试述新疆库尉地区输水工程软岩隧洞施工

论文导读：
摘要：新疆库尉地区输水工程围岩均由第四系中更新统（Q2pl）低液限粘土组成，稳定性差，同时围岩内分布有松散的砂层透镜体，地质条件十分复杂。隧洞在施工过程中经过一段时间的探索，采用了短台阶分步平行开挖作业法进行施工，在实际运用中取得很好的效果。
关键词：低液限粘土隧洞施工策略
1工程概况、地质条件及设计情况
库尉地区输水工程位于巴音郭楞蒙古自治州开都河—孔雀河流域境内，流域主要包括开都河、博斯腾湖、孔雀河三部分，流域总面积87200km2。工程区位于孔雀河流域，地理位置处于东径86°11′15″～86°22′30″，北纬41°42′30″～41°50′00″。314国道从塔什店向东沿西泵站输水渠柏油路可到达引水口，由314国道经塔什店至引水口距离为10km，从库尔勒市中心至引水口距离为25km；末端位于库尔勒经济开发区白鹭河首端，距库尔勒市中心15km。
库尉地区输水工程（桩号1+100～2+060m）段，位于库鲁克山北麓倾斜砾质平原区中下部，地形坡降1/45，上部为厚3.5～4.5m的洪积含土砂砾石层，其下为中更新统（Q2pl）含砾砂层和低液限粘土层，开挖深度24～4

7.5m。围岩均由第四系中更新统（Q2pl）低液限粘土组成，地下水位高于设计洞顶。

隧洞设计按新奥法原理设计，采用复合衬砌，以钢筋格栅、锚杆、连接筋、钢筋网喷射砼作为初期支护，紧跟模筑砼作为二次衬砌，初期支护为城门洞形，二次衬砌为马蹄型断面。
该工程根据一段时间的研究探索，采用短台阶分步平行流水作业法，取得了一定的施工效果。其原理是采用短台阶，分步平行开挖，分步平行施工顶拱和边墙的初期支护及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形的施工策略。后期通过收敛观测及顶拱沉降监测反馈指导施工，及时调整支护参数和砼衬砌施工时间，确保隧洞施工安全。在遇到自稳定性极差的地段，则应采用上部弧形导坑法短进尺开挖施做拱部初期支护，在此部位施工时应尽量缩短支护循环时间，减少边墙开挖振动。
2低液限粘土隧洞一次支护施工工艺
2.1开挖
洞室开挖采用两台阶分步平行开挖法进行施工，施工顺序见图1。先开挖上导洞，上导洞部分Ⅰ区人工用风镐、铁锹开挖至设计线，小挖掘机（0.2m3）配合出碴。当上导洞开挖完成后立即进行钢筋拱架、网片和连系筋的安装，并喷护C25砼至一衬设计线。然后用小挖掘机（0.2m3）开挖核心土台（Ⅰ区，长3m左右）和Ⅲ区。同步进行边墙部位Ⅵ区（Ⅴ区）的开挖，即采用小挖掘机直接开挖装碴，3—5辆5T自卸车进行运输，同时人工用十字镐，风镐配合挖掘机修至设计面，开挖完成后立即进行钢筋拱架、网片和联系筋的安装，并喷护C25砼至一衬设计线。每循环进尺一般制约在0.5m—1.2m为宜。为尽量避开施工干扰，并有效减小核心土台的高度，确保施工安全，上阶应相错15—20m为宜。

2.2钢拱架安装、挂网

钢拱架支撑由主筋（φ25螺纹钢）、附筋（φ12、φ8圆钢）组成“△”，宽度×高度为18×16cm。每榀钢拱架由四段组成，每段钢拱架的端部设一块钢脚板（δ=1cm），钢拱架与钢板用U型和L型φ20钢筋可靠焊接，相临两块钢板采用3φ20螺纹连接，每榀拱架之间由φ22钢筋连接。钢拱架固定采用起拱处打锚杆焊接或起拱处增设2根∠40*4角钢（L=60cm）伸至岩体内确保拱架底部支撑牢固。钢筋拱架结构图见图2。待Ⅰ区开挖完成后，立即进行顶拱钢筋拱架的安装，安装过程中应确保拱架位置在设计断面上，各项偏差在规范的允许范围内，拱架调整好后将φ22连系钢筋、φ8钢筋网焊接牢固。顶拱拱架安装结束后，跟进安装边墙拱架。

