浅谈水利工程导流隧洞浅埋暗挖施工要点

浅谈水利工程导流隧洞浅埋暗挖施工要点

李阳

（中交一公局厦门工程有限公司，厦门361000）

摘要：水利工程施工过程中，由于导流隧洞洞口段地质条件差，需要有针对性地选择施工工艺。本项目根据现场实际情况，采取洞顶覆盖层注浆加固、加强套拱管棚、洞内小导管注浆超前支护、初支加固、二台阶左右交错开挖、加强初支、钢筋混凝土支护以及运用监控量测等施工方法顺利通过浅埋段。

关键词：浅埋暗挖，注浆，支护，监测

1引言

导流隧洞出口段地处V型峡谷冲沟，受长期地表水影响，覆盖层为饱和的坡积碎石粘性土，值得注意的特点是导流隧洞开挖断面6.5米高，埋深约为2～8米，显著特点是隧洞埋深浅。为解决不良地质条件下进洞的难题，对饱和碎石粘性土如何暗挖支护进行了专项研究，采用针对性的注浆加固、开挖、支护、监测方式使得隧洞开挖安全通过浅埋段。

2正文

2.1工程概况

导流隧洞断面 5m×6.5m（宽×高）的城门型断面，全长817m，进水口高程33m，出水口高程24m，本段导流隧洞经过的最高山高程180m，区内区内以小峡谷为主，隧洞线路无基岩裸露。

2.2工程地质情况

导流隧洞出口浅埋段地处V型峡谷冲沟，下雨时雨水汇集雨水量大，地表为坡残积含碎石粘性土，隧洞出口与赤溪基本垂直，现状山体自然坡度 25～38°，现状为茶园，两侧荒地，沟谷内长满茅草，芦苇。沿线地下水位一般在10.0m～20.0m之间，属孔隙、裂隙潜水，水量不大。洞室主要有两个大的断层，断层产状1：N56°E，SE∠80°，宽度约 1～2m，充填断层泥、碎裂岩，偶有石英脉充填，岩体硅化较强烈。断层产状2： N44°E，SE∠72°，宽约 1～2m，充填碎裂岩、碎块岩、断层泥等，地貌上为冲沟，分布在导流隧洞出口洞口段。由于隧洞经过的围岩较差，除Ⅰ、Ⅱ类围岩洞段为不衬砌段，其余洞段采用 40cm～50cm 的钢筋混凝土衬砌。为降低过流断面的糙率，底部采用厚度 20cm 的 C20 铺底砼找平。

2.3施工方法

导流隧洞出口浅埋段地处V型峡谷冲沟，在浅埋段冲沟之上修建截水池，通过管道引排至洞身外。在隧洞出口施工C20混凝土洞门墙高出地面1米，避免覆盖层发生滑塌，起到“强腰固脚”的作用。对浅埋段2～6m厚覆盖层注水泥浆加固。防护完成后进行套拱的施工，完成后钻打大管棚孔眼。施工大管棚时详细记录钻眼时孔内土层属性，结合地勘资料，与勘察机构合作绘制地质剖面图，为设计、施工超前支护提供基础支撑。其次管棚注浆完成后，在洞顶浅埋段做监控量测点，开挖时通过测量地表及洞身拱顶高程，绘制出时间与沉降差的关系曲线，根据监控量测数据，预留沉降变形量及开挖进尺。开挖采用上下阶梯式进行，上阶梯留有核心土进行环形开挖，中间留有不少于50%的核心土。下部台阶左右交错开挖。初期支护钢拱架施工完成后再挖除上台阶核心土。根据管棚钻孔时的地质成果，地质状况较差部位在安装完钢拱架后，在钢拱架外部环向钻打超前注浆小导管。初期钢拱架支护紧跟开挖掌子面施工，开挖完成先施作底板衬砌，随后洞身段钢筋混凝土利用模板台车一次性整体浇筑完成。该施工特点主要体现在截流引排、加固浅埋段土体、利用超前支护钻孔和地勘资料绘制浅埋段地质剖面图、监测与测量、及时封闭与支护。

2.3.1洞口浅埋段截排水

导流隧洞出口段浅埋段地处V形峡谷冲沟，地表富水。首先完成导流隧洞口外边坡防护工程施工，做好洞脸截排水施工。由于隧洞顶部覆盖层较浅，为了减少隧洞开挖过程中地表水对隧洞顶部的侵蚀，在隧洞浅埋段范围外，再修建一个截水池，通过管道排出截水池中的地表水，防止地表水冲刷开挖面。

2.3.2洞门墙施工

截排水施工完毕后，在出口段两侧修筑C20混凝土洞门墙，洞门墙采用全站仪精确放样确定洞门墙每层位置，洞门墙分层浇筑，沉降缝每隔5m设置一道，缝宽2-3cm，缝内用沥青木丝板填塞。洞门墙施工缝采用凹凸槽，浇筑完成后在初凝前放置20cm×20cm方木，在下次浇筑前将方木取出并凿毛。水平施工缝在浇筑完毕后以500×500mm梅花形插入20mm螺纹钢保证上下层砼浇筑的结合力，螺纹钢上下锚入混凝土不小于30公分；挡墙内设有排水孔，间距1m梅花型布置，用于排除覆盖层地下水，采用内径10厘米的PVC管，包裹透水土工布，防止排水孔堵塞。

