某导流隧洞工程进口渐变段洞挖改明挖施工技术.doc

某导流隧洞工程进口渐变段洞挖改明挖施工技术翟飞飞（中铁隧道集团有限公司第一工程处 河南新乡 453000）摘要 论述了在复杂地质条件下成功将浅埋大跨洞挖变更为明挖的施工技术，为今后类似工程安全快速施工提供参考经验。主题词 浅埋洞挖 明挖61 工程概述导流隧洞位于右江流域，是某水利枢纽工程前期的关键工程，由进口明渠、进水塔、洞身和出口明渠等部分组成。导流隧洞进口渐变段长25m，桩号0+005.000+025.00，开挖断面为城门洞形，开挖尺寸17.5m（宽）21.4518.35 m(高)，底部高程为115.000， 145高程以上为业主前期施工形成的平台，洞顶部覆盖层厚1013m。属浅埋大跨度隧洞。2 地质条件渐变段围岩为D3l1层灰黑色薄中厚层状含硅质泥岩夹薄极薄层炭质泥岩，全强风化，围岩层理、节理发育，层间挤压强烈，硅质泥岩受挤压、风化卸荷呈松驰碎裂结构，炭质泥岩被挤压成透镜状、碎片状，湿时可塑、结构破坏，层理、片理光滑镜面十分发育，局部岩层挤压揉皱厉害，0+0080+016段内有F9断层及其影响带，F9断层宽3050cm。除F9断层外，小断层和挤压破碎带均布。有地下水呈泉状、点滴状出流。3 原设计施工方案进口渐变段原设计采用CRD法施工，共分10块20步施工（见图1）。为保证开挖过程中洞顶稳定，在145平台施工竖直管式注浆锚杆及1.0m厚C20混凝土盖板。图1 进口渐变段原设计施工方案示意图4 原设计施工方案在实际施工中存在的困难原设计的竖直加固锚杆平均长度12m，最大长度19.65m，伸入导流洞渐变段开挖轮廓线内0.3m，这给开挖施工带来较大困难，且存在较大安全隐患。4.1 工期难以保证原设计方案施工顺序为：（地表加固）洞顶竖直加固锚杆洞顶混凝土盖板渐变段CRD法分部开挖。洞顶145平台竖直加固锚杆共405根，总长4848m，单根长度为7.219.7m，平均长度为12.0m。锚杆为竖直方向，深度不一，且岩体破碎松散，如采用凿岩台车、潜孔钻等设备钻孔，因塌孔、卡钻等使施工难度增大，钻孔及锚杆安装质量无保证。故须采用地质钻进行钻孔，但地质钻成孔速度慢，设备搬移次数多，施工效率低。经计算，洞顶加固竖直锚杆施工总时间至少需20天。洞顶管式锚杆施工完成后，方可开始洞顶145平台混凝土加固盖板施工，钢筋制安及混凝土浇筑（7天养护）共需约10天时间。故洞顶地层加固工作至少要用30天时间。而根据施工总进度安排，进口渐变段必须于4月底完成开挖，5月底雨季来临之前完成衬砌，以开始进水塔混凝土施工，保证洞身及145平台以上山坡稳定。而进场时为3月下旬，渐变段工期非常紧。4.2 施工难度大a. 锚杆密度较大（1.01.0m），渐变段开挖钻孔时钻头如遇到锚杆，则极易造成卡钻、断钎，延长钻孔时间和造成设备损坏，从而影响施工进度。b. 渐变段开挖后初期支护形式为钢支撑（I20a）+钢筋网+喷混凝土，由于管式锚杆伸入设计开挖轮廓线内，必须将锚杆伸入洞内部分割除，方可安装钢拱架。c. 因围岩破碎、风化程度较深，深孔锚杆垂直钻孔难度大且易塌孔，钻孔质量无保证。d. 采用CRD法开挖施工，需分11块22步施工。分部多、工序多，各工序之间相互干扰大。受分部开挖断面限制，作业空间狭小，无法利用三臂臂凿岩台车等大型施工设备快速施工，只能用小型设备施工。