鄭漢森

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概況

寧波市象山供水（白溪水庫(kù)等引水）工程為跨行政區(qū)域的引水工程，供水對(duì)象為象山縣中心城區(qū)。引水工程干線(xiàn)全長(zhǎng)48.673km，其中由福建省水利水電工程局有限公司承擔(dān)施工的隧洞工程有大雷山隧洞2號(hào)出口段1 601.78m；東山隧洞1號(hào)進(jìn)口段672.92m；蔡家岙施工支洞210m。主洞的開(kāi)挖洞徑為2.2m×2.8m馬蹄形，襯后為D2.2m圓形。支洞斷面為4.5m×3.5m城門(mén)洞型，直墻段高2.3m，洞頂為R=2.71m圓弧段，中心角112.3°，洞口底高程61.0m，與主洞交界處底高程41.0m，支洞底坡i=-0.128 5。

輸水隧洞沿線(xiàn)穿越的地層以侏羅系上統(tǒng)c段第一亞段（J3C-1）、第二亞段（J3C-2）為主，局部有e段（J3e）與d段（J3d）地層分布。巖性主要為玻屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)礫巖、角礫玻屑弱熔結(jié)凝灰?guī)r等。距支洞口約40m處有一條河流垂直穿過(guò)洞軸線(xiàn)，底高程為55.0～53.0m，上游300m處有一座小型水庫(kù)。該段地層地下水豐富，穩(wěn)定性差。

2 問(wèn)題的提出

在蔡家岙施工斜支洞明挖施工中，按照設(shè)計(jì)尺寸及高程開(kāi)挖后，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況發(fā)生很大的變化，開(kāi)挖面并未見(jiàn)新鮮巖層，而是松散的堆積土覆蓋層，其間夾雜大量的碎石和大孤石，穩(wěn)定性極差，且地下水發(fā)育。根據(jù)地形觀察初步估計(jì)，從設(shè)計(jì)進(jìn)洞口軸線(xiàn)點(diǎn)K0+210向洞內(nèi)延伸約20m可能都屬于此類(lèi)堆積層。因此提出增加明挖、變更進(jìn)洞口和在原設(shè)計(jì)位置采取有效方式進(jìn)洞3個(gè)解決方案，考慮到征地政策條件的限制，決定按照設(shè)計(jì)進(jìn)洞樁號(hào)位置強(qiáng)行進(jìn)洞。

3 施工方案的確定

總體支護(hù)原則:根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度采用“先護(hù)后挖”和“先挖后護(hù)”相結(jié)合的方案，第一步先護(hù)后挖，第二步挖后再次支護(hù)?！跋茸o(hù)后挖”支護(hù)方案的選擇：

（1）超前錨桿支護(hù):在未擾動(dòng)而破碎的巖層，結(jié)構(gòu)面裂隙發(fā)育的破碎狀巖層或松散滲水的巖層中掘進(jìn)時(shí)，宜采用超前錨桿支護(hù)。

（2）超前小導(dǎo)管支護(hù)：在松散破碎，漿液易擴(kuò)散的巖層中掘進(jìn)時(shí)，宜采用小導(dǎo)管注漿支護(hù)。

（3）超前管棚支護(hù)：在回填土堆積層、斷層破碎帶地層中掘進(jìn)時(shí)，宜采用管棚支護(hù)。

本工程洞口進(jìn)洞段屬于堆積土，選擇第三種管棚支護(hù)方案進(jìn)行支護(hù)。在洞內(nèi)開(kāi)挖遇破碎巖層時(shí)采用第一種和第二種方法支護(hù)。明挖施工完成后先進(jìn)行洞臉處理并澆筑長(zhǎng)度為5m的鋼筋混凝土明洞，在設(shè)計(jì)開(kāi)挖線(xiàn)以外20cm處，進(jìn)行隧洞超前管棚施工，管棚施工結(jié)束后進(jìn)行隧洞開(kāi)挖。

4 超前管棚設(shè)計(jì)

