工支洞的工期制约着支洞上下游主洞的施工工期，处在6 号输水主洞的关键线路上。施工所在地区冬季来临较早，根据水文气象资料及历年经验来看，在每年的10月中旬左右，洞挖进尺必须达到距进洞口100 m以上，洞内才可具备冬季施工的条件而不受霜冻期的影响。开工时距离10 月中旬仅剩下3.5 个月左右时间，能否顺利进洞正常开展洞挖施工，为冬季施工争取时间是关键。

3 原施工技术方案

支洞采用全断面法开挖，用简易钻爆台车，人工YT28型手风钻钻孔，水压控制光面爆破；Ⅲ类围岩单循环进尺2.5 m，Ⅳ类围岩单循环进尺2.0 m，Ⅴ类围岩单循环进尺1.0 m。采用ZL50 侧翻装载机装15 t 自卸汽车出渣，变频轴流风机压入式通风，施工排水采用水泵抽排至洞口。

3.1 小导管参数

小导管选用热轧无缝钢管，直径φ 42 mm，长3.0～6.0 m；小导管前端加工成圆锥形予以封焊严实，特制成花管，4.0 m 范围内每隔20 cm 交错钻孔，作为溢浆孔，孔径φ 8 mm，梅花形排列，管尾设加固环，环向间距为500 mm。

3.2 钢拱架

钢架分单元节制作，钢支撑的单元节之间的连接板采用厚10 mm 的钢板，尺寸为250 mm×200 mm（长×宽），连接螺栓孔尺寸为M27 mm。

钢支撑之间采用φ 25 mm 及以上钢筋作为连接系杆，间距不得大于2.0 m，环向布置。对于钢格栅两榀之间设置φ 25 mm 的连接系杆，顶拱间距1.0 m，边墙间距2.0 m。每榀钢支撑设置不少于4 点的锁定（含锁脚）锚杆，每点至少2 根，锚杆与钢架支撑焊接成整体。

3.3 钢筋网

钢筋网的间距应满足图纸及规范要求，采用直径为8 mm 的光面钢筋，钢筋保护层厚度不小于30 mm。钢筋网的搭接长度应为1～2 个网孔，亦不应小于200 mm。

4 优化调整后的施工技术方案

6-5 号支洞在明挖段开挖过程中，松散层中孔隙潜水普遍出露于覆盖层下部，含水层连续稳定，开挖边坡出现大量渗水，局部呈线状流出，出水量较大，且渗流影响范围较大，支洞又是下坡洞，对开挖极为不利，施工条件极差，安全隐患大。为保证施工安全，现调整进洞方案。

结合现场实际情况，考虑原设计图纸6-5 号支洞洞口顶部覆盖层较薄（约20 cm），为使开挖安全顺利进行，拟将进口明挖段开口线沿轴线进洞方向延长至支T0+018.5 m（征地界线桩号为支T0+023.5 m），采用1∶2 放坡，进洞口桩号调整为支T0+014.0 m，调整后进洞口覆盖厚约2.1 m。6-5 号施工支洞计划分为3 个施工段：

1）明挖段：施工时，先采用无压非完整井的环状深井井点降水，在进洞口0-053.52～0+018.50 m段两侧形成孔径400 mm、间距20 m、孔深10.0～14.0 m 的深井，降低地下水位线以后开始明挖施工，分层开挖支护，层厚不超过3 m，保证边坡安全。明挖完成以后，考虑现场实际地下水出露情况，为保证后期（尤其是冬季通行安全保证）洞挖施工顺利进行，减少因地下水位降低影响农地耕作及对环境影响，明挖段采用钢筋混凝土明洞封闭渗水，施工时段与洞挖段同步进行，进入冬季施工前全部完成。

2）进口大管棚段（0+014.00～0+036.80 m）：支洞口采取φ 108 mm自进式大管棚进洞方式。大管棚通过导向墙施工，与洞轴线外夹角按照1°～3°控制，沿顶拱中心向两侧直墙以下1 m布置1环，共布置39 根，间距30 cm；钢花管上钻注浆孔，孔径15 mm，孔间距20 cm，梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段3 m。管棚内置3根C22 mm的锚筋束，管棚采用纯水泥浆液封闭，水灰比1∶1，灌浆压力0.5～1.0 MPa。管棚掏挖待灌浆完成后待强1 d 后开始，采用“预留核心土法”，先挖出顶拱，待完成顶拱支护后，再分2 次分别掏挖左右边墙，待全部支护完成后，最后清挖核心土，管棚掏挖按照每次进尺不大于50 cm控制。

