２０１０年第２２期 小断面隧洞软岩层施工钢木拱架管棚超前支护施工技术 赵志义 ．张银瑞 （１固原市原州区水务局；２固原民族职业技术学院宁夏固原７５６０００） 摘要：总结小断面隧洞流砂岩人工开挖、支护、砌护间循环、施工方法，对小断面隧洞软岩层施工具有很好的参考价值。 关键词：小断面隧洞；软岩；钢木管棚；施工技术 １ 工程概况 左右。地面高程：进口桩１ ９１５．５０ｍ，山顶２ ００８．２５ｍ，出口桩 原州区东部农村饮水安全供水工程位于宁夏南部山区 的固原市原州区东部，项目区呈典型的黄土丘陵地貌特征。 该工程以固原东山坡引水工程贺家湾水库为水源，利用东 山坡引水工程给固原城市供水的富余水量，解决原州区东 部和彭阳县西北部干旱地区的人畜饮水安全问题。覆盖范围 包括原州区的清河、头营、官厅、河川、炭山、寨科、甘城、三营８ 个乡镇７４个行政村，４４２个自然村和彭阳县古城、交岔、白阳、 １ ９１５ｍ。场地地貌单元属中山地貌，黄土覆盖较厚，冲沟发 育，局部呈梁峁地貌，多见有黄土溶洞等。 ２．１地层岩性工程地质勘察共布钻井４眼，探井２眼。 根据工程揭露及出露，场地地层岩性有第四系上更新统马 兰组（Ｑ３Ｉｎ）黄土；第三系渐新统清水营组（ ）砂岩；白垩系 下统乃家河组（Ｋ ）泥灰岩。 ２．１．１第四系上更新统马兰组（Ｑ３＂）黄土隧洞从进口到 王洼４个乡镇２４个行政村，９０个自然村，共可解决１４．５０万人 的饮水困难问题。工程铺设于管道１条，总长ｌ １２．２６ｋｍ，支管道 ２９条，总长９９０．３８ｋｍ。工程建筑物主要有水处理厂１座，泵站 ２座，隧洞３座（本文介绍的是其中的１座—２工程地质出口均有分布。厚度３０～４７ｍ不等，土黄色～黄褐色，硬 塑～坚硬状态，高～中等压缩性，可见大孔隙，垂直节理发 育，具有湿陷性，湿陷厚度ｌｇｍ～２１ｍ，为自重湿陷性土层， 湿陷等级为Ⅳ级，分布在进口段长１２０ｍ（桩号１＋１８０ｍ～ ｌ＋３００ｍ），出口段长１８０ｍ（桩号１＋８７７ｍ～２＋０５７ｍ）。 石庄隧洞）。 隧洞位于原州区清河镇石庄村，进Ｅｌ改线桩号 ｌ＋１８０ｍ，出口桩号２＋５７ｍ，隧洞全长８７７ｍ。最大埋深９０ｍ ２．１．２第三系渐新统清水营组（Ｅ３ｑ）砂岩 主要分布在隧 洞段及隧洞洞身以上，厚度为５０ｍ左右。浅紫色、砖红色， 中，现场施工员及监理要严格按施工配合比进行称量，将误 差控制在规范之内，尽可能采用电子称量设备进行称量，并 按要求定时、定期对称量设备的检查、校验。特别要加强对 调整质量１＝本级超、逊径量及含水量之和； 调整质量２＝一（前一级超径量与后一级逊径量之和）； 施工配合比量＝理论质量＋调整质量１＋调整质量２ 每盘配合比量根据拌和设备的拌和容量计算确定（使 用袋装水泥一般按整袋水泥的倍数，结合拌和设备容量确 加水量的准确计量控制、检查，以确保称、计量准确。 ４－３对于使用外加剂的混凝土，＃ｌ－￣Ｊｕ剂的添加量相对较 少，对混凝土的前期或最终质量影响不可小视，必须保证 定，散装水泥直接按拌和设备容量确定）。 注：￣＇Ｉ－３Ｈ剂如果配制成溶液，每盘的水用量还应减去每 盘添加溶液的含水量。 ４施工配合比现场控制措施 添加量的准确。