谷艷春

（山西東山供水工程有限公司 山西太原 030002）

1 工程概況

東山供水工程施工五標(biāo)9#隧洞總長約2 273 m（樁號(hào)YD7+205.92～YD9+478.86），為無壓輸水隧洞，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度300～400 mm，設(shè)計(jì)縱坡為1/2 700。其中樁號(hào)YD7+615.71～YD9+275.05 段為土洞段，斷面形式為馬蹄形，襯砌成型后斷面為R1=2R2=3.0 m，樁號(hào)YD7+205.92～YD7+615.71和YD9+275.05～YD9+478.86 段為巖石洞段，斷面為城門洞型，襯砌成型后尺寸為2.6 m×3.069 m。

2 交叉段地質(zhì)情況

2.1 地質(zhì)描述

根據(jù)招標(biāo)文件及后期補(bǔ)充勘探資料地質(zhì)描述：交界處土質(zhì)圍巖在上部，石質(zhì)圍巖在下部，圍巖厚度0～17 m。隧洞上部土質(zhì)圍巖為第四系下更新統(tǒng)灰黑色淤泥質(zhì)含砂低液限黏土、級(jí)配不良砂層、卵石混合土層、低液限黏土層等構(gòu)成的水平層狀且互層的混合土層，濕-飽和，呈軟塑狀態(tài)，松散，洞頂及洞身主要以級(jí)配不良砂層為主；下部石質(zhì)圍巖為三疊系中統(tǒng)二馬營組第二亞組灰綠色砂巖夾紫紅色泥巖，圍巖厚度0～5.4 m，巖體較破碎，完整性較差。地下水水位位于洞頂以上，存在滲水或線狀流水問題，易產(chǎn)生塌方，圍巖極不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害分析

土石分界段上部為含水豐富的不良砂層、砂卵石層；下部巖體較破碎、風(fēng)化嚴(yán)重，往往為風(fēng)化嚴(yán)重或強(qiáng)風(fēng)化帶，土石分界處會(huì)形成水流通道，因此在土石交界處進(jìn)行開挖施工時(shí)，存在突發(fā)性涌水、涌泥、坍塌和塌方等地質(zhì)災(zāi)害的可能。

3 施工工藝說明

整個(gè)土石分界施工分為三個(gè)區(qū)域：土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)、土石交界區(qū)、巖石洞段加強(qiáng)區(qū)，兩個(gè)加強(qiáng)區(qū)的長度為10 m，交界區(qū)的長度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況而定。土石交界分區(qū)見圖1。

圖1 土石交界段開挖支護(hù)分區(qū)示意圖

根據(jù)土石交界處土層和巖石的產(chǎn)狀，結(jié)合土洞段開挖支護(hù)施工方案，土石交界處土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)及土石交界區(qū)采用“分臺(tái)階、預(yù)留核心土和預(yù)留保護(hù)層”的方法施工；巖石洞段加強(qiáng)區(qū)采取“全斷面、淺孔、楔形掏槽、周邊光面爆破”的淺孔松動(dòng)爆破方法。

為保證后期施工的通行能力，土石交界段加強(qiáng)區(qū)開挖支護(hù)完成后，無法立即跟進(jìn)混凝土襯砌。為減少該段不良地質(zhì)條件帶來的沉降影響、減弱巖石洞段爆破施工對(duì)土石交界區(qū)和土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)的震動(dòng)影響，增加土石交界區(qū)和土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)的穩(wěn)定性，土石交界區(qū)和土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)支護(hù)采取雙層14#工字鋼拱架支撐，同時(shí)為滿足斷面凈空要求，增大開挖斷面，雙層鋼拱架布置開挖見圖2。

圖2 土石交界段雙層拱架開挖支護(hù)布置圖（單位：mm）

3.1 土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)及土石交界區(qū)開挖支護(hù)施工方法

土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)范圍為YD7+615.71 ～YD7+625.71 和YD9+265.05～YD9+275.05，土石交界區(qū)范圍根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖揭示的掌子面情況確定。結(jié)合土石交界區(qū)“土在上，石在下”的特點(diǎn)，土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)及土石交界區(qū)采取相同的超前支護(hù)方法。土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)及土石交界區(qū)的開挖支護(hù)施工方法和參數(shù)如下。

3.1.1 超前支護(hù)

采用雙排小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，沿頂拱開挖邊線布置兩排Φ42，δ3.0，L=2.0 m 的超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距為20～40 cm，外插角度10～15°。在外側(cè)一排超前小導(dǎo)管中，在頂拱位置布置3～5 根L=5.0 m 的小導(dǎo)管，主要起到超前勘探和引排地下水的作用。超前支護(hù)詳見圖3。

圖3 土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)及土石交界段超前支護(hù)布置圖

3.1.2 開挖施工方法

1）土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)

