小斷面飽水土隧洞施工方法探討

1、第46卷第5期2010年5月甘肅水利水電技術GansuWaterConservancyandHydropowerTechnologyVo146No5May，2010施工技術小斷面飽水土隧洞施工方法探討蒲曉斌(甘肅省水利水電工程局，甘肅蘭州730046)摘要：以甘肅省引洮工程總干渠十支渠為例，針對小斷面飽水土隧洞的施工方法，著重從施工方案的選擇及實施情況、出現(xiàn)的問題及處理方法、實際施工中總結出的寶貴經(jīng)驗等方面介紹了小斷面飽水土隧洞的施工方

2、法。關鍵詞：小斷面；飽水土隧洞；鋼板盾殼法；方案選定中圖分類號：TV554文獻標識碼：B1概況甘肅省引洮工程總干渠十支渠工程位于甘肅省隴西縣境內(nèi)的大成河右岸的低山丘陵區(qū)，自隴西縣馬河鎮(zhèn)楊營至上馬河區(qū)間總干渠15隧洞出口處分水，其供水區(qū)主要為隴西縣馬河鎮(zhèn)、種和鄉(xiāng)、高塄鄉(xiāng)及通安驛，工程設計引水流量044m3，s，加大流量049mTs，控制灌溉面積05萬畝，渠線全長25811km，其主要建筑物以隧洞為主。隧洞為直墻圓拱型(城門洞形)，襯砌后凈

3、斷面尺寸為15m~18m，成型斷面面積2458m：，隧洞斷面較小。十支渠1一隧洞地處隴西凹陷中的楊家營～樊家河斷陷帶中，地形表現(xiàn)為長梁狀的黃土丘陵，涉及到的地層主要為第四系松散堆積物，斷陷帶中沉積了厚度巨大的沖湖積重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土夾雜色粉質(zhì)壤土、砂壤土及粉細砂層，隧洞土體飽水度達到85％一100％，屬飽水土圍巖，成洞條件差，屬極不穩(wěn)定的V類圍巖。隧洞土樣工程特性如表1所列。表1隧洞土樣工程特性2方案選定十支渠隧洞施工采用“新奧法”原

4、理進行施工，采用聯(lián)合錨噴的支護型式。開挖時及時支設‘p22四肢型格柵拱架，掛鋼筋網(wǎng)，噴100mm厚C20混凝土，進入下一循環(huán)。在實際施工作業(yè)中，各隧洞進洞尚未出水之時，采用此法施工既簡單易行，又快捷經(jīng)濟，各洞口日近尺最快可達5~6m。進入飽水土洞段施工后，由于隧洞斷面小，土體含水量增加，無法有效進行機械開挖作業(yè)，人工挖裝過程中圍巖受到擾動，掌子面土層迅速泥化發(fā)生變形，增加了挖裝難度，塌方掉塊現(xiàn)象幾乎伴隨開挖全程，且經(jīng)常發(fā)生嚴重塌方現(xiàn)象，

5、邊清邊變形，開挖斷面無法成型，一次支護無法按要求緊跟掌子面，施工質(zhì)量及安全得不到保證，施工進度緩慢，產(chǎn)生冒頂?shù)韧话l(fā)事故的概率明顯增大。在3洞進口進洞138m后，發(fā)生嚴重塌方現(xiàn)象，雖然采取了積極的組織措施，但人工挖裝速度仍然跟不上，塌方情況越發(fā)嚴重，且塌落土方全部泥化而產(chǎn)生流動性，并且在緊靠掌子面處的一次支護結構部位呈擠出狀向外涌，造成一次支護嚴重變形，采取管棚等措施均無濟于事，只好在掌子面處用混凝土砌塊砌筑進行封閉，阻擋土體繼續(xù)變形及泥