為確保施工過(guò)程中的安全，鋼管采用φ76熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚6.0mm。鋼管節(jié)長(zhǎng)為6.0m和4.0m兩種規(guī)格，絲扣連接，單根鋼管總長(zhǎng)20m（未包括連接絲扣）。自?xún)蓚?cè)起拱部位開(kāi)始布置孔位，環(huán)向間距30cm。鉆孔方向與洞軸線(xiàn)呈3°交角，偏向洞外。鉆孔施工誤差：隧洞徑向不大于20cm，同一斷面內(nèi)鋼管接頭小于50％，相鄰鋼管接頭要相距大于100cm。鋼管總根數(shù)22根，共計(jì)440m。

5 超前管棚施工工藝

超前管棚施工藝流程：導(dǎo)向拱－鉆機(jī)就位－鉆孔－安裝鋼管－（鋼管加工）－注漿。

5.1 導(dǎo)向拱施工

導(dǎo)向拱是控制鉆孔方向，保證鉆孔精度的手段。導(dǎo)向拱結(jié)構(gòu)型式為三榀鋼筋拱架立于已澆筑完成的鋼筋混凝土明洞頂上并與預(yù)留鋼筋焊牢，拱架間使用φ22鋼筋連接。拱架架立完成后，進(jìn)行導(dǎo)向管的安裝，導(dǎo)向管距隧洞開(kāi)挖線(xiàn)20cm。導(dǎo)向管使用φ108薄壁鋼管，管長(zhǎng)4.0～5.0m，開(kāi)嵌入洞臉邊坡10cm以上。導(dǎo)向管使用經(jīng)緯儀測(cè)定方向，并控制好兩端的底高程，現(xiàn)場(chǎng)焊接在鋼拱架上。

5.2 鉆機(jī)就位與鉆孔

使用鋼管架搭成作業(yè)平臺(tái)，將LF100型快速鉆機(jī)安放固定在平臺(tái)上，連接管路，接通電源。由于該地段地層松軟，為了減少成孔難度，避免坍孔，采用水循環(huán)跟管鉆進(jìn)。開(kāi)孔時(shí)鉆機(jī)速度要慢，壓力要小，根據(jù)地層及鉆機(jī)情況隨時(shí)調(diào)整鉆壓及鉆速，以保證成孔的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過(guò)要求及時(shí)糾正。鉆進(jìn)中如遇異常情況，應(yīng)立即停鉆查明原因。

5.3 安裝鋼管

鋼管按要求進(jìn)行加工，加工時(shí)首根鋼管的端部加工成錐型。為保證漿液在各斷面比較均勻分布，按間隔布置一定數(shù)量的鋼花管。鋼花管的出漿孔，要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況確定其孔徑、孔距，一般孔徑10.0～15.0mm，孔距100.0mm，梅花形布置。

成孔后，把事先加工好的鋼管，以?xún)?nèi)外絲相連接，逐根頂入孔內(nèi)，要求管間絲扣連接牢固，相鄰兩根管絲扣位置錯(cuò)開(kāi)至少1.0m，每個(gè)斷面上絲扣總和小于50％。具體施工時(shí)，要先進(jìn)行鋼花管施工，注漿后再打普通鋼管。普通鋼管孔可以作為檢查孔檢查注漿質(zhì)量。準(zhǔn)確控制鉆機(jī)立軸方向，以保證孔口的孔向正確，每鉆完一孔便頂進(jìn)一根鋼管。

5.4 注 漿

每完成一根鋼管，即開(kāi)始進(jìn)行注漿施工。注漿使用JZB-2型擠壓式注漿泵。注漿液采用孔內(nèi)循環(huán)分段注漿，分段長(zhǎng)度一般取5.0～8.0m。漿液配合比根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況確定，一般采用0.8∶1，1∶1、1.5∶1等3個(gè)比級(jí)。水泥使用普通硅酸鹽或硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)不小于42.5R。在水泥漿中摻入5％～8％水玻璃作為阻水速凝劑，水玻璃濃度35玻美度，模數(shù)2.4。注漿擴(kuò)散半徑不小于0.8m。注漿壓力也要根據(jù)實(shí)際地層情況。出口施工時(shí)，由于上覆蓋薄，在0～8m內(nèi)，壓力控制在0.1～0.2MPa；8～20m內(nèi)，壓力控制在0.2～0.5MPa。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定壓力下，吃漿量小于0.1L/min，持壓10min即可結(jié)束。