超前支護(hù)完成后，加強(qiáng)區(qū)采用“分上下臺(tái)階、預(yù)留核心土和預(yù)留保護(hù)層”的方法施工。上部臺(tái)階開挖時(shí)，先采用久保田挖機(jī)將開挖邊線內(nèi)側(cè)30 cm 和核心土之間的土體，然后人工用風(fēng)鎬挖除保護(hù)層至設(shè)計(jì)斷面，開挖進(jìn)尺為0.5 m，開挖完成后立即跟進(jìn)支護(hù)，方可進(jìn)行下一循環(huán)的施工；下部臺(tái)階開挖施工方法與上半部類似，上下臺(tái)階之間距離控制在2～3 m；底板采用久保田挖機(jī)按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行開挖，開挖完成后立即安裝底梁，使鋼拱架閉合。

2）土石交界區(qū)

（1）上部土方開挖

上半部土方開挖，采用“預(yù)留核心土和預(yù)留保護(hù)層”的方法進(jìn)行，施工工藝與土質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)相同，開挖支護(hù)完成后，方可進(jìn)行下一循環(huán)的施工；在開挖過程中，若遇到石質(zhì)圍巖可采用破碎錘進(jìn)行錘擊破碎開挖，局部結(jié)合孤石破解爆破進(jìn)行。

（2）下部石方開挖

下半部石方開挖，采用破碎錘進(jìn)行破碎開挖并結(jié)合局部采用孤石破解爆破開挖，上下臺(tái)階之間距離控制在2～3 m；底板開挖采用久保田挖機(jī)進(jìn)行開挖，直至滿足設(shè)計(jì)要求。

孤石破解爆破的使用使用條件，在開挖過程中，先采用久保田挖機(jī)進(jìn)行破碎和風(fēng)化巖體的清除，然后采用破碎錘錘擊開挖，對(duì)于破碎無法完成的巖體，進(jìn)行孤石破解爆破進(jìn)行開挖。

（3）孤石破解爆破參數(shù)

根據(jù)孤石的大小，布置鉆孔孔位沿設(shè)計(jì)開挖線方向和垂直洞軸線方向，采用YT-28 手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔徑為42 mm，每次鉆孔數(shù)量小于等于3 孔，鉆孔孔深度應(yīng)滿足孔底距離設(shè)計(jì)開挖線5～10 cm。裝藥量按照線裝藥密度控制即裝藥量小于等于100 g/m（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫取值）。

3.1.3 系統(tǒng)支護(hù)

根據(jù)本工程土質(zhì)隧洞開挖施工經(jīng)驗(yàn)，土石交界處土質(zhì)隧洞加強(qiáng)區(qū)及土石交界區(qū)采用雙I14#工字鋼+鋼筋網(wǎng)片+C20 噴混凝土進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)具體如下：

1）雙I14 工字鋼拱架支護(hù)，間距0.5 m，為保證其整體性及穩(wěn)定性，內(nèi)外層工字鋼間隔焊接，相鄰兩榀工字鋼之間采用10 根Φ25 連接鋼筋進(jìn)行連接（局部可根據(jù)圍巖情況進(jìn)行加強(qiáng)）；

2）掛Φ8@150 mm×150 mm 鋼筋網(wǎng)，并與連接鋼筋和工字鋼焊接；

3）Φ25，L=2.0 m 鎖腳錨桿，每榀安裝8 根，分別布置在兩側(cè)起拱點(diǎn)和底腳處；

4）C20 系統(tǒng)噴混凝土，厚度29 cm，掌子面素噴混凝土封閉，厚度5～10 cm；

5）底板布置I14 工字鋼底梁使鋼拱架閉合，并回填24 cm 厚的C20 混凝土（土石交界區(qū)回填厚度為15 cm）。

3.2 巖石洞段加強(qiáng)區(qū)開挖支護(hù)施工方法

為確保土質(zhì)隧洞加強(qiáng)區(qū)和土石交界區(qū)的工程安全，特設(shè)定土石交界處巖石洞段加強(qiáng)區(qū)，由于土洞與巖洞開挖體型不一致，考慮該區(qū)域混凝土襯砌體型是漸變的，即從馬蹄型向城門洞型過渡，為了保證后期混凝土襯砌厚度，加強(qiáng)區(qū)的開挖斷面按照土洞斷面爆破參數(shù)進(jìn)行控制，通過測(cè)量布孔，調(diào)整鉆孔孔位，實(shí)現(xiàn)頂拱上抬、兩邊墻收縮和底板加寬的轉(zhuǎn)變。該區(qū)域主要是指全斷面為石質(zhì)圍巖，但隧洞頂部巖石覆蓋層較薄，該區(qū)域開挖支護(hù)施工方法和施工參數(shù)如下。

3.2.1 超前支護(hù)

超前支護(hù)采用單排小導(dǎo)管進(jìn)行，具體施工參數(shù)為：沿頂拱開挖邊線布置一排Φ42，δ3.0，L=2.0 m 的超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距為20～40 cm，外插角度在10～15°。超前支護(hù)布置圖詳見圖4。

圖4 巖石洞段加強(qiáng)區(qū)超前支護(hù)布置圖

3.2.2 巖石洞段加強(qiáng)區(qū)的開挖

巖石隧洞段加強(qiáng)區(qū)的開挖采用淺孔松動(dòng)爆破的方法進(jìn)行開挖，施工方法為“全斷面、淺孔、楔形掏槽、周邊光面爆破”，每循環(huán)開挖進(jìn)尺為0.5 m。

