1、第46卷第5期2010年5月甘肅水利水電技術(shù)GansuWaterConservancyandHydropowerTechnologyVo146No5May，2010施工技術(shù)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(duì)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(shí)施情況、出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法、實(shí)際施工中總結(jié)出的寶貴經(jīng)驗(yàn)等方面介紹了小斷面飽水土隧洞的施工方

2、法。關(guān)鍵詞：小斷面；飽水土隧洞；鋼板盾殼法；方案選定中圖分類(lèi)號(hào)：TV554文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yíng)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(shè)計(jì)引水流量044m3，s，加大流量049mTs，控制灌溉面積05萬(wàn)畝，渠線全長(zhǎng)25811km，其主要建筑物以隧洞為主。隧洞為直墻圓拱型(城門(mén)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(yíng)～樊家河斷陷帶中，地形表現(xiàn)為長(zhǎng)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(xì)砂層，隧洞土體飽水度達(dá)到85％一100％，屬飽水土圍巖，成洞條件差，屬極不穩(wěn)定的V類(lèi)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(jìn)行施工，采用聯(lián)合錨噴的支護(hù)型式。開(kāi)挖時(shí)及時(shí)支設(shè)‘p22四肢型格柵拱架，掛鋼筋網(wǎng)，噴100mm厚C20混凝土，進(jìn)入下一循環(huán)。在實(shí)際施工作業(yè)中，各隧洞進(jìn)洞尚未出水之時(shí)，采用此法施工既簡(jiǎn)單易行，又快捷經(jīng)濟(jì)，各洞口日近尺最快可達(dá)5~6m。進(jìn)入飽水土洞段施工后，由于隧洞斷面小，土體含水量增加，無(wú)法有效進(jìn)行機(jī)械開(kāi)挖作業(yè)，人工挖裝過(guò)程中圍巖受到擾動(dòng)，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(kāi)挖全程，且經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重塌方現(xiàn)象，

5、邊清邊變形，開(kāi)挖斷面無(wú)法成型，一次支護(hù)無(wú)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(jìn)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(jìn)口進(jìn)洞138m后，發(fā)生嚴(yán)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(yán)重，且塌落土方全部泥化而產(chǎn)生流動(dòng)性，并且在緊靠掌子面處的一次支護(hù)結(jié)構(gòu)部位呈擠出狀向外涌，造成一次支護(hù)嚴(yán)重變形，采取管棚等措施均無(wú)濟(jì)于事，只好在掌子面處用混凝土砌塊砌筑進(jìn)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(jìn)行開(kāi)挖。由于隧洞穿越處地表為農(nóng)戶(hù)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(cè)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(lèi)似，不得不封閉暫停施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)以下幾種方案進(jìn)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(jìn)行建設(shè)，盡量縮短引水線路和隧洞

7、長(zhǎng)度，加長(zhǎng)連接段，降低隧洞施工壓力，盡可能多增加幾個(gè)工作面以縮短工期，實(shí)現(xiàn)原定供水目標(biāo)；其二是由1洞進(jìn)口處沿大成河右側(cè)山體布置梯形明渠，由柴家河溝道左側(cè)山體布置渠線，接5洞進(jìn)口，避免在飽水土洞段進(jìn)行隧洞建設(shè)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)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(kuò)大才能滿足過(guò)流能力的要求；渠線加長(zhǎng)后征地面積也大大增加，會(huì)給工程建設(shè)帶來(lái)更大的阻力。(2)超前支護(hù)的洞

8、挖方案采用長(zhǎng)4m、‘p48mm的小導(dǎo)管，在頂拱及左右側(cè)圍護(hù)形成屏障再開(kāi)挖。或用長(zhǎng)4m，‘p22mm的錨桿支護(hù)，鋼筋格柵進(jìn)行圍護(hù)再開(kāi)挖。實(shí)踐證明此方案成洞相當(dāng)困難且工期緩慢，已成洞段由于開(kāi)挖時(shí)坍塌洞壁變形嚴(yán)重，支護(hù)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(wú)法保證。(3)鋼板樁圍護(hù)方案將長(zhǎng)20m以上的鎖口鋼板樁打人土中，形成圍護(hù)。此收稿日期：2010—04—21作者簡(jiǎn)介：蒲曉斌(1972一)，男，甘肅會(huì)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(hù)的方式改為混凝土預(yù)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(hù)結(jié)構(gòu)被破壞造成工料浪費(fèi)的情況。鋼盾殼型式如圖1所示。采用此法，鋼盾殼的現(xiàn)場(chǎng)拼接是個(gè)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(yù)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(yù)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(kāi)挖及一次支護(hù)縱、橫示意圖均已掘進(jìn)百余米，洞段埋深大多在25～30m之間，考慮到地質(zhì)情況開(kāi)挖安裝豎井相當(dāng)困難，考慮在洞內(nèi)地質(zhì)條件較好的區(qū)段對(duì)原開(kāi)挖成型洞段進(jìn)行擴(kuò)挖，并用鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)，擴(kuò)挖形成8～10m的安裝段，在洞內(nèi)進(jìn)行拼裝。其有利面主要有兩點(diǎn)：其一可以迅速組織開(kāi)展施工，而不用征用土地，可以加快進(jìn)度；其二較開(kāi)挖豎進(jìn)難度小，工程量少

