摘要：在水利隧洞的施工过程中，往往会遇到不同地质条件、不同埋深的隧洞工程，尤其是土质洞段的施工，往往存在很大安全隐患和施工难度，影响施工进度和施工成本。因此，对本工程的黄土地区、浅埋深、大断面土洞的施工技术进行研究，采取了“不灌浆小导管超前支护、全断面开挖、钢支撑与系统锚喷支护进行一期支护”的工艺施工，达到了安全、快速、经济的施工目标，取得显著的成果，对类似工程有很好的借鉴作用。
关键词：黄土地区、浅埋深、大断面土洞施工；安全、快速、经济
1 工程概述
山西小浪底引黄工程施工I标的1#交通洞进口位于板涧河左岸解裕乡政府附近，洞口高程291m，末端连接安装间，终点高程217m。1#交通洞总长1105.189m，最大纵坡9.0%，开挖断面为8.52m×9.16m（宽×高），衬砌后的净断面尺寸7m×8m（宽×高），城门洞型。1#交通洞作为地下泵站及其附属洞室群的主要施工通道，它的施工进度直接影响到地下泵站及其附属洞室的施工进度，影响整个工程项目的通水目标，其意义重大。
2 施工方案介绍
2.1 方案实施的背景
山西省引黄工程施工I标的1#交通洞位于运城市垣曲县解裕乡政府附近，进口段的施工区位处果树经济林，地面附着物包括1趟解裕乡农用电网线、1趟解裕乡通讯电缆线、1趟施工用10KV电线、以及大量的坟墓（现场可见的坟墓有30座），坟墓以及其他地面附着物分布分散、影响范围广。
1#交通洞作为地下泵站及其附属洞室群的主要施工通道，它的施工进度直接影响到地下泵站及其附属洞室的施工进度，影响工程项目的通水目标，其意义重大。由于迁坟、征地、移动果林附着的3趟线缆等地面附着物较为困难，在增加大量投资的同时也需要耗费大量的时间，短期内1#交通洞无法施工，对此将1#交通洞进口段由明挖改为洞挖。
2.2 方案概述
1#交通洞的进口段位处山西省典型的黄土地区，改为洞挖后发现其埋深浅，大约在3m~30m；隧洞的断面大，开挖尺寸为8.4m×9.2m（宽×高），采取了“不灌浆小导管超前支护、全断面开挖、钢支撑与系统锚喷支护进行一期支护”的工艺进行施工，达到了安全、快速、经济的施工目标，取得显著的成果。
2.3 隧洞的地质情况描述
1#交通洞进口段位于板涧河左岸岸坡的坡脚处，地面高程290〜310m，地形较缓。主要地层为第四系全新统洪冲积（Q4pal)低液限粉土夹碎石混合土及卵石混合土，岩体松散软弱围岩极不稳定，级配不良胶结性差松散，卵石混合料为棕黄—土黄色，混杂堆积，磨圆差、分选差，局部夹有粉砂土层及透镜体，泥沙质胶结，以砂砾石为主，粉土次之，松散围岩无自稳能力，极不稳定，砂砾石级配不良，松散无自稳能力，无胶结，分选性差，磨圆度差，围岩极不稳定，围岩分类为Ⅴ类，规模较大的变形和破坏可能发生。
1#交通洞开挖后揭露的洞脸边坡为：棕黄—灰黄色第四系冲洪积物，砂卵砾石混合土，分选性差磨圆度差胶结性差级配不良，松散无自稳能力，围岩极不稳定。掌子面为：砂卵砾石混合土，冲洪积明显，砂砾石局部集中，棕黄色粉土均成不规则凹凸的透镜状，砂砾石级配不良，松散无自稳能力，围岩极不稳定。
2.4 土洞段施工
2.4.1 施工顺序
1#交通洞进口土洞段的施工顺序如下：施工放线→Φ42mm小导管超前支护→全断面土洞开挖→钢支撑加系统锚喷支护→进行下一个循环。
2.4.2 土洞开挖和支护
（1）超前小导管施工
隧洞的顶拱设Φ42mm超前小导管，小导管长L=3m、环向间距30cm、外倾角5°~10°、搭接1m、不灌浆，超前小导管与靠近掌子面的钢拱架焊接牢固形成整体受力结构。
受土质情况的影响，超前小导管灌浆注入量较小，一般在5-20L/孔之间（Φ42mm小导管长L=4.5m）；根据实验挖开后的情况显示，灌浆后的扩散范围小，扩散范围在10cm以内，超前固结的效果不明显；并且小导管注浆对工期和费用影响大，因此超前小导管未进行注浆。选择不注浆的超前小导管进行超前支护，顶拱开挖由挖掘机控制开挖精度和对顶拱的扰动，必要时预留10-20cm人工开挖。