在掌子面附近搭設(shè)組合排架作為鉆爆施工平臺(tái)，采用20 m3空壓機(jī)供風(fēng)，3 把YT-28 手風(fēng)鉆進(jìn)行掌子面鉆孔作業(yè)，利用鉆架工作平臺(tái)，人工裝乳化炸藥，裝藥前對(duì)炮孔進(jìn)行吹洗，確保裝藥到位。

掏槽孔、崩落孔和底孔采用Φ32 mm 乳化炸藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，非電微差爆破。光爆孔采用Φ32 mm乳化炸藥，間隔裝藥，藥卷與導(dǎo)爆索竹片捆綁，20 cm線狀間隔不耦合裝藥，非電雷管引爆導(dǎo)爆索起爆。采用塑料導(dǎo)爆管簇式聯(lián)線，分段起爆，電雷管引爆。起爆順序?yàn)椋禾筒劭住o助孔、崩落孔→光爆孔周邊孔→底板孔。

爆破孔位布置圖見圖5。

圖5 巖石隧洞加強(qiáng)區(qū)孔位布置圖

3.2.3 系統(tǒng)支護(hù)

土石交界處巖石隧洞加強(qiáng)區(qū)采用單層I14 工字鋼+網(wǎng)片+C20 噴混凝土進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)具體如下：

1）I14 工字鋼間距0.5 m，工字鋼之間采用10 根Φ25 連接鋼筋進(jìn)行連接；

2）掛Φ8@150 mm×150 mm 鋼筋網(wǎng)，并與連接鋼筋和工字鋼焊接；

3）Φ25，L=2.0 m 鎖腳錨桿，每榀安裝8 根，分別布置在兩側(cè)起拱點(diǎn)和底腳處；

4）C20 系統(tǒng)噴混凝土，厚度15 cm；

5）底板布置I14 工字鋼底梁，并回填15 cm 厚的C20 混凝土。

3.2.4 加強(qiáng)區(qū)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在土石交界處巖石隧洞加強(qiáng)區(qū)施工過程中，通過在頂拱打鉆探孔，并結(jié)合超前小導(dǎo)管和拱腳鎖腳錨桿施工的方式，判斷巖石隧洞頂部巖層的厚度：當(dāng)隧洞頂部巖層厚度不小于開挖洞徑，方可認(rèn)為石質(zhì)洞段加強(qiáng)區(qū)結(jié)束，進(jìn)入正常巖石隧洞開挖支護(hù)施工。

4 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施

本段隧洞巖石洞段風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，不能自穩(wěn)；土質(zhì)洞段土體主要由含砂低液限粘土、細(xì)沙層、粉砂層、砂卵石層等組成，土體在自然狀態(tài)下有一定的自穩(wěn)能力，在施工擾動(dòng)及水流的作用下，極易出現(xiàn)坍塌、塌方、涌泥涌砂等地質(zhì)災(zāi)害。為保證施工安全，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，施工中，采取了以下措施。

1）加強(qiáng)超前勘探措施

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，結(jié)合超前支護(hù)，適當(dāng)增長超前小導(dǎo)管的長度，根據(jù)小導(dǎo)管的施工情況，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和滲水量對(duì)前方未施工段的地質(zhì)情況進(jìn)行判斷，根據(jù)判定結(jié)果進(jìn)行開挖。

2）加強(qiáng)超前支護(hù)措施

在施工過程中，根據(jù)掌子面暴露巖石或土體結(jié)構(gòu)情況，對(duì)局部較差處可加密超前小導(dǎo)管，對(duì)于穩(wěn)定性非常差的洞段，可采用1∶1 純水泥漿進(jìn)行灌漿固結(jié)處理后，再進(jìn)行開挖。

3）加強(qiáng)技術(shù)保證措施

在進(jìn)行石分界處開挖施工前，技術(shù)人員先對(duì)施工人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員進(jìn)行技術(shù)交底，對(duì)施工步驟和施工方案進(jìn)行詳細(xì)講解，讓每一個(gè)施工人員充分理解并掌握施工方法。

在土石交界區(qū)域施工時(shí)，應(yīng)盡量少用或不用爆破施工，對(duì)必須進(jìn)行爆破的部位，應(yīng)由技術(shù)人員根據(jù)爆破位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布孔，并嚴(yán)格控制炸藥的使用量，減少爆破對(duì)周邊土質(zhì)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)破壞。

5 小結(jié)

根據(jù)隧洞地質(zhì)條件變化，對(duì)土石交界段劃分不同施工區(qū)域并采取了不同的開挖支護(hù)措施，有效降低了巖石洞段爆破開挖施工對(duì)土石交界區(qū)及相鄰?fù)炼炊蔚氖┕_動(dòng)，避免了該地質(zhì)不良段由于施工擾動(dòng)引起涌泥、塌方的危險(xiǎn)，取得了較好的效果。