涔天河灌区周塘营隧洞土洞段施工支护浅谈

李智

摘 要 周塘营隧洞土洞段是施工中的难点，因土体自稳能力较差，施工开挖过程中易出现坍塌变形，尤其是在富含地下水飽和土体的洞段掘进，其成洞条件差，施工难度大。本文根据施工实践，介绍施工中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测、早衬砌”施工原则，土洞段采取的施工技术方案，及达到的施工效果。

关键词 土洞;仰拱;施工原则;施工方案

1工程概括

涔天河水库扩建工程为湖南省“十二五”期间主要骨干控制性工程。灌区周塘营隧洞位于湖南省永州道县四马桥镇周塘营村，周塘营隧洞长972m，洞径4.4m，进口底板高程264.536m，出口底板高程264.375m，设计为无压洞。

周塘营隧洞穿越溶蚀丘陵地貌单元，沿线地形起伏较大。进、出口段地表覆盖较厚的残积堆积含碎石粉质黏土，厚度10～25m不等，洞身基岩出露，为泥盆系棋子桥组中厚～厚层状灰岩，呈弱风化状态，局部岩溶较发育，以溶隙溶沟为主，多为全充填或半充填黏土夹碎石，岩层产状N4°W.NE∠20°，岩层走向与洞轴线近平行，隧洞最大埋深58m。该隧洞进出口约有300米洞段位于残积堆积土层内，沿线地下水位埋深为4.5～20m，进出口段地下水线位于基岩面附近，受地下水影响，基岩面附近的土体软化，性状较差[1]。

2施工原则

根据洞口明挖揭示，周塘营隧洞进出口为含碎石粉质黏土，略见渗水，局部见有地下水出露，土体受地下水浸泡软化，自稳能力较差，开挖后需及时支护，加之洞径较大，掌子面过陡极易发生坍塌现象，由于地质情况复杂突变及施工支护难度大等特点，土质隧洞施工主要考虑排水问题、坍塌变形问题和底板沉降问题。针对不良地质土洞段施工制定总的原则是“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测、早衬砌”[2]。

3土洞施工方案

（1）在隧洞进洞开挖前，洞口部位的支护极为重要，洞口外围截水沟提前完成，待洞脸边坡支护、防排水及洞口明洞设施完成后方可进洞开挖。该隧洞洞口进行了锁口施工及明洞设施布置。锁扣于顶拱范围内布设锁口超前注浆小导管，要求超前小导管尽可能与隧道轴线平行，外露端与第一榀钢支撑焊接牢靠，形成拱圈受力，洞口采取钢筋混凝土明洞进行保护。

（2）在隧洞施工过程中，重视超前探测工作，及时掌握前方地质情况，探测孔布置在掌子面，探测方向为隧洞开挖正前方，探测孔孔深不小于20.0m，搭接长度不小于3.0m。

（3）周塘营隧洞土洞段在施作超前注浆小导管时，由于灌浆压力不够，土质相对均匀，无明显裂隙，水泥浆不能进入土体中，无法起到加固土体作用。通过土层、施工工艺、经济、安全综合分析与对比，在周塘营隧洞土洞开挖支护施工中采用超前小钢管，目前周塘营隧洞土洞段已施工完成近半年时间，施工监测未发现异常变形，处理效果明显。

（4）土洞段必须短进尺掘进，紧跟工作面支护，进尺不大于1.0m。施工时采取了分层开挖，上层开挖则采用预留核心土，先掏环形槽进行开挖，推进一段距离后（不大于1.0m），立即安装钢支撑并进行钢支撑加固，然后安装挂网钢筋并喷砼。待上层开挖支护完成不小于3m，再进行下层开挖支护（上下层开挖面间距不小于2m），下层开挖同样需采用预留核心土，左右错开掏槽开挖进行钢撑接腿。

（5）土洞开挖尽量采取非爆破掘进施工，局部出露岩包采用了破碎锤破碎施工，范围较广的岩石洞段，采用了小药量弱爆破施工或静态爆破，防止爆破震动影响土层稳定。

（6）①仰拱开挖：仰拱部位的土开挖时，必须控制开挖段的长度，一般情况下Ⅳ类及以上围岩地段，基坑长度应≤5.0M，尤其设钢支撑地段应短距离开挖。②初衬仰拱支护结构：仰拱钢架与连拱式隧洞中隔墙基底处的连接一定要采取板式连接，仰拱钢架应用冷弯机弯制成符合弧度要求的形状，个别需采用对焊连接时，在钢架接头腹板中必须双面拼焊钢板，或采用四孔双面夹板螺栓连接，用砼掩埋钢架前必须清除所有钢架外表的油圬、泥土、锈迹。③仰拱砼的浇注：仰拱砼应采用机械拌制，泵送砼浇注，砼浇注工艺应严格按现行有关砼施工规范执行。④仰拱顶填充施工：填充掺和5%水泥砂砾石，最大粒径≤30mm，仰拱回填与隧洞排水边沟等构造物有直接关系，为此在实施此部分圬工时，应事先定位排水沟等结构的尺寸，并设立相应的模板。

（7）富含地下水饱和水土体中的排水：由于周塘营隧洞沿线地下水较丰富，地下水位高于洞顶高程，隧洞沿线地下水位埋深为4.5～20m，地下水类型为岩溶水，大气降水补给，水量中等。在开挖过程中，可能出现涌水、涌泥等现象;因此降低土体中的含水量，增大土体本身的自稳能力，是排水问题关键所在;在开挖施工前，在掌子面底板以上 1～2m 处采用潜孔钻打水平排水孔2～3个，两边墙排水孔需考虑必要的反虑措施。地下水较丰富时，宜于边墙墙脚护砌排水沟引排出洞外。全洞洞顶均设60排水孔，排距3m，每排3孔，地下水丰富地段排水孔加密。

（8）为更好地掌握土洞支护处理的效果，应加强监测和人为巡视，及时进行监测数据的分析，新进施工洞段要加密监测，根据情况后期监测可适当延长监测时段。周塘营隧洞土洞段已施工完成一年多时间，根据施工监测成果，未发现异常变形，处理效果明显。

4结束语

通过周塘营隧洞土洞段施工实践证明，在地质条件较差、围岩极不稳定的土层内洞挖施工，要严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤监测、早衬砌”施工原则。对于地下水位较高、围岩极不稳定的地层，要提前做好超前预测，查明前方地质情况，制定合理的开挖方式，及时支护，并开展实时监测，能够有效保证隧洞（土洞）的施工安全。通过本文不成熟的总结，希望能对类似工程起到借鉴作用。

参考文献

[1] 谢云发.论土洞施工技术研究[J].施工技术，2012，（12X）：100-101.

[2] GB50487-2008.水利水电工程地质勘察规范[S].北京：中国标准出版社，2008.