特小断面长距离土质隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

特小断面长距离土质隧洞暗挖法施工探索

□胡 浩（河南恒禹水利工程有限公司）

以石山口灌区南干六支渠新建隧洞的施工过程为研究对象，以施工设计为依据，以相关技术规范为指导，重点研究应用了超前支护、钢拱架支撑及锚喷联合支护等地下暗挖施工工艺，现场的施工效果表明：超前小导管、注浆加固围岩的超前支护、钢拱架支撑及锚喷联合支护的初期支护措施在豫南地区土质隧洞地下暗挖工程施工中是适用的，同时提出了注意要点，为同类工程的设计与施工提供了借鉴。

土质隧洞；暗挖；施工

1 工程概况

罗山县石山口灌区节水配套改造工程南干六支渠0+980～1+730段隧洞为20世纪70年代初人工修建。隧洞埋深12～22m，粉质粘土围岩，当时采取的是人工洞挖土方，预制混凝土管片跟进衬砌的工艺建设而成，洞内径为1.50m。此次改造的原设计方案为拆除老混凝土衬砌，改建为内径2.00m，衬砌厚度为0.30m的钢筋混凝土隧洞。

项目于2016年2月中旬完成招投标程序，施工单位于3月份进场工作。经入洞查勘，发现洞内现状在轴线上左右摇摆幅度很大，在高程上前后起伏很大。为进一步了解隧洞土质现状，施工人员对洞内原预制混凝土管片衬砌进行试拆除，仅仅在顶部拆除了4块管片，长度约1.30m，上部土方就大量脱落，封堵了整个洞径。由此可见，经过近半个世纪的运行，洞身围岩已经在水的渗透下深度松散失稳。鉴于洞内轴线、高程偏差很大以及拆除原衬砌后围岩的严重坍塌之现状，若进行原洞改造，需对洞内轴线、高程进行调整且施工安全风险很大。参建单位沟通后，对设计方案进行了调整：距离原洞轴线右侧约10m处重新开挖新洞，原洞作为施工导流洞。

新建隧洞全长约780m，中间均布2个直径2.00m的通风井。隧洞横断面型式设计为城门洞型，净宽2.00m，起拱线高1.00m，矢高1.00m，净高2.00m。隧洞采取喷锚暗挖法掘进，采用超前小导管（洞口及部分软弱地基段进行注浆加固）、钢拱架支撑及锚喷联合支护的初期支护型式。

2 总体施工安排

隧洞按照设计采取初期支护措施从进出口两头相向掘进，贯通后采用钢模台车进行二次衬砌工作。通风井在隧洞进尺到设计位置后进行人工挖孔、预制钢筋混凝土管跟进衬砌的方法实施。见表1。

表1 隧洞初期支护设计参数表

3 施工方法

3.1 洞口施工

3.1.1 洞顶截水沟施工

作业面清表，在边仰坡边线往外2.00m用白灰标出截水沟位置，小型挖掘机开挖截水沟，人工修理边坡及沟底。截水沟净尺寸为底宽60cm，高60cm的梯形沟，边坡及沟底砖砌体砌筑。

3.1.2 洞口开挖

截水沟完成后，开挖洞口土方。挖掘机开挖边仰坡，一次开挖至拱顶高度，边仰坡坡度最大控制在1：1以内，开挖完后进行锚喷支护。锚杆为Φ22砂浆锚杆长4.00m，间距1.50m×1.50m；钢筋网为¢6@250mm×250mm；C20喷射混凝土厚度为10cm。边仰坡顶至截水沟边沿采用5cm素喷，封闭地表。第二步开挖从拱顶往下开挖至拱脚处，开挖高度2.00m，将整个洞脸挖出，以便施作洞口小管棚。采用锚喷联合钢板桩支护。

3.1.3 洞口小管棚施作及围岩加固

洞口开挖完成后进行小管棚施工。首先，按照设计测量出洞口工字钢拱架的中心位置及钢架两侧底脚高程，将两榀12#工字钢拱架准确定位，径向间距为1.00m。两侧底脚、拱腰及拱顶各设置一根定位锚杆，锚杆与钢架焊接，两榀钢架间焊接连接筋。钢架内侧挂竹胶板，外侧挂钢筋网片，之后沿钢架外围喷射混凝土如此形成简易混凝土导向墙。

超前小导管为D42无缝钢管,梅花状布置溢浆孔，采用YT28型气腿式凿岩机顶入。在洞口浅埋段及部分软弱地层段采取小导管注浆加固围岩。根据隧洞围岩土质为粘性土的情况，采取Y2B型注浆泵高压劈裂灌注水泥浆进行围岩加固。

3.2 隧洞暗挖施工

3.2.1 工序安排

隧洞暗挖每个进尺按照土方洞挖、初期支护两个工序循环进行，具体工作程序为∶超前小导管打入→小导管注浆（洞口及软弱地质条件处）→土方洞挖→安装钢拱架→焊连接筋→挂网片→打锚杆→喷射混凝土→土方洞挖，从进出口两个方向如此循环进尺，直至隧洞贯通。隧洞暗挖施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则进行。

3.2.2 土方洞挖施工方法

洞径开挖尺寸为2.64m，每个工作面选用1台矿用扒渣机进行土方洞挖，人工手持风铲配合挖边角并修整开挖轮廓线，小型机动三轮车外运土方。采用全断面暗挖法施工，考虑洞口浅埋段存在偏压，围岩稳定性差，每次开挖进尺按照按0.80～1.00m控制，浅埋段过后视土质情况每次进尺控制在0.80～1.50m之间。浅埋段的界定按照拱顶埋深小于2倍的洞径跨度控制。