3）洞挖段：大管棚掏挖完成后即进入洞挖段施工，洞挖施工仍采用“预留核心土”分台阶施工。支T0+014.00～支T0+132.00 m 段位于全风化层内及支0+158.20～支0+168.20 m 段为主支交叉口加强段，钢支撑参数由设计间距80 cm 调整为50 cm，其余段依据施工图纸执行。根据洞室实际围岩自稳情况，无法自稳段增加水平固结灌浆对围岩预加固处理，预加固灌浆孔沿顶拱顶部布置，环向间距30 cm，外插角10°～15°，单根长8 m，注浆压力0.5～1.0 MPa。为保证施工进度，如不自稳段较长，可根据情况采用地面布垂直孔进行预固结，当围岩转好，具备自稳条件时，取消超前预加固处理，只按照设计图纸进行施工，循环进尺以不超过80 cm 控制。

5 主要施工方法

5.1 明挖段施工方法

根据现场实际情况，6-5 号支洞明挖段覆盖层均为粗砂层及级配不良砾，厚度约6.60 m；根据地勘资料显示，基岩为凝灰质砂岩、凝灰岩，全风化分布厚度约7.70 m；强风化层分布厚度约6.20 m，其下为弱风化层。调整后明挖段开挖边坡最大高度约9.5 m，施工过程中拟先采用井点降水法降低开挖范围内土层地下水位线，便于明挖段边坡开挖及初期支护，待边坡支护完成后，安排冬季前完成钢筋混凝土明洞施工，与支洞洞身段连接。

1）降水施工。采用无压非完整井的环状深井井点降水，共设置6 口深井降水，每口井配置1 台175QJ80-33/11 潜水泵，流量为80 m3/h，扬程33 m，功率11 kW。设置总管线路，各井点排水汇入洞口施工区三级污水沉淀池内处理。

2）土石方明挖。按照测量放样开挖线，结合设计参数，采用液压反铲开挖土方、人工配合，自上而下分层开挖，每层开挖的高度不超过3 m。同一层面开挖施工，按照“先上层耕植土清理，后土方开挖，再边坡防护”的顺序进行。接近设计坡面时，预留20 cm 厚的余量，进行人工修整，直至达到设计要求为止。开挖完成后及时进行支护封闭，保证边坡稳定。

3）明挖段边坡防护。为保证施工安全、节约投资和便于施作，参建单位现场查勘后决定调整洞口明挖段边坡支护参数：φ 22 mm 钢筋土钉，单根长L=3.2 m（含外露20 cm），间排距1.0 m，梅花形布置；边坡顶部设压边混凝土，距开口线0.8 m处埋设φ 22 mm 钢筋土钉，间距1 m，单根长3.2 m（含外露20 cm），φ 12 mm钢筋网间距20 cm×20 cm，喷混宽1.0 m、厚20 cm；垂直高度不足3 m 的两侧边坡，采用长50 cm、间排距1 m 的土钉；边坡布置φ 12 mm 钢筋网间距20 cm×20 cm，土钉垫板参数与原设计砂浆锚杆垫板一致。

5.2 钢筋混凝土明洞施工

根据6-5 号支洞补勘地勘资料及现场实际开挖揭露情况，结合设计图纸要求，明挖段纵坡为13.13%，考虑冬季明挖段底板易结冰，影响支洞通行，为保证冬季施工安全，计划明挖段开挖初支完成后，减少因地下水位降低影响农地耕作及对环境影响，明挖段采用钢筋混凝土明洞封闭渗水，与支洞洞身连接。明洞沿支洞轴线方向布置，采购C25 商品混凝土二级配泵送，钢筋混凝土明洞进口底板高程为311.1 m，净空尺寸6 m×6 m。

明洞具体施工参数为：桩号T0-053.52～T0+012.0 m，单孔布置6 m×6 m（净宽×净高），进口设素混凝土围堰体1 座，高0.5 m，长3.0 m，坡度1∶4，进口底板高程为311.1 m，明洞采用C25W6F50混凝土二级配，底板厚60 cm，边顶拱厚40 cm。钢筋混凝土明洞强度达到100%后进行石渣回填。

