黄土隧洞施工技术简析论文黄土隧洞施工技术简析论文预读:摘要:【摘要】南沟门北线供水工程小断面黄土隧洞施工技术应用,保证了施工安全,加快了施工进度.为同类型小断面黄土隧洞施工提供了经验.
【关键词】黄土隧洞；饱和土；锚喷法；超前小导管注浆支护1工程概况南沟门北线供水工程穿越延安市洛川、富县两县,供水工程以输水隧洞为主,由2条有压洞和3条无压洞组成,全长24.33km,共含有9条施工支洞和2条施工岔洞.其中,2#施工支洞洞长254.21m,洞内黄土段长145.3m；3#施工支洞洞长241.47m,洞内黄土长62.5m；7#施工支洞洞长429.1m,洞内黄土段长293.4m.2#支洞、3#支洞和7#支洞均为圆拱直墙型断面,开挖尺寸B×H=6.4m×5.9m.
2工程地质及及施工原则的确定输水隧洞跨越葫芦河和洛河之间的黄土梁,经过的地貌单元有洛河河漫滩、一级阶地、二级阶地、三级阶地、四级阶地,黄土沟壑等地貌单元.由于输水隧洞洞顶设计高程基本都处于地下水位以下,且2#施工支洞、3#施工支洞和7#施工支洞穿越岩土分界线,故施工支洞黄土洞段以Q2黄土状壤土为主,兼有强风化石和饱和土,施工支洞不良黄土洞段还具有软弱破碎、承载力低、稳定性差、易坍塌等特点.为确保工期,决定遵循“短开挖,强支护,勤量测,紧封闭”的施工原则,针对不同地质条件采取不同施工方法.
3洞口段施工洞口段明拱骨架由3榀I14钢拱架加工、制作而成,间距为1m；钢拱架采用Φ18钢筋连接,连接钢筋环向间距为1m；钢拱架间铺设双层Φ8钢筋网片,网片筋间排距@=15mc*15cm.钢拱架拱脚下部安装在C25砼垫块上.混凝土垫块长×宽×厚=50cm×45cm×15cm,垫块中间有一层Φ16、@=10cm×10cm的钢筋网片,表面预埋一块10mm厚的钢板,钢拱架拱脚可焊接在钢板上.超前小导管沿钢拱架单排环向布置,间距为0.4m,采用￠50钢管,壁厚2mm,长L=5m.钢管前端封闭并制成尖状,以便顺利插入土体,沿钢管长环向每间隔10cm~20cm钻有孔径为1cm的溢浆孔.小导管紧贴洞脸,前端埋入土体（长约3m）,后端与钢拱架焊接连成一体.超前小导管采用煤电钻沿洞外轮廓线钻孔,孔深3m,然后用钻机将钢管沿孔眼顶入前方土体中.钢拱架、钢筋网片、超前小导管、外侧模板和挡头模板安装、加固好后,人工分层喷射C20混凝土至设计厚度15cm后形成明拱.超前小导管注浆采用水灰比为1:1的纯水泥浆液,注浆压力控制在0.3MPa~0.4MPa.浆液由制浆机集中拌至,由人工配合灌浆泵依次按照先下孔位后上孔位、先单号孔后双号孔的顺序依次灌浆.当单孔注浆量显著降低、注入率小于2.5l/min时,保持注浆压力延续5min以上,可结束该孔注浆.待洞口浆液凝固后,再进洞施工.
4洞身内段施工4.1黄土状壤土、土夹石和强风化围岩洞段施工黄土洞段土质较为松软,为避免造成大面积超挖,采取人工配合机械开挖的施工方法.具体作法是先由PC60-8小型掘挖机全断面一次由上到下,由中心向两侧开挖.开挖时先预留10cm~20cm保护层,再由人工用铁锹、洋镐进行二次开挖、修整至洞壁设计断面.底板处拱脚土体开挖时,用人工开挖,防止拱脚原状土被破坏造成钢拱架下沉.对于黄土洞内遇有强风化岩层和较坚硬土夹石段,采用PC60-8挖掘机配带SB40破碎锤进行开挖,保证了土质洞体的稳定性和安全施工.洞内出渣采用3m3装载机直接出渣或由PC60-8小型挖掘机挖、装至5T三轮工程车运输至洞外弃渣场.洞内开挖、出渣结束后,进行洞内锚喷支护施工.钢拱架采用I14工字钢,间距为0.8m,钢拱架拱脚下部焊接在砼垫块预埋的钢板上.每榀钢拱架由4根锁角锚杆固定.锁角锚杆同系统锚杆,末端制成L型弯钩（长20cm）,与钢拱架焊接牢固,起到锁角作用,防止钢拱架下沉.洞内系统锚杆为Φ18钢筋,长度L=2.5m,间排距为1m×1m,造孔采用ZM12型煤电钻.孔造结束后,立即进行注浆.注浆结束后封孔、安装锚杆专用钢垫板和紧固螺帽,使得锚杆紧贴洞面.洞内钢筋挂网为Φ8钢筋网片,间排距@=15*15cm；喷射混凝土设计标号为C20,采用HSP-5喷射机人工分层喷射密实.喷射混凝土时,先喷射钢拱架与土洞间的间隙,后喷射钢拱架间的混凝土.黄土状壤土、强风化围岩和土夹石洞段的施工,按照上述施工工艺,洞挖日最大施工强度为5米/天,日最小施工施工强度为2.5米/天,日平均施工强度为3.2m米/天,单向月开挖进尺可达90米.