6 隧洞施工

隧洞開(kāi)挖施工采用新奧法，按“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。

由于堆積土層較松軟，隧洞的開(kāi)挖以人工為主，并輔以ZL-50型號(hào)裝載機(jī)挖掘、出碴。采用全斷面開(kāi)挖方法，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.6m以?xún)?nèi)。自開(kāi)始進(jìn)洞，每隔0.5m布置一榀槽鋼拱架，拱架底部為200mm×200mm×5mm鋼板。在設(shè)置拱架部位，加打φ22錨桿，錨桿間距1.0m，L=3.0m，兩榀拱架之間使用φ22@200鋼筋縱向連接。支承結(jié)構(gòu)完成后，邊頂拱素噴混凝土15cm進(jìn)行封閉，陽(yáng)拱底板澆40cm厚鋼筋混凝土。每完成5m洞挖及支護(hù)作業(yè)，進(jìn)行永久混凝土襯砌。在開(kāi)挖過(guò)程中，如遇拱部鋼管露出，使用φ22鋼筋把鋼筋拱架和鋼管焊成一體。

7 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題和采取的措施

（1）采用超前管棚進(jìn)行施工，保證要有一定的仰角，以防止鋼管形變侵占隧洞開(kāi)挖時(shí)的設(shè)計(jì)斷面。

（2）在隧洞開(kāi)挖和支護(hù)中，要使鋼管的間距盡量達(dá)到最小，并且及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。對(duì)漏水較大的隧洞，要使用現(xiàn)澆混凝土封閉頂拱。

（3）在施工過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)隧洞洞線(xiàn)及斷面的量測(cè)工作，同時(shí)，在鋼管內(nèi)安裝應(yīng)力應(yīng)變儀，量測(cè)鋼管的應(yīng)力應(yīng)變，在保證施工作業(yè)安全的情況下，可以適時(shí)地改變鋼拱架支承的間距，降低工程成本。

（4）采用鉆、沖結(jié)合法造孔，比較完整的巖石硬度較強(qiáng)段采用沖擊法，巖石較破碎地段采用旋轉(zhuǎn)法，取出巖芯。如遇巖石破碎造孔難度大的地段，采用套管護(hù)孔，長(zhǎng)短套管結(jié)合推進(jìn)，工作結(jié)束后再撥出套管。由于土層松散，當(dāng)鉆孔過(guò)程中局部產(chǎn)生塌孔時(shí)，宜采用鋼管代替鉆桿，其前端焊接鉆頭鉆孔，鉆頭與鋼管鉆進(jìn)后不取出，作為管棚鋼管，直接進(jìn)行注漿。

（5）應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)的施工監(jiān)測(cè)和施工時(shí)的地表監(jiān)測(cè)。洞口應(yīng)設(shè)置與施工的監(jiān)測(cè)相結(jié)合的位移安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)地表下沉及邊坡穩(wěn)定情況。在鋼支撐外側(cè)設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)新奧法施工特點(diǎn)，通過(guò)信息反饋及時(shí)確定和修改支護(hù)系數(shù)，確定是否加強(qiáng)支護(hù)，選擇加強(qiáng)支護(hù)和后續(xù)襯砌的時(shí)間。

（6）在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)測(cè)量鉆孔方位，每次測(cè)量的方位孔，其桿偏差不應(yīng)超過(guò)1％。當(dāng)鉆孔偏斜率超過(guò)允許偏差時(shí)，應(yīng)在孔內(nèi)注入水泥砂漿，并待水泥砂漿的強(qiáng)度達(dá)到10MPa后，方可重新鉆孔，并經(jīng)檢查其位置、方向、深度、角度均符合要求后方可進(jìn)行注漿施工。

8 結(jié)語(yǔ)

超前管棚對(duì)堆積土覆蓋層等地質(zhì)條件差的隧洞工程有較好的適用性。但畢竟投入大、成本高、施工進(jìn)度慢。因此，要根據(jù)工程的實(shí)際情況及地面建筑物的要求，確定是否采用超前管棚施工方案。