同时受多个分部施工的转换，现场的风、水、电等设施反复拆、安，增大施工现场布设工作量，上述因素影响施工进度。4.3 施工安全问题a. 开挖施工时爆破震动通过竖直锚杆直接传递给围岩，对锚杆所贯穿的围岩造成更大、更直接的扰动和破坏，会使原本就不稳定的较薄覆盖层产生不利变形，有造成坍方的可能，严重威胁到施工安全。b. 渐变段采用CRD法施工的隧洞，二次混凝土衬砌前的洞体安全基于初期支护的钢拱架和中隔墙及网喷混凝土组成的刚性的被动支护结构上，一旦将中隔墙支撑拆除，则原被动支护结构改变，错误！链接无效。的错误！链接无效。降低，隧洞围岩及支护发生应力重分布，易出现支护不利变形，造成塌方等险情。如出现不利变形，对1521.85m高的洞体进行加固处理，采取何种手段，如何处理，都是非常难的事，甚至是不可能的，而且采用普通的方法拆除如此高的中隔墙也是非常困难的，存在不安全因素。综上所述，如按原设计CRD法进行渐变段施工，对进口渐变段的安全、快速施工极为不利，且难以按计划将此工作面移交至进水塔施工。故需进行适当变更。5 替代施工方案经现场调查，依实际情况对原设计施工方案进行变更，变更后的替代方案为：将洞顶覆盖层较薄且风化程度最深的前16 m（0+0000+016段）洞挖改为明挖，后9 m仍为洞挖，取消洞顶竖直加固锚杆，增加明挖段两侧边墙支护。在128.50高程处设宽1.5m的马道以增强边墙的稳定性。（见图2）。图2 进口渐变段变更方案施工示意图5.1 施工方法渐变段的明挖施工，由上而下分成4层进行，层高控制为56m。上层完成初期锚喷支护后进行下层开挖施工（下层钻孔与上层支护平行作业），潜孔钻机钻孔，周边采用预裂爆破以减少对边墙及进水塔基础的损害。三臂凿岩台车钻锚杆孔、安装深孔管式注浆锚杆。上部台阶采用挖机将石渣倒至下部，再由挖机配合装载机装渣运至弃渣场。5.2 初期支护措施a. 明挖段（桩号0+0000+016）左右侧为直墙，初期支护形式为：挂8钢筋网，喷混凝土C20厚25cm，施作管式锚杆42，L=5.010.m，纵横间距11.5m。洞脸采用10.0m管式锚杆，喷混凝土及钢筋网同左右侧边墙。左右边墙及洞脸均设50，L=3.0m临时排水孔。b. 进洞前在洞脸施作两排锁口管式锚杆，42、=3.5mm、L=5m，间排距0.50.5m，距开挖轮廓线0.5m；以保证进洞时洞脸稳定。c. 明挖段（桩号0+0000+016）施作钢筋混凝土明拱，衬砌厚度及钢筋布置不变，混凝土明拱施工后回填C10片石混凝土至145高程。c. 渐变段明挖期间及混凝土衬砌前， 对145平台以上高边坡和两侧边墙进行变形观测，每天观测一次，若发现围岩变形、位移、沉降、滑动等异常情况，及时采取必要的加固措施。5.3 技术经济分析a. 工程量及费用增减：导0+0000+016段洞挖改明挖后，增加原设计拱顶以上石方开挖、两侧边墙初期支护及洞脸锁口项目，减少的项目有：此段CRD法开挖的临时支护项目，两者相加，增加费用很少。b. 工期增减：按原设计施工，总工期=洞顶加固竖直锚杆20天+洞顶加固混凝土10天+洞身开挖（000016）20天共50天，变更后施工工期=明挖段分4层开挖，上层部分支护可与下层开挖平行作业，每层3天共12天，洞脸锁口加固3天，共15天可达到进洞条件，比原设计方案提前35天进洞。后期C10片混凝土回填可与