2.3喷射砼

待钢拱架、网片安装完成经过验收后，进行顶拱和边墙的喷护，喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚（墙脚）使砼不密实，造成失稳。先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量与受喷面保持垂直，喷嘴口与受喷面距离以0.6m—

1.0m为宜。喷射砼表面应大面平整并湿润光泽。

2.4 一次支护施工注意事项

2.4.1开挖时按设计开挖边线应预留20cm保护层，人工采用十字镐或榔头修整至设计面，尽量减少超挖量。
2.4.2开挖时左右侧墙不得同时开挖，应错开2m以上，避开出现同一榀拱架两个拱脚同时悬空现象。
2.4.3安装边墙钢拱架时应伸入标准开挖断面以下30—50cm，并浇筑30cm宽的条状锁脚砼，确保拱架受力稳定。

2.4.4施工中要将钢拱架置于坚实的地基上，确保钢拱架受力。

2.4.5钢拱架平面应垂直于隧洞轴线，其倾斜度不应大于2度，钢拱架的任何部位偏离铅垂面不应大于5度。
2.4.6为增强钢拱架的整体稳定性，应将钢拱架与纵向连接筋、结构锚杆、锁脚锚杆焊接牢固。
2.4.7安装钢拱架时，连接接头一定要连接牢固。拱脚部位易发生塑性剪切破坏，该部位接头除栓接处，还应用钢筋焊接，确保接头的刚度和强度。
2.4.8当钢拱架与砼初喷层间存在较大间隙时应想办法将空隙填充密实；钢拱架与围岩的间距不应大于5cm。
2.4.9严格按设计要求进行顶拱下沉及周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时调整一次支护的各参数和砼的衬砌施工时间。

2.5围岩地质条件较差段施工工艺措施

隧洞掘进至地质条件较差段时，除上述施工工艺及策略外，还应采取如下措施：

2.5.1地质勘探

在开挖过程中，加强地质跟踪及预测，以便采取恰当的施工程序及措施，确保围岩稳定。

2.5.2土料开挖开挖严格按照“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则施工。

2.5.3 一次支护

支护位置提前具备，经安全处理和平碴后，立即施作一次支护，采用超前锚杆、挂网喷砼等支护手段，形成一柔性封闭环，确保围岩稳定。同时缩小钢拱架的间距，确保一次支护的强度和刚度。

2.5.4施工监测措施

成洞后按设计要求及时埋设各种观测仪器，并开始观测，十倍洞径距离以后，视变形速率情况，可拉开测量时间论文导读：
间隔。通过勤量测，及时反馈信息，指导开挖支护施工，确保隧洞稳定和施工安全。
3二次衬砌施工
3.1隧洞砼二次衬砌按照新奥法原则进行，砼生产用自动计量拌合站，罐车运输。施工时采用先边顶拱后仰拱的策略。边顶拱砼衬砌采用液压钢模台车，泵送砼浇筑，仰拱砼施工采用常规策略，其具体流程如下所示。

3.2钢模台车操作策略

隧洞边顶拱衬砌采用钢模台车进行立模浇筑，钢模台车总长10.3m，为整体式钢架结构，台车顶部平整上设2排共计6个千斤顶6个垂直丝杆用于支撑顶拱模板，侧面起拱处各设一排（每排5个）水平丝杆，下部砼侧压力最大处各设一排油压千斤顶（自动调节），用于调整及加固模板。钢模左右两侧对称分布有2排共计12个窗口，用于砼入仓及作为进人孔便于仓面平仓振捣，顶拱设两个垂直封拱孔。钢模表面布有12台附着式平板振动器，用于砼振捣。
3.2.1轨道安装：钢模台车利用外力（挖掘机牵引）行走在钢轨上，轨道安装要求较高。经测量人员放线定位后，两钢轨中线与隧洞轴线距离偏差不得大于2cm，高程偏差不得大于1cm，钢轨下每80cm布设一道枕木，确保轨道受力均匀。轨道通过道钉固定于枕木上，每10m铺设一段轨道，与钢模台车相对应。
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2.2钢模台车调整就位：在钢模台车上划定中轴线和起拱线，测量人

