淺埋暗挖隧洞下穿居民區(qū)安全施工技術

趙琦彥

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 引言

中部引黃工程作為山西大水網總體構架“兩縱十橫”中第四橫的延伸，涉及4市17縣（市、區(qū)）。工程建成后，可新增灌溉面積10萬hm2，不僅能緩解沿線工業(yè)供水、農業(yè)灌溉和生態(tài)供水緊缺的矛盾，而且為一大批大型項目的落地奠定了堅實基礎，同時對改善山西省水資源緊缺狀況和應對山西中部發(fā)生特大旱情具有重要意義。

山西中部引黃工程施工13標段位于呂梁市方山縣境內的大武鎮(zhèn)，屬山西中部引黃工程總干3號隧洞末端，工程主要內容有總干3號隧洞149+735.10—165+029段（總長15294m）及37~40號施工支洞。

淺埋暗挖隧洞施工將不可避免地擾動地層，造成上覆建構筑物沉降、傾斜、甚至產生裂縫，影響結構物的安全和正常使用。該段隧洞施工中需要近距離下穿居民區(qū)，施工中一方面要保證隧洞圍巖及支護結構的安全性，另一方面要保證既有密集建構筑物群的正常使用。結合山西中部引黃工程施工13標下穿地表復雜居民區(qū)的工程實踐，分析了施工中遇到的主要技術難題，并提出相應的工程對策。

2 工程概況及技術難點

2.1 工程與水文地質情況

本段隧洞的地質條件主要為卵石層，埋深淺，洞身穿過的地層巖性為第三系上新統(tǒng)卵石混合土層，洞底以下卵石層厚0～30m，圍巖堅固系數(shù)0.5。圍巖工程地質為Ⅴ類，圍巖極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴重，地下水位位于洞頂以上。隧道開挖時存在涌水突泥問題。

2.2 周邊環(huán)境調查

受隧洞施工影響的房屋統(tǒng)計如下：K159+550處線路左側150m處有窯洞9孔；K159+830處有窯洞27間，平房4間，在線路左側130m處；K159+920—K160+146中間有窯洞52間，平房8間，在線路左側110~150m處；K160+226—K160+422處右側20m范圍內有平房40間，樓房21間，20~50m范圍內有平房62間，樓房28間，50~150m范圍內有平房178間，樓房15間。150m范圍以外有平房152間，樓房32間。左側20m范圍內有平房78間，樓房21間，20~50m范圍內有平房128間，樓房31間，50~150m范圍內有平房215間，樓房42間。150m范圍以外有平房480間，樓房71間?？傆嬍芩矶词┕び绊懙姆课萦懈G洞88孔，平房1345間，樓房261間，共1694孔（間）。

2.3 施工難點

一是由于該工程下穿保安村段，涉及民房范圍較大，埋深僅30～40m，應避免對洞頂范圍內民房產生擾動，以防危及村民生命財產安全，隧洞施工采取機械開挖，存在開挖效率低、成本高、工期得不到保證等施工風險。

二是由于開挖機械采用電動設備，加之施工過程中配置了一些輔助的施工機械，按目前電力配置根本無法滿足要求，因此需要采取高壓進洞方式予以解決，費用較高。

三是經對比相關施工圖紙資料，本段地質均為卵礫石土，中間夾雜少量孤石，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴重，地下水位位于洞頂以上，開挖過程中存在涌水突泥問題。

四是樁號160+139處下穿呂林支線鐵路保安村大橋，隧道右邊線距離橋墩邊線2m，隧洞頂部距離橋樁基底部僅8m，施工中存在巨大安全隱患，因此，需對線路進行調整及加固，以確保安全通過。