6、土涌人，采用在上部打孔灌漿充填空隙后再采取有效的辦法進行開挖。由于隧洞穿越處地表為農(nóng)戶的耕地，掌子面封閉7d后，地面發(fā)生塌陷(該部位地面洞頂埋深26m)，洞內(nèi)觀測封閉墻未發(fā)生位移及其它變形的情況。之后，洞出口又發(fā)生一次冒頂。其它各洞工作面施工情況與此類似，不得不封閉暫停施工。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對以下幾種方案進行了比選。(1)改線方案改線方案有二：其一是廢棄1～隧洞現(xiàn)有洞線，另覓新的地質(zhì)條件較好的線路，重新進行建設，盡量縮短引水線路和隧洞

7、長度，加長連接段，降低隧洞施工壓力，盡可能多增加幾個工作面以縮短工期，實現(xiàn)原定供水目標；其二是由1洞進口處沿大成河右側山體布置梯形明渠，由柴家河溝道左側山體布置渠線，接5洞進口，避免在飽水土洞段進行隧洞建設的難度和風險。實施改線方案原6km渠線(其中隧洞423km)將增加到13km，渠線沿程水頭損失加大，而渠道縱坡將減小，渠道斷面必須擴大才能滿足過流能力的要求；渠線加長后征地面積也大大增加，會給工程建設帶來更大的阻力。(2)超前支護的洞

8、挖方案采用長4m、‘p48mm的小導管，在頂拱及左右側圍護形成屏障再開挖?；蛴瞄L4m，‘p22mm的錨桿支護，鋼筋格柵進行圍護再開挖。實踐證明此方案成洞相當困難且工期緩慢，已成洞段由于開挖時坍塌洞壁變形嚴重，支護后有不同程度的下沉、上浮、扭曲、斷裂現(xiàn)象，施工質(zhì)量也無法保證。(3)鋼板樁圍護方案將長20m以上的鎖口鋼板樁打人土中，形成圍護。此收稿日期：2010—04—21作者簡介：蒲曉斌(1972一)，男，甘肅會寧人，工程師，主要從事水利

9、水電工程施工管理。57第5期蒲曉斌：小斷面飽水土隧洞施工方法探討第46卷一次支護的方式改為混凝土預制塊襯砌的方式，提高作業(yè)面的工作效率，有效防止一次支護結構被破壞造成工料浪費的情況。鋼盾殼型式如圖1所示。采用此法，鋼盾殼的現(xiàn)場拼接是個重要環(huán)節(jié)，由于各洞‘A／●●●●●昔l1r=‘一一’1。。IlI／／l!量壅一1C20混凝土預制塊干瑚l1接油泵／JJIII●II一一一一I|一一一fIl底板連接戚形后I用8=lO鋼板封用高度240mm、C

10、20混凝土預制塊干砌接油泵、8=20~板遘‘需廈瓦廈而；、Il1：一‘；。一___I、＼圖1鋼板盾殼法隧洞開挖及一次支護縱、橫示意圖均已掘進百余米，洞段埋深大多在25～30m之間，考慮到地質(zhì)情況開挖安裝豎井相當困難，考慮在洞內(nèi)地質(zhì)條件較好的區(qū)段對原開挖成型洞段進行擴挖，并用鋼拱架加強支護，擴挖形成8～10m的安裝段，在洞內(nèi)進行拼裝。其有利面主要有兩點：其一可以迅速組織開展施工，而不用征用土地，可以加快進度；其二較開挖豎進難度小，工程量少

11、，安裝時設備人員進洞方便，較開挖豎井投資大大減小。4關于小斷面飽水土隧洞施工的幾點思考在小斷面飽水土隧洞施工中須注意以下幾點：(1)摸清地質(zhì)情況，做好地質(zhì)預報，選擇適當?shù)拈_挖方法水工隧洞一般單價較低，加上目前不良的市場環(huán)境，往往投標報價過低，在施工中可以采取的技術方案往往受到經(jīng)濟因素的影響，使一些安全快捷高效的施工方案在水工隧洞施工中很難被采用，因此，制定科學、合理、經(jīng)濟、適用的開挖方法顯得尤其重要。由于隧洞工程地下施工的特殊性，在方案