11、，安裝時(shí)設(shè)備人員進(jìn)洞方便，較開(kāi)挖豎井投資大大減小。4關(guān)于小斷面飽水土隧洞施工的幾點(diǎn)思考在小斷面飽水土隧洞施工中須注意以下幾點(diǎn)：(1)摸清地質(zhì)情況，做好地質(zhì)預(yù)報(bào)，選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)挖方法水工隧洞一般單價(jià)較低，加上目前不良的市場(chǎng)環(huán)境，往往投標(biāo)報(bào)價(jià)過(guò)低，在施工中可以采取的技術(shù)方案往往受到經(jīng)濟(jì)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(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、適用的開(kāi)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(shí)必須搜集比較詳細(xì)可靠的地質(zhì)資料，弄清楚圍巖的工程特性，對(duì)開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)的狀況制定處置預(yù)案。對(duì)于小斷面的飽水黃土施工，在開(kāi)挖時(shí)由于空間上的局限性，不可避免的存在不能進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)而人工開(kāi)挖作業(yè)時(shí)間緩慢往往造成隧洞塌方、突水突泥的情況，方案制定時(shí)須相當(dāng)注意。對(duì)于出渣方式選擇筆者認(rèn)為，在小斷面黃土隧洞開(kāi)挖出渣時(shí)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(fēng)、水、電管線；其次較其它出渣方式對(duì)已成型洞段造成的撓動(dòng)破

13、壞??；再次較普遍采用的機(jī)動(dòng)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(kāi)挖暴露出的土層會(huì)有大量滲流出現(xiàn)，由于土層液性指數(shù)最大值達(dá)到073，處于軟塑與流塑狀態(tài)的臨界點(diǎn)，明水的出現(xiàn)會(huì)使開(kāi)挖或塌落土方迅速達(dá)到流塑狀態(tài)(俗稱(chēng)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(jìn)起著舉足輕重的作用。在實(shí)踐中，總結(jié)出以下排水經(jīng)驗(yàn)：排水設(shè)備選用三相污水泵；排水管路的一般設(shè)置一條

14、總排水管道，在各進(jìn)水口處安裝小球閥進(jìn)行控制進(jìn)出水，排水由洞內(nèi)向洞外依次推進(jìn)，開(kāi)啟水泵前打開(kāi)主管道進(jìn)水三通處的球閥，抽排完成后使球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，以免別的水泵作業(yè)時(shí)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(dāng)縮短布置間距；集水井大小一般為長(zhǎng)10m、寬08m，深15m，采用焊接鋼筋籠，外包5mm孔篩網(wǎng)，開(kāi)挖時(shí)坑挖大一定尺寸，下入鋼筋籠后，外壁回填反濾料。以增強(qiáng)透水性。(3)開(kāi)挖方法小斷面飽水土隧洞在采用“新奧法”開(kāi)挖時(shí)宜采用

15、“中間留土法”，即先開(kāi)挖兩側(cè)拱架安裝部位再挖頂拱安裝部位的土，留下中間的土對(duì)掌子面形成一定的支承力，開(kāi)挖寬度一般為05m，支好鋼拱架后，再挖除中間的土向前推進(jìn)。施工時(shí)須及時(shí)觀察圍巖土質(zhì)和含水率的變化情況，以調(diào)整開(kāi)挖及支護(hù)方法。(4)支護(hù)方案小斷面飽水土隧洞在采用“新奧法”開(kāi)挖時(shí)要視土層承載力及自穩(wěn)力的情況及時(shí)調(diào)整鋼拱架支設(shè)間距，隨時(shí)調(diào)整每循環(huán)的進(jìn)尺長(zhǎng)度，遇特殊情況及時(shí)噴護(hù)，一般情況每循環(huán)進(jìn)尺可控制在2m以?xún)?nèi)。拱架一般應(yīng)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(fù)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(guò)而貫通布設(shè)，大大提高了噴混凝土的整體性，噴混凝土發(fā)生開(kāi)裂的情況大大改善。在需要超前支護(hù)必須支工字鋼拱架時(shí)，應(yīng)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(shè)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(kāi)裂解體現(xiàn)象。在飽水土洞段支設(shè)鋼拱架需增設(shè)底拱，以防止拱架底部收斂變形。(5)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)的積