（2）土洞开挖施工
土洞开挖采用全断面开挖的方式，“短进尺、勤支护”，利用挖掘机直接开挖，必要时周边预留了10-20cm的土层人工开挖，洞口10m范围由于埋深浅，在3-10m之间，每轮循环进尺控制在1.5m以内；随后在施工中根据现场实践经验结合变形监测结果，加大循环进尺长度，最大单次循环进尺达到3m，顶拱开始出现局部的坍塌和掉块，说明土层不稳定，循环进尺达到最大长度。
（3）一期支护
土洞开挖完成一个循环后立即人工安装钢拱架支撑，拱架采用I16工字钢。拱架间距0.5m-0.8m，环向用Φ22mm钢筋间隔1m连接，每榀钢拱架采用8根Φ25锁脚锚杆进行固定，锁脚锚杆长4.5m，与工字钢焊接牢固。系统锚杆采用Φ25砂浆锚杆，锚杆长3.5m，外露140mm，间排距1m，梅花型布置，锚杆采取了“先注浆后插锚杆”的方式。喷射混凝土为C20一级配，厚度16cm，按“喷－网－喷”的程序进行。锚杆和喷射混凝土施工均为常规施工工艺。
钢拱架的标准断面如下图示：
（4）洞内变形监测
监测内容为沉降观测和收敛监测；监测频次为十四次为一个周期，时间间隔为1~2天，周期完成若围岩不稳定接着观测，直到观测段不再变形。
根据监测结果显示，隧洞的变形趋于稳定，典型监测情况详表1。
表1 1J-4 监测点变形监测情况统计表
时态曲线回归分析处理（判断位移量大小和变化速率，综合判断围岩和支护结构的稳定性）：
数据处理结论：
该地段围岩Ⅴ类，埋深在3-10m，最大允许变形值U0=0.006*9.46m=56.76mm，累计变形值U=0.8mm，小于U0，变形速率小于0.2mm/d，根据《水利水电工程锚喷技术规范（SL377-2007）》监控设计规定，围岩趋于稳定，可进行下道工序施工。
2.4.3 技术总结
综合统计和分析现场的施工和地质情况，1#交通洞黄土地区浅埋深大断面土洞安全快速施工技术总结说明如下：
（1）本工程土洞的埋深在3~10m范围内时，控制每轮循环进尺≤1.5m；埋深大于10m时，控制每轮循环进尺≤3m；全断面开挖。
（2）本工程土洞的一期支护钢拱架选择I16工字钢，间距0.5~0.8m。钢拱架紧贴洞壁，以便预防隧洞变形量大；Φ8mm钢筋网和拱架连接筋紧贴钢拱架内侧边布置，让钢拱架形成一个整体受力。
（3）本工程的土洞的胶结性好、自稳性高、但灌浆效果不佳，顶拱设不注浆Φ42mm超前小导管，小导管长L=3m、环向间距30cm、外倾角5°~10°、搭接1m。
3 总结
1#交通洞进口段由原来的明挖改为洞挖，有以下优势：（1）减少了大量的征地移民和迁移地面附着物的费用，经济效益好，总成本降低；（2）进度方面：工期提前了28天，同时还节约了其他不可预估的征迁坟地等地面附着物的时间；（3）改洞挖后施工范围缩小，对环境破坏小、同时还降低了对周边永久居民的影响。
1#交通洞进口土洞段采取了“不灌浆小导管超前支护、全断面开挖、钢支撑与系统锚喷支护进行一期支护”的工艺进行施工，达到了安全、快速、经济的施工目标，取得显著的成果，得到业主、监理的好评。
参考文献：
[1]《水工建筑物地下开挖工程施工规范》SL378-2007
[2]《水电水利工程锚喷支护施工规范》DL-T 5181-2015
作者简介：
曹佳（1984—），女，湖南省邵阳市人，工程师，从事水利水电工程施工及经营管理工作。
论文作者:曹佳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/29
标签：导管论文; 断面论文; 围岩论文; 超前论文; 进尺论文; 隧洞论文; 交通论文; 《电力设备》2017年第23期论文;