黄土隧洞穿越故河床段超前支护技术

黄土隧洞穿越故河床段超前支护技术

摘要:引洮供水一期工程总干渠15#隧洞长4 704.64m, 其中苟家曲河道为地表古河床，隧道经过该处沟道宽约100m，该段施工时正值雨季，地表河内水量约0.30m3/s，隧道上游3km以外地势较开阔，汇水面积大，流至距隧道1.50km处水量明显减小，可见地表水给地下补给较大，根据地质勘探描述,为防止隧洞掘进时塌方冒顶，提出了穿越该段古河床超前支护技术方案，通过采用管棚结合R32N迈式超前锚杆支护并注浆加固方案。有效的防止了黄土隧洞穿越不良地质洞段时发生坍塌冒顶的可能性。

关键词:黄土隧洞；不良地质；超前支护；方案

1概述

15#隧洞围岩由可塑硬塑状的重粉质壤土和粉质黏土及软塑状的粉质壤土等组成，隧洞在开挖中洞壁、掌子面至面状水流出，随着水流的渗出，有流土、突泥等现象发生，围岩极易坍塌变形。隧洞103+870～+750段穿越苟家曲河道，开挖揭露围岩实际情况为河道中分布有多层al-plQ砂砾石,并且夹有粉质壤土，砂砾层中含有大量的地下水且与地表河道中地表水连通，砂卵石地层透水性极强，地下水从砂卵石地层中由上游向下游渗透。黄土地层在大气降雨和地下水双重作用下，变得较为松软，自稳能力和承载能力会急剧下降，为防止在自重作用下在该段形成塌方冒顶，制定如下超前支护方案。

2方案确定

采用超前管棚结合R32N迈式锚杆加密排超前小导管注水泥—水玻璃双液浆超前支护，管棚外插角5°～10°，长度6～8m，管棚间距30cm，管棚之间打设自进式锚杆，自进式锚杆外插角25°～30°，注水泥—水玻璃双液浆，与管棚结合，取得良好效果。

3管棚结合密排超前小导管注浆施工

3.1施工参数

沿拱部设置管棚和小导管，管棚采用φ89无缝钢管，长度6～8m，排距3～4m，外插角25°～30°，间距30cm；管棚间增设两根φ42超前小导管，长度4m，排距2m，外插角15°～20°。

3.2作业程序及要点

3.2.1设置幕墙

洞身围岩为粉质黏土及软塑状的粉砂黏土和砾砂等透水层，注浆时浆液随掌子面大量出水而流失，且受压后易引起掌子面正面坍塌，并引起拱部坍塌使支护悬空，因此在打设超前管棚和小导管前，先在掌子面喷射10～15cm厚的砼封闭掌子面，与洞身周壁喷射砼连成一体，形成止水围幕，使出水位升高，减少掌子面正前方砂层内的水流速度，便于注浆时浆液向导管四周均匀扩散。

3.2.2打设φ89超前管棚

管棚前端焊接用Φ28钢筋制作的锥体钎头，管棚前端2m管壁半周设φ6mm圆孔透水。拱部按30cm间距布设，外插角25°～30°，管棚带孔侧朝上放置。管棚既是超前支护，又可超前探测，同时又能超前引流导水，减少小导管打设后的出水量，便于注浆。

3.2.3超前小导管作业

采用φ42小导管，小导管前端焊接锥体钎头，导管壁上梅花型设置φ8注浆孔。在两管棚间设置超前小导管，间距10cm，外插角15°～20°，小导管通过丝套与风钻连接直接送入，打设完后及时塞死管口，以防形成出水通路。

3.2.4注浆作业

①注浆材料及配合比：

水泥：采用活性高，出厂日期不超过3个月的525＃以上普通硅酸盐水泥，水泥浆浓度：1.25:1～0.80:1。

水玻璃：出厂浓度42～45Be’，模数2.40～2.80水玻璃原浆，然后稀释成35Be’使用。水泥浆与水玻璃体积比：1:10～1:60;