4.2饱和黄土洞段施工饱和黄土洞段施工主要集中在7#施工支洞洞内.7#施工支洞开挖至施工桩号0+323.8处时,开挖掌子面全段面均有渗水现象,坍塌较为严重.针对此种情况,经过严密论证,充分与设计、地质、监理和业主多方面协商,及时改变了原施工方法和支护参数.具体作法施工方法如下：4.2.1缩小开挖断面原黄土洞设计开挖尺寸为宽×高=6.3m×5.85m,在不影响机械施工的条件下,将开挖断面缩小至宽×高=4.6m×4.85m.缩小后的洞挖,由PC60-8小型掘挖机按照由上到下,由中心向两侧的顺序全断面一次开挖完成.为确保施工安全,开挖进尺按照1m~2m控制.4.2.2超前小导管注浆支护由于洞内黄土含水率高,开挖后易形成分层塌方,故需要加强超前初期支护.由于钢管直径较钢筋大,且与土体接触面积大,接触密贴,没有空隙,有利于力的传递,故任采用超前小导管注浆支护施工方案.超前小导管采用￠50钢管,壁厚2mm,长L=3m,沿钢拱架单排环向布置,间排距为0.3m×1.5m.孔位钻好后,导管用风钻直接从钢拱架上部、中部顶入土体,外露20cm,支撑于开挖面后方的钢拱架上,并与钢拱架焊接牢固,组成预支护体系.小导管前端埋入土体,钢管外倾角为15°.超前小导管注浆采用水灰比为0.6:1的纯水泥浆液,浆液中适当加入减水剂,以缩短凝结时间.注浆压力控制在0.2MPa~0.3MPa,灌浆按照先下孔位后上孔位、先单号孔后双号孔的顺序依次灌浆.当成孔困难时,可采取造好一孔即注一孔的施工方法.单孔灌浆量显著降低、注入率小于2.5l/min时,保持注浆压力延续5min以上,可结束该孔注浆.4.2.3加强支护参数为确保初期支护有较高的强度,调整了支护参数.调整后的钢拱架为I20工字钢,间距为0.5m；钢拱架间连接钢筋为Φ25,环向间距为1m；喷射混凝土标号为C25,喷护厚度为20cm.4.2.4排水措施在洞壁四周增设排水孔.排水孔采用￠40mm的PVC管,每个断面布置4个排水孔,分别布置在两侧起拱线和底板以上0.5m处,纵向间距2m；排水孔伸入土体1m,露出喷护混凝土5cm.为确保洞底板排水通畅,保证上部钢支护的施工安全,此段洞底板处的黄土全部采用砂卵石换填,换填厚度为0.3m.沿洞底板两侧开挖宽×高=0.3m×0.3m的排水盲沟.排水盲沟用5mm-40mm级配碎石回填,150g/m2的土工布包裹,防止泥土进入碎石堵塞排水通道；排水盲沟兼做钢拱架拱脚混凝土垫块的基础.此外,在洞底横向渗水段每隔10m设置一个集水暗井.集水暗井采用无砂混凝土管,两侧盲沟与集水暗井间用￠100mm钢管连接,保证了洞内渗水可流入积水暗井.根据渗水量的大小,用水泵将洞内渗水抽排至洞外.4.2.
5监控量测在饱和黄土洞段施工过程中,利用收敛仪和水准仪分别观测拱脚水平收敛值和拱顶下沉值.每隔10m作一个观测断面,最前端的一个断面紧跟掌子面.前7d每天观测1次,以后1个月内3d观测1次,之后每月观测1次.通过安全监测,发现拱脚收敛值为1cm-2cm,顶拱下沉最大值为1.4cm.将观测结果反馈到施工中后,增加了2cm的预沉降量,指导了洞内安全施工.饱和黄土洞段的施工,采用上述施工技术,洞挖日最大施工强度为3米/天,日最小施工施工强度为1.5米/天,日平均施工强度为2.5米/天,单向月开挖进尺可达到70米.
5结论据原创论文数据统计分析,实践证明,采用人工配合机械开挖和锚喷法施工,有安全、施工速度快,节约投资的优点,单向月开挖进尺可达到90米.采用超前小导管注浆和锚喷法联合支护,辅助洞底板砂砾石换填、降排水等施工措施,能较有效的避免塌方,较长时间维持已开挖洞段的稳定性,保证了施工安全,加快了施工进度,单向月开挖进尺可达到70米.