钢筋混凝土明洞施工完成后，进行砂砾石回填，以及腐殖土覆盖。明洞两侧回填施工时，应该保持明洞两侧均匀上升并夯实，避免因不均匀受力造成明洞墙身侧向位移或破坏；混凝土明洞长度方向每12 m 设1 道沉降缝，缝宽20 mm，沉降缝采用适用于变形缝的橡胶止水带止水。橡胶止水带为适用于变形缝用止水带，其厚度不小于8 mm。

5.3 大管棚施工

大管棚进洞，先施工导向墙，布置导向管，然后再沿导向管施工管棚。为保证管棚施工刚度，于导向墙内设工字钢架，间距0.4 m，拱架安装时，沿环向布置8 根C22 锁定锚杆，单根长3.2 m，“L”型与拱架焊接，钢架间纵向采用C22 钢筋按环向1.0 m 间距布置。导向管采用直径为150 mm 的无缝钢管，其壁厚为5 mm，导向管的长度是2.0 m，环向间距跟管棚间距一致。

开挖面在管棚注浆前采用喷射混凝土方式封闭，形成止浆墙，防止浆液回流影响注浆效果，喷射混凝土的强度为C20，厚12 cm。

钻孔采用CM358 钻机进行，管棚施工采用跟管方式施工，一次成型，先施工奇数后施工偶数，相邻钢管接头至少错开1 m。管棚采用外径为φ 108 mm、壁厚6 mm 的热轧无缝钢管，管棚管壁四周钻φ 15 mm 注浆孔，间距20 cm 梅花形布置，尾部不钻孔的止浆段长210 cm。在φ 108 mm钢管内设3 根C22 mm 的加强筋，中间设φ 25 mm注浆管，通长布置。

5.4 超前固结灌浆

根据前期地勘资料揭露，6-5 号支洞0+036.80～0+177.23 m 段洞室多处于基岩全～强风化层中，上层主要为砂砾石层，下层全风化岩芯多呈散体泥化物夹风化碎石，泥化物多呈软塑～可塑状，局部位置泥质与碎石胶结呈柱状，用手可轻易掰碎，风化碎石多呈棱角状，裂隙面呈黄褐色；强风化层岩芯破碎，多呈碎块状，局部为短柱状，裂隙节理发育，裂隙面多呈褐色，岩体完整性多属于破碎～极破碎，围岩类别以Ⅴ类为主。支洞埋深浅，地下水位较高，隧洞成洞条件差，施工安全隐患较大。施工过程中，根据围岩情况，不能自稳部分洞段采取超前固结灌浆方式处理围岩，再进行洞挖施工。

5.5 阻水灌浆

施工过程中可能遭遇地下水丰富、地质条件差的不良地质段，掌子面施工爆破结束后可能存在渗水或较大出水、涌水等情况发生。为确保施工质量，加快施工进度，保证施工人员、设备安全，拟采用阻水灌浆方法解决隧洞突水、突泥等，保证施工正常进行。

5.6 洞挖支护施工

采用预留核心土分台阶法开挖，并及时进行支护。施工时，每循环开挖进尺不超过1.0 m，开挖后及时对掌子面进行喷混凝土封闭；预留核心土面积大小不宜低于开挖断面面积的50%；开挖后及时进行钢支撑安装，每两榀钢架之间采用钢筋连接，并应加锁脚锚杆；分上下和左右台阶开挖，先开挖上部弧形，完成初期支护后，再开挖左（右）边墙，最后再开挖右（左）边墙，上部弧形、左右侧墙部、中部核心土开挖错开2 m；二期混凝土衬砌距离掌子面开挖支护不宜超过30 m。

开挖时，底部视现场围岩及出水情况，局部铺设50～80 cm 厚级配碎石换填，辅助开挖。支护采用小导管注浆预加固+型钢拱架支护+喷锚网支护方式：注浆小导管为φ 42 mm×4、L =5 m，沿顶拱布设，环向间距30 cm，纵向每3～4 榀拱架布置一环（200～240 cm）；钢拱架I16、间距0.5～0.8 m，纵向采用C22 钢筋连接，钢筋间距为1 m；系统锚杆HRB400，直径22 mm，L =3.2 m（含外露20 cm），锚杆环向间距1 m，纵向与钢拱架间距一致，梅花形布置，锚杆末端做成L 状，与拱架焊接牢固；钢筋网φ 12 mm@20 cm×20 cm，喷C20 混凝土，厚度20 cm。