12、制定時必須搜集比較詳細可靠的地質(zhì)資料，弄清楚圍巖的工程特性，對開挖時可能出現(xiàn)的狀況制定處置預案。對于小斷面的飽水黃土施工，在開挖時由于空間上的局限性，不可避免的存在不能進行機械化作業(yè)而人工開挖作業(yè)時間緩慢往往造成隧洞塌方、突水突泥的情況，方案制定時須相當注意。對于出渣方式選擇筆者認為，在小斷面黃土隧洞開挖出渣時盡量采用有軌出渣的方式，首先采用有軌出渣方式便于有效利用空間，整齊布置風、水、電管線；其次較其它出渣方式對已成型洞段造成的撓動破

13、壞??；再次較普遍采用的機動出渣可以大大減輕隧洞排煙壓力。(2)排水及降水本支渠隧洞土層飽水率接近100％，開挖暴露出的土層會有大量滲流出現(xiàn)，由于土層液性指數(shù)最大值達到073，處于軟塑與流塑狀態(tài)的臨界點，明水的出現(xiàn)會使開挖或塌落土方迅速達到流塑狀態(tài)(俗稱泥化)，喪失自穩(wěn)能力，增大挖裝難度，因此排水及降水在保證隧洞施工安全，保障隧洞正常順利的掘進起著舉足輕重的作用。在實踐中，總結出以下排水經(jīng)驗：排水設備選用三相污水泵；排水管路的一般設置一條

14、總排水管道，在各進水口處安裝小球閥進行控制進出水，排水由洞內(nèi)向洞外依次推進，開啟水泵前打開主管道進水三通處的球閥，抽排完成后使球閥處于關閉狀態(tài)，以免別的水泵作業(yè)時回水倒灌；集水井布置間距以10m為宜，在滲水量大的地段可適當縮短布置間距；集水井大小一般為長10m、寬08m，深15m，采用焊接鋼筋籠，外包5mm孔篩網(wǎng)，開挖時坑挖大一定尺寸，下入鋼筋籠后，外壁回填反濾料。以增強透水性。(3)開挖方法小斷面飽水土隧洞在采用“新奧法”開挖時宜采用

15、“中間留土法”，即先開挖兩側拱架安裝部位再挖頂拱安裝部位的土，留下中間的土對掌子面形成一定的支承力，開挖寬度一般為05m，支好鋼拱架后，再挖除中間的土向前推進。施工時須及時觀察圍巖土質(zhì)和含水率的變化情況，以調(diào)整開挖及支護方法。(4)支護方案小斷面飽水土隧洞在采用“新奧法”開挖時要視土層承載力及自穩(wěn)力的情況及時調(diào)整鋼拱架支設間距，隨時調(diào)整每循環(huán)的進尺長度，遇特殊情況及時噴護，一般情況每循環(huán)進尺可控制在2m以內(nèi)。拱架一般應采用四肢型格柵拱架

16、，雖然格柵拱架較工字鋼拱架加工復雜，但由于拱架縱向連接筋及鋼筋網(wǎng)縱向筋可以由拱架空檔穿過而貫通布設，大大提高了噴混凝土的整體性，噴混凝土發(fā)生開裂的情況大大改善。在需要超前支護必須支工字鋼拱架時，應調(diào)整噴混凝土的厚度，使噴混凝土厚度大于工字鋼高度30～50mm，并在其中部增設一道以縱向筋為主的鋼筋網(wǎng)，以增加鋼拱架及噴混凝土的整體性，避免發(fā)生噴混凝土開裂解體現(xiàn)象。在飽水土洞段支設鋼拱架需增設底拱，以防止拱架底部收斂變形。(5)出現(xiàn)險情時的積