2.3.3灌浆加固浅埋覆盖层土体

对洞顶覆盖层少于2-6m，地质条件差且富水的段落，进行地面钻孔注浆，注浆孔按梅花状布置，间距1米×1米。钻机场地位置平稳，钻杆中心线应与设计注浆孔中心线重合，钻孔作业时应经常检查和校正钻杆方向。注浆孔从浅埋隧洞中心轴线开始布置，布置范围与隧洞开挖宽度相对应。浆料扩散半径为1.5m-2m，地面安装PVC堵头，防止注入时浆液喷出。因孔深小于6m，选择全孔一次性注浆，注入水泥浆的水灰比为1：1，注入压力为0.6～0.8Mpa 。当地下水丰富时，宜采用普通水泥-水玻璃灌双液浆，注浆灌浆困难时采用超细水泥浆。

2.3.4套拱施工

套拱采用C25砼，内置I18a钢拱架（@50cm），长度为2m,钢拱架采用φ25连接筋连接，并设置Φ28接地钢筋。预埋2m长φ127×4mm套管在洞顶套拱180°范围内，套管环向间距80cm。钢拱架安装前，测量员用全站仪放样出拱架脚点位置，安装过程中用垂直仪检测竖直度，安装完成后用全站仪复测拱架是否垂直，保证拱架与地面垂直，垂直度不大于2度。拱架安装完成后采用Φ20纵向钢筋将I18a工字钢连接成一整体并在拱架上埋设固定孔口管，浅埋段为直线段，孔口管顶部上抬量为孔口管角度加隧道坡度，严格调整孔口管上抬量和角度，确保钻孔位置准确，孔口导向管的布置应使其不能进入隧洞开挖范围对空洞外面包裹胶带封闭防止混凝土进入。套拱支架采用钢拱架作为内支撑，木模作为底模和侧模。支模直顺、稳固，模板接缝必须紧贴，确保砼浇筑时不漏浆。砼浇筑前严格检查钢支撑和模板的加固、稳定情况，如有问题及时进行调整，砼采用振捣棒分层振捣密实，浇注过程应连续不间断的。振动时避开孔口管，防止其移动失效。

2.3.5管棚施工

在完成隧洞套拱施工后，对洞顶180°范围内套管进行编号，管棚按照设计图纸长度采用潜孔钻钻孔，在饱和的碎石粘性土中钻孔，钻孔时会塌孔，钻孔时采用跟管钻进工艺。施工过程中详细记录每个钻孔的情况，记录内容包括钻进速度的变化、岩粉成分、卡钻位置、突进位置，钻进难易程度，观测孔内出泥浆量进一步判断覆盖层地质。结合地勘资料，与地勘单位配合绘制出浅埋段范围内地层产状分布，为后续隧洞开挖提供地质资料支撑。

管棚钻孔完成后，孔内送入φ108*8mm热轧无缝钢管，超前管棚定位范围为导流洞顶部开挖断面180°范围内，周边布置间距为80厘米。由于管棚长度较长，施工时要特别注意管棚外倾角方向，倾角控制在2°～5°，管棚施工时不能进入设计断面内。管棚进场后，在管壁上钻直径10～16毫米的梅花形灌浆孔，末端留15厘米作为未钻孔段，用于灌浆。管棚间采用丝扣连接，为保证管棚受力不在同一截面，相邻管棚接管处错开3m。后续灌浆时，水泥浆的水灰比为1：1，开始时灌浆压力设置压力0.5～1Mpa，结束时设置压力为2Mpa。灌浆完毕后，应立即清除管内水泥浆液。用M30水泥砂浆填密，以增强管棚的刚度和强度。

2.3.6洞身开挖与初期支护

隧道开挖前，沿隧道设计轮廓线周边用钻机在前方掌子面内打入超前小导管，小导管一端支撑在未开挖岩体上，另一端焊接在钢拱架顶部，形成两端都有支撑点的梁结构。拱架外侧钻打注浆小导管，角度控制在10°-15°，起到了棚架的作用，其次注浆加固了周围土体，预留10cm管壁双侧焊接在拱架上，起到支撑围岩作用。超前小导管采用Ф42×4mm钢管（L=3m，纵环向间距40cm），前端做成圆锥状，在后端焊接钢筋箍，管体布设梅花形溢浆孔，与下一循环搭接长度不小于1米。灌浆材料为水灰比0.5：1～1：1的水泥浆。小导管管口安装孔口阀门。外露长度不应小于30厘米。注浆压力为0.5～1.0MPa。灌浆顺序为自下而上，由稀变浓。