3.2.3 初期支护施工方法

土方洞挖完成一个进尺后，立即进行初期支护的工作。

首先安装工字钢拱架。拱架为闭合的城门洞型，内径2.40m，加工时分为4节，上部弧形拱为一段，两侧直墙各一段，下部底梁为一段。安装时，先在两侧拱底位置垂直向围岩内部打入一根¢22固定锚杆，入土长度100cm左右，外露长度12cm，将弧形拱架焊接在定位锚杆上，接着将下部底梁安置好，再将两侧墙直段工字钢同拱架和底梁焊接在一起，形成一个整体。

接着焊接两个拱架之间的连接筋。根据拱顶掉土情况，连接筋环向间距拱顶段为0.50m，侧墙段为1.00m；钢筋网片提前编好，安装在连接筋的外侧，用凿岩机打入系统锚杆及锁脚锚杆，锚杆端头同钢筋网焊接在一起，确保钢拱架、连接筋、锚杆及钢筋网片形成受力整体。

最后人工喷射混凝土。喷混凝土所用水泥、骨料、水、外加剂等按照相关技术规范的要求控制。喷射方向与受喷面的夹角近似90°，尽可能减小回弹量。喷头与受喷面的距离控制在1.00m左右。喷混凝土时要自下而上，左右摆喷。调节好喷射用水量，控制好喷射风压。喷混凝土的厚度控制以正好将工字钢拱架覆盖为准。喷射混凝土施工完成后约40min，待洞内污染空气置换完成，混凝土有一定强度后，洞挖施工作业队进洞开始下一个进尺的土方开挖。

3.2.4 隧洞暗挖施工的辅助工作

洞内的高压供风、通风、照明、动力线路布置、排水、洞内临时仓库以及施工安全监测等都是暗挖施工必须的辅助工作。喷射混凝土采用12m3/min空压机，风铲配置了小空压机；风压随供风距离的增加而逐步减弱，当风压无法满足施工要求时，将空压机转移至中间通风井位置，风管从通风井进入以保证风压足够。施工通风适用的风机为11kW离心风机，使用的风管从帆布管更换为直径30cm的软塑料管，减小了阻力，增加了供风的距离，也保证了工作面的空气质量。洞内照明采取36V低压照明，灯具为防潮防碰的LED灯，串联布置，间距5m。洞内部分地段土壤含水量较大，地下水位较高，根据具体情况在侧墙边开挖小的集水井，水泥砂浆砌砖，顶装盖板，集水井之间埋设PVC管（钻孔、缠纱网）连接，将地下水排至洞口大集水井内，在水泵上安装水位控制器自动抽排。

隧洞总长度达到780m，随着进尺的深入，小空压机、混凝土喷射机、电焊机、凿岩机等小型支护设备在土方开挖运输时无处藏身，跟随支护工序频繁进出洞严重影响施工效率，采取了在洞内按照每50m的间距开凿侧洞作为临时仓库，解决了这一问题。隧洞开挖尺寸小，洞内风管、动力、照明管线众多，若布置不好也会严重影响施工效率。在钢拱架固定位置焊接风管固定钢圈及管线挂钩，各种风电管线布置井井有条，避免了剐蹭，保证了施工安全及工作效率。

4 工程施工情况

设计变更于2016年10月批复，施工单位组织专项施工方案评审后于11月份开始组织施工。从进出口两头相向掘进。由于进口右上方有一口大水塘，存在严重的渗漏，经多次防渗处理及边坡加固，施工过程中仍然发生右侧边坡整体滑坡洞口被埋的情况，采取了现浇箱涵向上游延伸洞口，远离渗漏，洞口外侧配合钢板桩支护措施，解决了洞口滑坡的困扰。

目前，隧洞进出口两个工作面每天各完成2次循环进尺，每次进尺约1.50m，每日完成进尺6m左右，已累计完成进尺约400m，已完成的暗挖段各项观测指标正常，支护措施可靠。

5 总结

实践证明，豫南地区特小断面土质隧洞采用超前支护加钢拱架支撑及锚喷的联合支护措施进行地下暗挖的施工方法是合适的，施工工艺和技术安全可靠；在隧洞进出口浅埋段及部分地质条件较差的围岩段实施小导管注浆加固围岩是必要的，否则可能造成冒顶式塌方；在地质条件一般(土壤存在明显裂隙）、无地下水（或极少量裂隙水）的围岩段，超前小导管可沿开挖轮廓线打入（若角度插入会形成剪切面），对开挖面形成预支撑，不需注浆加固围岩，直接采取拱架支撑及锚喷联合支护即可；没有采取注浆加固围岩段，施工过程中应根据土质情况调整拱架及连接筋间距。

项目设计拱架间距过大，按照SL377-2007《水利水电工程锚喷支护技术规范》推荐的0.75～1.50m的间距设置是合适的；进出口浅埋段附近的水塘等地表水的存在对隧洞的暗挖是极大的威胁，可能会造成洞口滑坡或洞内冒顶式塌方（这两种危害在本项目进口段均出现过），应在施工前予以彻底排除；洞挖过程中，地下水丰富且排水不畅的情况下，洞身底板及侧墙底部土质会受水浸泡而强度变低，导致拱架间侧墙部位锚喷的混凝土受压变形，对初期支护后的隧洞及时浇筑混凝土底板，有利于洞身的整体稳定性，且有利于洞内交通。

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1673-8853（2017）09-0041-02

胡浩，工程师，主要从事水利工程现场施工技术管理工作。

2017-7-14

编辑：刘 青