黄土状壤土隧洞开挖支护施工技术研究与应用

魏永华 马建社

【摘要】本文详细介绍了黄土状壤土隧洞短进尺、勤支护、横断面分区开挖及结合钢筋格栅拱架喷射混凝土支护措施等特殊的开挖支护方法及施工工艺，以供类似工程参考。

【关键词】黄土状壤土；开挖；支护

1、工程基本情况

延安黄河引水工程芦草梁隧洞地处延安市宝塔区与延川县交界处，全长679.1m。隧洞成型标准横断面为直墙城门洞型，设计开挖断面尺寸为宽×高=3.7×4.35m，成型尺寸为宽×高= 2.5×3.05m。隧洞全段顶拱、侧墙采用钢筋格栅拱架喷0.2m厚C20混凝土初期支护。隧洞全断面均采用厚度为0.4m的C25W6F200钢筋混凝土衬砌。

2、隧洞地质围岩情况

隧洞地质围岩为黄土状壤土隧洞，地下水位较高。黄土状壤土密度ρ=2.00～2.03g/cm3，含水量ω=19.50～22.90%。饱和固结快剪强度指标Φ=20.8～24.4°，C=36～42Kpa，单位弹性抗力系数K=0。

3、黄土状壤土隧洞开挖支护施工方法及施工工艺

3.1开挖掘进施工方法及施工工艺

洞身段开挖采用0.3m3小型反铲挖掘机进行，预留0.4m保护层人工配合修整。横断面上分为3部分依次开挖逐步推进进行开挖。循环进尺进洞前10.0m为0.5m；进洞10.0m后为0.8m。其开挖横断面分区方法见开挖示意图3-1所示。

先开挖第①部分，开挖完成验收后立即喷射3～5cm混凝土封闭开挖面（下同），待喷射混凝土初凝后立即进行顶部钢筋格栅拱架的安设及后续的喷射混凝土施工。

待第①部分初期支护完成后再进行第②部分开挖。

第③部分开挖待第②部分初期支护全部完成后进行。

3.2初期支护施工方法及施工工艺

进洞前，在洞顶圆弧设计开口线上0.5m位置弧向布置1排Ф25mm锚杆，弧向间距0.3m，锚杆外露端和洞内第一榀钢筋格栅拱架通过Φ25钢筋焊接连接。并喷射厚度为10cm（法线方向）的C20混凝土。

（1）钢筋格栅拱架施工方法及施工工艺

钢筋格栅拱架高度为0.2m三支形断面。主筋、架立筋及拱架之间连接筋均采用Φ25mm钢筋，箍筋采用φ6.5mm钢筋。箍筋间距0.4m。钢筋格栅拱架每榀分为顶拱部、边墙两部分。

顶拱格栅拱架分为两片，其中一片弧向长度2.0m，并带边墙直线长度0.5m；另一片弧向长度3.8m，并带边墙直线长度0.5m，纵向交叉安装。边墙格栅共计两片，每片高度2.0m。

单榀钢筋格栅拱架的每片之间采用1.2cm厚、200mmX200mm接头钢板焊接连接。钢筋格栅拱架榀与榀之间连接采用间距为1.0m的Φ25mm钢筋焊接连接。在钢筋格栅拱架片与片连接处开挖面上“八”字型布置两根直径为Φ25mm锁脚水泥锚固剂锚杆，Φ25mm锚杆长度3.0m，入土2.8m，外露0.2m，外露端和钢筋格栅拱架焊接牢固。鋼筋格栅拱架每榀纵向间距在进洞前10m为0.5m，10m后纵向间距为0.8m。

（3）挂网喷射混凝土施工方法及施工工艺

钢筋格栅拱架施工验收合格后，挂设φ6.5 @200X200mm钢筋网片（钢筋网片搭焊在钢拱架背侧），喷射C20混凝土，喷射厚度0.20m。

4、地下水抽排施工方法及施工工艺

隧洞地质围岩为黄土状壤土隧洞，地下水位高于洞顶设计高程。加上隧洞开挖主要是顺坡向开挖，无法自流出洞，施工时需要加强抽排水。根据实际渗水及结合设计要求，在开挖底面铺筑厚度为0.2m的粒径为20mm～40mm的卵石作为排水通道。为避免施工设备在其上通行时带进杂物、泥巴等对排水通道的影响，在排水通道顶面车辙位置处放置钢板作为施工设备通行道路。洞内纵向每间隔20m左右位置一侧设置一集水井，集水井内架设潜水泵接力将洞内渗水抽排至洞外排水沟。集水井为圆形，内直径为0.5m，集水井底面低于所在位置的排水卵石底面0.3m，顶面同于所在位置的垫层混凝土顶面。集水井采用厚度为12cm砖墙砌筑。集水井和卵石排水通道连接高度范围内预留十字型进水孔。

5、收敛变形监测

收敛变形监测主要布置在洞内含水量相对较大的部位的4个断面处预埋收敛变形监测仪，每个断面布置3个测点其中顶拱一个测点，左右侧墙开挖底面底板以上1.7m处各一个测点。埋入深度至喷射混凝土和黄土状壤土界面。

5.1收敛变形监测内容

5.1.1两侧收敛变形监测。主要监测两侧相对位移、变形速度、两侧收敛变形与作业面位置及时间关系。5.1.2顶供下沉收敛变形监测。主要监测顶供相对位移、变形速度、顶供下沉与作业面位置和时间关系及判断初期支护方法的是否适宜。

5.2收敛变形监测点的埋设及监测方法

收敛变形监测点埋设按照设计要求进行，并用红漆在喷射混凝土面画圈做明显的标记。

前期读数每天2～3次，后期根据变形收敛情况每天一次，并及时记录整理数据。并对监测数据进行分析，根据收敛变形监测分析结果及时调整初期支护方法及施工工艺。

6、结束语

本工程黄土状壤土隧洞特殊的开挖支护方法及施工工艺，为今后类似工程提供了实践经验和参考依据。当然该施工方法和施工工艺还有需进一步研究和改进的问题，如开挖时为保证初期支护后断面尺寸满足设计要求而考虑一定量的径向超挖量、考虑多少等，须在今后的工作中进一步研究和探讨。

作者简介

魏永华（1966-），男，从事水利水电工程施工28年.

马建社（1966-），男，从事水利水电工程施工27年.