出洞口土质隧洞浅埋段采用上台阶洞室先开挖，上台阶高3m～3.5m，宽5m～5.5m，核心土长度1m～3m。上台阶洞室支护完成后，然后再下面的台阶分左右部开挖，保证上部拱架不同时脱空。上台阶洞室开挖施工时先挖除出环向钢拱架位置，核心土面积应不小于整个断面面积的 50%。120型小型挖机开挖，人工辅助配合，一次开挖长度不大于50cm，同时视洞顶围岩情况，缩短开挖长度。开挖前根据地质剖面图，对地质软弱地带，在钢拱架施工完成后在拱架顶部钻打注浆小导管，采取注浆加固前方围岩。上台阶开挖采取短开挖策略，每次开挖长度50cm后，立即施工1榀I18a钢拱架，在钢拱架两侧钻孔入岩3米后，在孔内放入锚固剂，来回插入Ф25螺纹钢，直至钢筋在孔内密实。随后钢筋在钢拱架两侧焊接牢固，形成锁角。钢拱架之间采用Ф20螺纹钢按1m环向间距连接在一起。从底高到喷射18cm厚的C20混凝土，完成初期结构。上台阶核心土和下台阶开挖应在上部结构稳定后，且混凝土强度达到70%后再组织施工。

下台阶开挖时，先开挖下台阶左侧钢拱架位置，将左侧钢拱架安装完成后，再开挖下台阶右侧钢拱架位置，安装右侧钢拱架，以保证两侧拱脚不同时悬空，下台阶拱架钢拱架拱脚安放在预制好的混凝土垫块或钢板上，防止拱架脱空，下部钢拱架与上部钢拱架之间采用螺栓连接，架立时平行于隧洞中线，拱架支撑平面垂直于隧洞底板，拱架垂直度不大于2度。同时，在拱脚和钢拱侧壁安装了两根4 m长的砂浆锚杆，将洞室与钢拱架连接起来，保证了整个初期支护的稳固性。为了增加钢拱之间的稳定性，采用φ25钢筋焊接连接，周向间距1m布置一道。

2.3.7洞身衬砌

导流隧洞初期钢拱架支护完成后，安排工人对洞室底部进行清渣，清理干净后先开始底部钢筋混凝土施工，剩余洞身钢筋混凝土选择一次性浇筑完成

。一次将导管接从顶拱堵头模板开孔孔口接到顶拱，利用溜槽和溜筒从下到上浇筑。浇筑过程中，导管距离浇筑面保持1.5m的高度，随着浇筑面逐渐上升，当混凝土浇筑到距离顶拱下层钢管最高点约20cm时，将导管接到顶拱的最里端，采用退管法浇筑，同时采用软轴振捣器振捣，尽量将顶拱混凝土振捣密实，顶拱混凝土采用退管法浇筑完成后，将导管接到冲天管上，浇筑过程中，工人采用插入式振捣棒振动，直至浇注完成。

为方便冲天管拆接，布置冲天的位置需设一个简易施工平台和冲天管托架。接管时，每接完一根，就用8#铅丝在泵箍附近和台车钢桁架捆绑牢靠。管道出口应尽可能靠近隧洞岩体表面，最好距岩体表面30～40厘米。管道宜短，以减少施工难度，管道数量应根据实际情况确定。

2.3.8洞身灌浆

回填灌浆施工范围在隧洞顶部，在施工钢筋混凝土时，按图纸预埋回填灌浆管，灌浆管预埋垂直于岩壁预埋。灌浆前用手持式风钻钻孔，打破预埋管，深度要求在岩石中钻10厘米深的孔，同时测量混凝土的厚度和空洞的厚度。注浆顺序从底到高。

固结灌浆施工范围在隧洞环向，在施工钢筋混凝土时，按图纸预埋固结灌浆管。用手持式风钻钻孔，入岩孔深4m。钻孔完毕后，冲洗孔壁，冲洗水的压力应为注入压力的80%，如果压力超过1Mpa，则用1Mpa的压力冲洗。回水清澈后10分钟完成裂缝冲洗，总时间要求单孔不少于0.5小时。对于回水不能满足清澈要求的部分孔，继续冲洗，直至孔内残留泥沙厚度小于20公分。然后才能进行灌浆工作，按环间排序、环内加密的原则进行灌浆。

2.3.9监控量测

施工过程中，对隧洞浅埋出口浅埋段进行了监测，包括隧洞内外状态观察、周向收敛、拱顶沉降及地面沉降等。根据数据评价地表沉降情况，了解隧洞的稳定性，并根据覆土沉降率判断隧洞是否稳定。

3结论

综合上述，在导流隧洞施工过程中，充分考虑在不同地质条件下，该施工特点主要体现在灌浆加固土体，钻孔记录分析地层产状，浅埋段掘进人工配合机械开挖进尺，加强初期支护预注浆，衬砌成环，监控测量。事实证明，该施工方法是可行的，有效地克服了山体偏压，隧洞浅埋，地表富水等不利因素。

参考文献

[1]黑龙江省水利科技：余小花，付志坤.某小型水库导流输水隧洞施工技术方法研究，2021年，第9期（第49卷）：183-186

[2]科技创新与应用：杨智猛.市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用 [J]，2021（6）：170-172.