员测定隧洞轴线及高程后，通过调整台车顶部的千斤及两侧的油缸，将钢模台车精确定位于设计断面上。定位时，首先调整钢模台车轴线，使其位于隧洞轴线上，再通过升降台车顶部的千斤，将顶模固定于顶拱设计高程处，最后利用两侧的自动油压系统调整两侧模板，使其位于设计断面上。
钢模台车定位后，再次复核钢模是否与设计断面相符，确定在规定的误差范围之后，将台车上所有的丝杆加固。
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2.3底部侧模安装：可参照常规模板安装策略实施。

3.2.4堵头安装：堵头采用定型钢模板拼装，内设对拉螺杆，外设方木进行加固，确保分缝砼面平直、密实，同时也可保证橡皮止水安装质量。
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2.5钢模台车模板表面处理策略，与常规模板类似。

3.3边顶拱二衬砼浇筑
3.3.1边墙砼由钢模台车各窗口入仓，人工进行平仓，仓内采用插入式振捣器进行振捣。仓外采用附着式振捣器振捣。振捣时，振动棒每30cm一层进行分层插入振捣，振动棒应插入下层砼10cm，快插慢提，使气泡充分排出，振捣止水部位时，要防止止水移位或翻卷，同时要注意止水两侧砼是否填充密实。边墙砼浇筑时，各窗口应依次入仓，两侧墙砼均匀水平上升，分层厚度不得大于30cm。砼浇筑至各窗口下平面时，仓内人员由窗口退出，将截断的钢筋焊接好后，窗口即关闭平整，以免砼出现错台。
3.3.2顶拱砼入仓时，必须先从已浇筑好的砼接缝处向堵头方向浇筑顶拱砼，通过钢模台车顶部的冲天尾管及端头的预留孔入仓。砼振捣通过钢模台车上的附着式振捣器进行振捣，确保砼密实。端头最高处应预留观察孔，便于观测顶拱砼是否浇满，避开顶部托空。如顶部端头模板最高处已漏浆，说明砼已浇满，即可停止砼泵送，封拱采用活塞式封拱装置，将冲天尾管处砼压平，砼即浇筑结束。
3.3.3砼浇筑完强度达到设计强度75%后，经质检人员同意后，可进行脱模。脱模后喷养护剂或洒水养护，养护时间不得少于21天。
3.3.4需注意事项：砼浇筑过程中，应保持连续浇筑，各窗口及顶拱封拱，接输送泵时，施工人员动作要迅速，严格制约砼间歇时间， 避开出现冷缝。

3.4洞衬砼浇筑常见理由质量制约

3.4.1砼纵向接缝易出现错台现象，处理策略：钢模台车面板与砼接缝处应用丝杆或木料顶紧，最短不少于8cm，浇筑时随时检查支撑情况。
3.4.2边顶拱与底板施工缝处理：施工缝凿好毛后，用GB止水条紧贴在砼面上，浇筑时加强振捣。
3.4.3止水固定不好容易漏水：用钢筋夹固定，浇筑时加强平仓，并派专人看守，搞好止水周边砼浇筑，防止止水翻卷。

3.4.4顶部脱空理由：加密尾管，布置检查孔，在侧面检查顶拱是否浇满。

4低液限粘土隧洞施工需注意的一些理由
4.1 一次支护和二次衬砌平行作业理由：在正常地质条件下，隧洞一端日进尺为2～3m，月进尺可达到60～90m。二衬边顶拱浇筑时间为8～10小时，脱模时间为30小时，3～4天一段，月浇筑60～90m。在二衬施工过程中，其中有约24小时在钢模台车中部和底部需采用圆木和钢管加固，无法出渣和进材料。洞内一衬和二衬之间需储备喷浆料和钢拱架，确保一衬能正常开展。
4.2 一次支护和二次衬砌距离理由：根据监测资料，掌子面开挖超过围岩收敛监测断面2倍半洞径即20米左右时，围岩变形趋于稳定，但还处于缓慢的变化中在围岩变形趋于稳定后再进行二次衬砌，对二次衬砌的防裂和受力均有利，但由于在一次支护和二次衬砌之间有一段（10m）需进行钢筋邦扎作业，另需布置开挖支护设备和施工场地，在正常地质条件下，其距离应制约在40～70m为宜。为确保施工安全，不宜超过100m。
4结束语
低液限粘土隧洞洞室一经开挖其周岩松动变形很快，早期压力大，如果施工策略和辅助施工措施不当，很容易造成大的塌方或支护严重变形现象。因此，在开挖过程中一定要选用合理的施工方案：尽量减少开挖面，及时支撑成环，制约围岩变形。即遵循：“短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，可确保施工安全、顺利。