摘要：新疆伊犁哈萨克自治州察布查尔县境内，分布有壤土或砂层。本篇通过介绍该地区隧洞（土洞）开挖及支护施工，分析在特殊土层施工过程中，重点关注超前地质报告、施工实时监测，采取多种有效的支护方式，保证隧洞（土洞）的开挖及支护施工有序进行，以满足施工安全生产的目标。
关键词：特殊土层；土洞；超前地质报告；施工实时监测；支护
1 项目简介及水文、工程地质条件
在新疆伊犁哈萨克自治州察布查尔县境内，分布有壤土或砂层，结构较紧密，中下部可能有泥钙质弱胶结的砂砾岩（属Ⅴ1类围岩）和松散砂砾石层，土层结构松散，稳定性差（属Ⅴ2类围岩），为此在该地区进行隧洞暗挖施工具有一定难度。
本输水隧洞工程位于新疆伊犁哈萨克自治州察布查尔县境内，隧洞全长1200m，为无压引水隧洞，隧洞断面形式为马蹄口形，内径6.84m。
本工程区域主要河流为伊犁河，常年有水，汛期在6～9月份。工程区域内的冲沟常年有径流，其他沟谷一般月份无水，暴雨时有径流产生。受地表明流的影响，浅部隧洞开挖期间围岩含水量较高，对土体稳定影响较大，中下部洞段开挖期间将出现渗水，需注意加强支护并做好施工排水。
进口段隧洞围岩为松散砂砾石层，土层结构松散，稳定性差，属Ⅴ2类围岩，需注意加强进口段支护。隧洞段围岩均为含土砂砾石，局部夹有壤土或砂层，结构较紧密，中下部可能有泥钙质弱胶结的砂砾岩，属Ⅴ1类围岩。
2 土洞开挖及支护施工方案
本输水隧洞工程主要为土洞开挖及支护，地质条件复杂，合理开挖出渣和及时安全支护是本工程的难点。为保证开挖进度及安全，洞口段采用超前小管棚进洞，土洞开挖使用短臂挖掘机进行，运输采用矿用提升绞车，双轨布置，保证快速开挖装运。及时安全支护采用湿喷法，使用湿式混凝土喷射机进行喷射混凝土施工。
洞身段分上、下断面开挖，上断面开挖时，断臂挖掘机立于下断面渣堆进行；上半断面开挖后，进行下断面开挖出渣。采用全站仪、水准仪及激光导向仪进行中线水平控制。开挖时用轴流式风机向洞内压入送风，上台阶开挖后，使用高压风枪清理壁面碎石粉屑，而后对洞室顶拱处喷混凝土，完后再进行下台阶出渣。
图1 洞身段开挖施工流程图
开挖过程中，遇地质条件较差洞段，要求做到以下工作：作好超前地质预测预报工作；隧洞开挖根据地质情况采用注浆小导管超前支护，成孔困难时，采用自进式锚杆超前支护；在松散砂砾土石段，为保证开挖安全，对掌子面采用喷射混凝土进行封闭；及时进行格栅支撑加强初期支护；如洞室开挖喷锚支护后，变形不能稳定，则提前进行二次衬砌。
3 主要施工工艺流程
土洞地质条件差、围岩不稳定，在开挖及支护施工过程中，要按照以下施工流程进行：超前小导管（地质预测及施工监测）→土洞开挖（洞口段开挖、洞身段开挖）→土洞支护（施工准备→首喷5cm厚混凝土→钻锚杆孔并安装锚杆→挂网→格栅钢架→终喷混凝土至设计厚度→养护）→验收→下一循环施工。
3.1超前小导管施工工艺流程
在隧洞开挖中，根据实际地质情况，采取超前小导管预注浆超前加固，并采用短进尺，及时跟进支护方法掘进。在此前提下，进行开挖。出渣后立即架立格栅钢架，钢架间用纵向钢筋连接，并与小导管外露部分焊接牢固。
采用锤击方式打入土层，坚硬土层用手持风钻钻孔，小导管沿孔打入或用风钻顶入。注浆采用双液压浆机压注双液浆。
主要施工工艺流程：施工准备→钻孔→安装导管（导管制作）→封面→注浆（浆液制作）→检查分析结果→开挖及支护。
3.2地质预测及施工监测