五是本段埋深淺，地質差，圍巖不能自穩(wěn)，因此隧洞在初期支護完成后存在沉降收斂、大變形等風險。

3 施工對策

經現(xiàn)場實地勘察并結合設計地質勘測、地質物探等資料，對總干3號隧洞159+911—160+562分段制定了相應的施工措施。

3.1 優(yōu)化開挖方法

由于本段地質為卵礫石土，埋深淺，并且下穿保安村、G209國道、鐵路橋、北川河，為確保施工安全，對圍巖采取分臺階、機械配合人工開挖。隧洞159+911—160+129段設計為Ⅴ類圍巖，采用馬蹄形斷面支護。隧洞159+911為石灰?guī)r夾黏土，且爆破對保安村暫無太大影響，暫按城門洞形施工。待圍巖變差或爆破對保安村產生影響時，再調整為馬蹄形斷面施工。開挖過程中采用機械分臺階開挖，采取相應的加強支護方式。機械開挖時采用140挖掘機，挖掘機寬度2.6m，管棚鉆機高度3m，混凝土罐車高度3m，裝載機高度3m。設備最大寬度2.6m，高度3m，單側枕木侵占0.15m，單側安全距離0.3m，合計寬度3.5m。

3.2 設置超前支護

拱部135°范圍內采用直徑89 mm的管棚注漿超前支護，環(huán)向間距40 cm（根據圍巖情況，可適當調整環(huán)向間距），每環(huán)長度12~20m；管棚施工前，施做管棚工作室，長度4m。拱部采用直徑42 mm的超前小導管預支護，環(huán)向間距40 cm，單根長度3m。對局部富水段采取拱墻直徑42 mm的超前小導管注漿及徑向補灌。

3.3 加強支護結構

根據實際情況，將該段分為159+911—160+129，160+129—160+562兩段加強支護。

初期支護完成后及時施工襯砌混凝土，混凝土標號為C25。掌子面與二襯之間距離控制在70m以內，底部仰拱距離掌子面控制在35m以內。必要時掌子面與二襯施工要保持同步進行，以確保施工安全。施工襯砌混凝土時，將底部弧形部分采用C20混凝土進行回填處理。

由于隧洞施工完成后存在整體下沉風險，根據實際情況對隧洞底部軟基進行C20混凝土換填處理，以滿足承載力要求，確保隧洞不會發(fā)生整體下沉、開裂。

初期支護采用I18鋼拱架，拱架間距0.8～1.0m；直徑25 mm的連接鋼筋，環(huán)向間距0.5m；直徑8 mm的鋼筋網片，網格間距15 cm×15 cm；C20噴射混凝土，厚度25 cm。

二次襯砌C25鋼筋混凝土施工，厚度40 cm。

3.4 加強監(jiān)控量測

支護完成后及時進行監(jiān)控量測，為后續(xù)施工提供科學依據。根據現(xiàn)場量測數(shù)據繪制各測點位移數(shù)據與時間的關系曲線，各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定后進行二次襯砌作業(yè)。

判別圍巖穩(wěn)定的現(xiàn)象及指標如下：初支完成后無混凝土噴層開裂和掉塊現(xiàn)象。

水平收斂（拱腳及拱腰附近）速度小于0.2 mm/d，拱頂下沉速度小于0.15 mm/d，圍巖基本達到穩(wěn)定。如果支護完成后圍巖變形一直不穩(wěn)定，凈空變化速度持續(xù)大于5.0 mm/d，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應加強初期支護，及時分析原因，同時向設計單位反饋信息，以便及時修正施工或設計參數(shù)。

4 效果分析

從監(jiān)控量測結果來看，采用調整后施工方案及支護參數(shù)后圍巖基本穩(wěn)定，屬可控范圍，現(xiàn)場監(jiān)控量測得到的總干3號隧洞161+080—160+110段圍巖最大變形值見表1。

表1 隧洞下穿段圍巖變形量測結果

5 結論

工程應用效果表明，該施工方案保證了施工安全性、經濟性和高效性，為解決深埋軟弱圍巖隧道的施工提供了一種針對性強、效率高的施工方法。