引水隧洞悬挑梁通过溶洞施工工法

龙 潭

中铁十二局集团市政工程有限公司，广州南沙 511400

1 工程概况

夹岩水利工程金沙分干渠标段位于贵州省毕节市金沙县境内，总体由北西走向南东分布，起自金沙县城关镇赖关，接北干渠9标末端，终点位于长坝乡新化村但家湾处，渠线总长35.03km，落差47.47m，综合水力坡降1.32‰。木蓑衣隧洞为4级建筑物，设计流量3.2m3/s，流速1.43m/s，设计糙率n=0.014，长度527.5m，为城门洞型，断面尺寸1.6m×3.182m，本隧洞穿越溶丘坡地、峰丛洼地、谷地岩溶地貌，岩溶地层大面积分布，地表地下岩溶均较发育，洞身处于地下水位以下，不良地质构造发育，隧洞存在遇岩容腔并可能出现的涌水、突泥，坍塌等风险，穿越煤层是制约隧洞施工的关键问题。 在掘进至K0+029处突遇特大型溶洞，溶洞贯穿隧洞轴线，沿隧洞纵向方向长约13m，拱顶上部容腔高10m，底板以下容腔深度56m,隧洞轴线左则宽16m，右侧宽1m，岩体发育，容腔顶部为P3l泥质粉砂岩并伴有落石，出现垮塌并跌落至溶洞底部，示意图详见图1。复杂的地质情况严重制约隧洞的施工安全，采用悬挑梁施工方法通过该溶洞，总结研究该类工法对后期同类施工有着重要的指导意义。

图1 木蓑衣隧洞溶洞发育段横剖面工程地质图

2 工法特点

（1）施工操作简单：利用型钢做挑梁，混凝土做为基础支撑逐段跨越溶洞。

（2）成本节约，经济效益显著：比传统的溶洞回填、注浆方法节约材料、成本。

（3）提高工作效率，循环渐进、缩短工期。

3 适用范围

适用于水利、水电等小断面隧洞开挖地质复杂，底板悬空、容腔较大溶洞处理的工程。

4 悬挑梁工艺原理

隧洞严格遵循“先预报、管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”的原则。隧洞底板以下为容腔，无支撑点，底板利用I22a工字钢一端浇筑至混凝土中，另一端伸出挑出支撑的梁；拱顶利用I12钢拱架为支撑，悬挑I12工字钢为纵梁，逐段加固循环渐进以城门洞型跨过溶洞。

5 悬挑梁施工工艺流程

工艺流程：施做探孔→底板开挖并加固锁脚→底板悬挑工字钢横撑加固→底板浇筑混凝土→拱架立设→拱顶悬挑工字钢→侧墙吊模安装→侧墙、拱顶浇筑混凝土→顶部吹沙缓冲。

（1）K0+024～029段底板岩洞轴线方向间距2m，先打5处探孔，单孔深度5m，探查底板溶洞围岩发育情况，再进行防护处理。

（2）K0+024～029段开挖换填C25混凝土深度1m，两侧工字钢加长1m，基础段纵向采用I22a工字钢连接做为底板的挑梁架空穿过，单根长度6m，排距0.3m，纵向搭接2m，横向采用I12工字钢横撑，间距0.5m，横撑与既有钢支撑进行焊接处理，每根工字钢锁脚处两侧各增设锁脚锚杆进行固定。顶部铺设10mm钢板做为基础底模，每2m一循环浇筑混凝土，示意图详见图2。顶部采用钢丝绳及手拉葫芦吊装纵向工字钢，确保悬挑梁倾斜及基脚稳定。

图2 溶洞段加固处理示意图

（3）K0+029～042段左侧横撑加宽1m，外侧采用吊模施工，采用横向拉筋焊接至拱架处连接，在隧洞开挖轮廓线外浇筑C15混凝土挡墙至拱顶，右侧横撑加宽至容腔壁，并施做Φ22随机锚杆入岩，单根长度2.25m，防止侧滑。

（4）溶洞段钢支撑采用I12工字钢，每榀间距0.3/0.6m循环布置加固，每榀工字钢布设在拱顶悬挑支护作用，悬挑工字钢采用I12工字钢，环向间距13cm，角度25°，单根长度2.5m，纵向搭接1m，拱顶布设双层钢筋网片，然后往前支护立设工字钢，每循环立两榀工字钢，喷射C20砼厚度20cm，示意图详见图3。

图3 拱顶悬挑工字钢施工示意图

（5）拱顶浇筑采用C15混凝土填充，厚度1m，顶部预留吹沙厚度0.3m，防止容腔掉落石块，起缓冲作用。并预埋排水管，拱架基脚立于底板混凝土基础上。本溶洞处理轴线方向各加长5m范围进行处理，现场实例溶洞处理照片详见图4。

图4 现场实例溶洞处理照片

6 经济效益分析

木蓑衣隧洞K0+024-K0+047段特大型溶洞，原计划改线，我部采用新工法自开始实施至结束，共计50d，每天平均进尺0.52m。本段溶洞处理材料数量：I22a工字钢2.3T，I12工字钢22.5T，C15混凝土312m3，10mm钢板114m2，Φ25系统锚杆1.4TΦ22随机锚杆0.49T，顶部吹沙25.1m3。应用了本工法，保证了施工工期和安全，确保了施工质量，节约了成本，得到了监理、设计、业主的一致好评。

7 结语

综上所述，小断面隧洞洞内作业面较小，大型机械设备利用率低，各工序衔接时间长，悬挑梁通过溶洞处理技术在水利隧洞施工的过程中发挥着重要的作用，并具有一定的现实意义。悬挑梁通过溶洞处理技术的应用，能够有效的满足工程施工的实际需要，并且能够更好的提高工程建设施工的施工质量，解除安全隐患，为水利工程小断面隧洞溶洞处理施工提供了保障，提高了施工效率，节约了施工成本。为公司取得了良好的社会效益，给后期水利隧洞施工积累了丰富的施工经验。