缓凝剂：采用Na2HPO4，掺量2.50%～2%;水：饮用水，水温不低于6 ℃，pH值在5～8之间。

②注浆方式：双液浆利用管外混合方式，即两套管路各一套注水泥浆，另一套管路注水玻璃，从两侧向拱部注浆。先注水泥浆1～1.50min，两种浆液同时注射，2min停止注水玻璃，每停30～45s注水玻璃30s。

③注浆参数：注浆压力：终压力2～3Mpa，注浆持续5～6min ;单孔注浆扩散半径：R=0.80～1.80m，有效扩散半径：R=60～80cm。

单孔注浆量：砂黏土注浆量：0.80～1.50m3。

砂砾层：2.40～4.50m3，拱角处注浆量加大。注浆后形成止水壳体，如下图所示：

3.3开挖及边墙部位超前支护施工

开挖及后续支护程序如图3、图4所示，具体分述如下：

3.3.1上断面施工

①在集中出水大的管棚末端接橡胶管直接汇入集中水坑，下断面支护完成管路紧切支护面绕至墙脚。

②上断面分部开挖，环状取土，及时喷射砼，支护钢架喷砼至20cm，在集中出水处埋设橡管导水。上断面开挖时，上台阶底高出起拱线20cm，拱角法兰盘埋入未开挖的土层，使之不被喷射砼包裹，便于中层开挖后钢拱架的连接。

③锁脚锚杆或锚管施工:在中层开挖前，在两侧拱角打设两根3.50m迈式锚杆，砂层可打设φ42锚管，角度超前且向下45°方向倾斜，并注水泥—水玻璃双液浆。待浆液固结后方可开挖中层，以防拱角流沙涌水引起坍塌。

3.3.2中层施工

中间预留核心土，两侧交错开挖后及时支护两侧边墙部位，并按向下45°的斜角打设迈式锚杆或φ42注浆锚管注水泥—水玻璃浆液，再取中层预留核心土。

3.3.3下断面施工

下断面斜搓开挖，及时支护钢架，打设锚杆，挂网喷砼支护。然后在边墙部位打设φ42小导管并注浆，外插角30°，间距35cm。两侧边墙条基及仰拱紧跟，确保及时封闭成环。

4施工效果

4.1施工中克服了大面积涌水困扰作业的局面。

4.2克服了施工中坍塌和涌水，且支护下沉量控制在8～12mm以内，收敛控制在20mm以内。

4.3施工后使大面积涌水转为个别点集中出水，便于施工的排水。

5体会

5.1利用密排小导管结大管棚既能起到插板的支护作用，又能充分利用管棚作为地质超前探测，超前支护，超前引流导水，为小导管的注浆提拱条件。

5.2在砂层、砂黏土层采用风动凿岩机施做超前小管棚占用空间小，可投入

机具多，施工效率高。

5.3密排小导管注浆后能连成有效支护和止水壳体。既使出水量大，注浆效果差不能全部封闭，密排钢管能有效的防止流砂使管棚上形成空穴而使坍塌大管棚上方续继扩展。

5.4将大面积涌水转为管棚口或个别部位集中出水，在管棚口或集口出水点接导水管改善了施工环境，尤其是冬季施工中。同时为下一步开挖、支护创造了条件，特别是保证了喷砼施工质量。

5.5边墙部位支护钢架的锁定锚杆或锚管打设突出超前固结下方地层，有效的防止了中层和下断面开挖后边墙部位的坍塌，且减少了拱顶沉落量。

5.6核心土的预留减小了开挖后隆底和周边收敛，引起拱脚流砂涌泥，并减少了汇水面积，使水向两侧分流便于施工排水处理。

参考文献

[1] 甘肃省水利水电勘测设计研究院.甘肃省引洮供水一期工程初步设计报告［R］.

[2] 水工隧洞施工技术规范［S］.