黃土狀壤土隧洞開挖支護施工技術研究與應用

魏永華 馬建社

【摘要】本文詳細介紹了黃土狀壤土隧洞短進尺、勤支護、橫斷面分區開挖及結合鋼筋格柵拱架噴射混凝土支護措施等特殊的開挖支護方法及施工工藝，以供類似工程參考。

【關鍵詞】黃土狀壤土；開挖；支護

1、工程基本情況

延安黃河引水工程蘆草梁隧洞地處延安市寶塔區與延川縣交界處，全長679.1m。隧洞成型標準橫斷面為直墻城門洞型，設計開挖斷面尺寸為寬×高=3.7×4.35m，成型尺寸為寬×高= 2.5×3.05m。隧洞全段頂拱、側墻采用鋼筋格柵拱架噴0.2m厚C20混凝土初期支護。隧洞全斷面均采用厚度為0.4m的C25W6F200鋼筋混凝土襯砌。

2、隧洞地質圍巖情況

隧洞地質圍巖為黃土狀壤土隧洞，地下水位較高。黃土狀壤土密度ρ=2.00～2.03g/cm3，含水量ω=19.50～22.90%。飽和固結快剪強度指標Φ=20.8～24.4°，C=36～42Kpa，單位彈性抗力系數K=0。

3、黃土狀壤土隧洞開挖支護施工方法及施工工藝

3.1開挖掘進施工方法及施工工藝

洞身段開挖采用0.3m3小型反鏟挖掘機進行，預留0.4m保護層人工配合修整。橫斷面上分為3部分依次開挖逐步推進進行開挖。循環進尺進洞前10.0m為0.5m；進洞10.0m后為0.8m。其開挖橫斷面分區方法見開挖示意圖3-1所示。

先開挖第①部分，開挖完成驗收后立即噴射3～5cm混凝土封閉開挖面（下同），待噴射混凝土初凝后立即進行頂部鋼筋格柵拱架的安設及后續的噴射混凝土施工。

待第①部分初期支護完成后再進行第②部分開挖。

第③部分開挖待第②部分初期支護全部完成后進行。

3.2初期支護施工方法及施工工藝

進洞前，在洞頂圓弧設計開口線上0.5m位置弧向布置1排Ф25mm錨桿，弧向間距0.3m，錨桿外露端和洞內第一榀鋼筋格柵拱架通過Φ25鋼筋焊接連接。并噴射厚度為10cm（法線方向）的C20混凝土。

（1）鋼筋格柵拱架施工方法及施工工藝

鋼筋格柵拱架高度為0.2m三支形斷面。主筋、架立筋及拱架之間連接筋均采用Φ25mm鋼筋，箍筋采用φ6.5mm鋼筋。箍筋間距0.4m。鋼筋格柵拱架每榀分為頂拱部、邊墻兩部分。

頂拱格柵拱架分為兩片，其中一片弧向長度2.0m，并帶邊墻直線長度0.5m；另一片弧向長度3.8m，并帶邊墻直線長度0.5m，縱向交叉安裝。邊墻格柵共計兩片，每片高度2.0m。

單榀鋼筋格柵拱架的每片之間采用1.2cm厚、200mmX200mm接頭鋼板焊接連接。鋼筋格柵拱架榀與榀之間連接采用間距為1.0m的Φ25mm鋼筋焊接連接。在鋼筋格柵拱架片與片連接處開挖面上“八”字型布置兩根直徑為Φ25mm鎖腳水泥錨固劑錨桿，Φ25mm錨桿長度3.0m，入土2.8m，外露0.2m，外露端和鋼筋格柵拱架焊接牢固。鋼筋格柵拱架每榀縱向間距在進洞前10m為0.5m，10m后縱向間距為0.8m。

（3）掛網噴射混凝土施工方法及施工工藝

鋼筋格柵拱架施工驗收合格后，掛設φ6.5 @200X200mm鋼筋網片（鋼筋網片搭焊在鋼拱架背側），噴射C20混凝土，噴射厚度0.20m。

4、地下水抽排施工方法及施工工藝

隧洞地質圍巖為黃土狀壤土隧洞，地下水位高于洞頂設計高程。加上隧洞開挖主要是順坡向開挖，無法自流出洞，施工時需要加強抽排水。根據實際滲水及結合設計要求，在開挖底面鋪筑厚度為0.2m的粒徑為20mm～40mm的卵石作為排水通道。為避免施工設備在其上通行時帶進雜物、泥巴等對排水通道的影響，在排水通道頂面車轍位置處放置鋼板作為施工設備通行道路。洞內縱向每間隔20m左右位置一側設置一集水井，集水井內架設潛水泵接力將洞內滲水抽排至洞外排水溝。集水井為圓形，內直徑為0.5m，集水井底面低于所在位置的排水卵石底面0.3m，頂面同于所在位置的墊層混凝土頂面。集水井采用厚度為12cm磚墻砌筑。集水井和卵石排水通道連接高度范圍內預留十字型進水孔。

5、收斂變形監測

收斂變形監測主要布置在洞內含水量相對較大的部位的4個斷面處預埋收斂變形監測儀，每個斷面布置3個測點其中頂拱一個測點，左右側墻開挖底面底板以上1.7m處各一個測點。埋入深度至噴射混凝土和黃土狀壤土界面。

5.1收斂變形監測內容

5.1.1兩側收斂變形監測。主要監測兩側相對位移、變形速度、兩側收斂變形與作業面位置及時間關系。5.1.2頂供下沉收斂變形監測。主要監測頂供相對位移、變形速度、頂供下沉與作業面位置和時間關系及判斷初期支護方法的是否適宜。

5.2收斂變形監測點的埋設及監測方法

收斂變形監測點埋設按照設計要求進行，并用紅漆在噴射混凝土面畫圈做明顯的標記。

前期讀數每天2～3次，后期根據變形收斂情況每天一次，并及時記錄整理數據。并對監測數據進行分析，根據收斂變形監測分析結果及時調整初期支護方法及施工工藝。

6、結束語

本工程黃土狀壤土隧洞特殊的開挖支護方法及施工工藝，為今后類似工程提供了實踐經驗和參考依據。當然該施工方法和施工工藝還有需進一步研究和改進的問題，如開挖時為保證初期支護后斷面尺寸滿足設計要求而考慮一定量的徑向超挖量、考慮多少等，須在今后的工作中進一步研究和探討。

作者簡介

魏永華（1966-），男，從事水利水電工程施工28年.

馬建社（1966-），男，從事水利水電工程施工27年.