隧洞的超前地质预探预报工作主要采用洞内水平超前钻探和物探两种方法，再结合传统地质法进行。施工过程中作好超前地质预探预报，将工程地质工作贯穿于隧洞修建过程的始终，及时进行预报，为有针对性地修正设计、施工方案，制定稳妥、可靠的工程措施，采取防范措施，避免工程事故，确保人身安全提供依据。
现场监测项目主要包括：围岩变形监测、地下水监测。监测目的是：掌握围岩及支护的变形和地下水的动态，以保证隧洞施工时的安全和隧洞稳定。
3.3土洞开挖施工流程
洞口段施工在非雨季开挖，洞口上方加设防雨设施，防止地表水入渗。洞口段开挖采用超前支护，并作好施工监测，开挖后及时进行二次支护。在洞口两侧设排水孔（井）以截断水流。斜井洞口作成向洞外的斜坡。
在洞身段施工过程中，遵循确保安全、短进尺、快封闭、强支护、及时衬砌的原则，指定专人作好地表沉陷、顶拱下沉、周边位移等施工监测工作。
土洞开挖施工使用短臂挖掘机，尽量减少对周围土层的干扰，非必要时，不应在洞壁打孔或挖坑，所有打入洞壁的锚杆、支架等不得再拔出。一次支护要紧跟开挖掌子面，衬砌及时浇筑。循环进尺最长距离不超过1m。洞身段及时采用格栅钢架、喷锚网支护或其它保护措施，以确保洞身围岩稳定。
严格施工用水管理，所有进入未衬砌段的水管不得跑漏。所有未衬砌段不允许出现积水，也不允许出现大面积人为水湿。
3.4土洞支护施工流程
边坡支护工程的施工遵循从上至下分层分区进行的原则，上层的支护保证下一层的开挖安全顺利进行，并满足边坡稳定和限制卸荷松驰的要求。在边坡开挖前，首先进行周边截、排水沟的施工，随机锚杆支护随边坡分层开挖及时跟进，按先锚后喷的方式进行普通砂浆锚杆及坡面挂网喷混凝土施工。边坡支护工序流程：施工准备→周边截、排水沟施工→边坡开挖→锚喷施工→养护。
隧洞洞内喷护为保安全，分台阶支护，下台阶开挖后及时接长封闭成环。洞内支护程序：施工准备→首喷5cm厚混凝土→钻锚杆孔并安装锚杆→挂网→格栅钢架→终喷混凝土至设计厚度→养护。
洞内喷护采用湿式喷法，为保安全，在每循环开挖并通风后先进行开挖段顶拱处的喷护，在清渣完成后进行余下的喷护及补喷顶拱至设计厚度。
砂浆锚杆及挂钢筋网施工工艺流程：开挖面清理→孔位标示→钻孔→清孔验收→锚杆安装（锚杆加工、砂浆拌制）→封口→挂网（钢筋网加工）→焊联→喷混凝土。
格栅钢架施工工艺流程：施工准备→格栅钢架制作→现场拼接格栅钢架→按设计要求安装格栅钢架→焊联→验收→喷混凝土→养护。
4 结论及建议
实践证明，在地质条件较差、围岩极不稳定的条件下，进行隧洞（土洞）开挖及支护施工，要严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的原则进行，根据设计洞径进行分层、分块进行开挖支护及施工。对于地下水位较高、围岩极不稳定的地层，要采取合理可行的降水、排水措施，同时对开挖断面进行地质超前预报和施工实时监测，确保隧洞（土洞）开挖施工。开挖完成后，要及时开展支护施工。在特殊土层施工过程中，支护方式要采取超前小导管注浆、超前锚杆、挂网、格栅钢架及喷混凝土等，以有效保证隧洞（土洞）洞身段的施工安全。
参考文献
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2任建喜等 地下工程施工技术 西北工业大学出版社 2012；
论文作者:尚崇伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/19
标签：隧洞论文; 围岩论文; 超前论文; 钢架论文; 地质论文; 格栅论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;