对于固体的外加剂应提前按每盘用量称量 包装，需要配制为液体的外加剂应按每盘用量及确定的添 加容器调配成一定浓度的液体，这样便于现场添加和控 制，确保计量准确，使施工配合比最大限度地与理论配合 比相符。 ５结束语 ４．１为了使现场混凝土配合比符合确定理论配合比的要 求，在混凝土施工开仓前，施工单位必须由具有试验资质的现 场试验人员，按规范要求的检验、检测方法和检验频次，对混 凝土拌和用的砂石骨料等进行检验、检测，根据检测结果计算 调整确定并申报现场施工配合比通知单。经现场监理工程师 对检验过程及结果进行检查确认后，作为现场施工控制配合 在水利工程土建项目施工中，混凝土浇筑施工占了很 大比重，也是工程项目施工质量控制的重点。本人只是从控 制混凝土施工配合比的角度，针对存在的问题，表述了对控 比。施工过程中，当按规范要求的检验、检测方法和检验频次 或气候变化，对混凝土拌和用的砂石骨料等进行检验、检测， 制混凝土内在质量的一些认识和看法。在混凝土浇筑施工 控制过程中，首先严格按照设计配合比调整计算确定现场 施工配合比，使施工配合比最大限度地与理论配合比相符， 若检验、检测数据发生变化，应及时根据实际检验、检测数 据调整现场施工配合比，以确保现场配合比控制量与理论 配合比相符。任何情况下的配合比调整，必须首先征得现场 监理工程师的同意。 是保证混凝土内在质量的的重要环节之一。当然，要保证混 凝土施工的整体质量，还要从原材料的运输、保存和混凝土 浇筑过程的运输、入仓、振捣及模板的制作、安装、温控防裂 ４．２现场施工配合比确定以后，在混凝土拌和施工过程 等各个环节严格按照施工技术要求进行实施和控制。＿Ｉ 农业科ｌＪ．－＿５佳是＠ ２０１０年第２２期 中～厚层状，泥质胶结，胶质程度较差，局部极差，多半为胶 结及未胶（砂糖状）岩层，产状倾向３３０。，倾角２０。。夹有泥 质砂岩层，强风化层厚度２～２．５０ｍ，中等风化层～微风化 层厚度２～２．５０ｍ，裂隙不甚发育，岩体较完整。 拱架是提前加工成的构件（用１６ｃｍ的工字钢加工而成）， 钢拱架与钢管之间有空隙处用杂木填塞，钢拱架与钢拱架 之间用中１４的螺杆连接以增加其整体稳定性。这样就形成 １个棚架支护体系，以支撑来自外侧的围岩压力，从而保证 其隧洞开挖、衬砌的连续性和安全性。 ３．３ 台阶法开挖在精确打人钢管之后，在隧洞两侧开挖 ２．１－３ 白垩系下统乃家河组（Ｋ ）泥灰岩浅紫红色、灰绿 色，中 厚层状，裂隙不发育，岩体较完整。强风化层厚度 １．５０ ２ｍ，中等风化层～微风化层厚度２～２．５０ｍ，主要分 宽２０ｅｒａ，高１．５５ｍ边沟槽，以提前放入圆木和其上的方木， 布在隧洞顶板及洞身。 ２．２工程地质结论 ２．２．１该隧洞进口段长１２０ｍ，出口段长１８０ｍ，计长３００ｉＴＩ， 洞身处在黄土中，埋深约３０ｍ左右。黄土坚固系数０．８Ｏ，属 Ｖ类围岩，毛洞自稳时间短，宜采用边掘进，边衬砌的方法 施工，洞脸开挖边坡比１：１．５０。 ２．２．２隧洞进口段长约２００ｍ及洞身顶板以上，为第三系渐 新统清水营组（Ｅ ）砂岩，该岩石属极软岩，围岩稳定程度极不 稳定，围岩类别为Ｖ类，成岩作用差，抗风化能力弱，难以白稳 定，边墙拱顶易坍塌变形，且变形破坏严重，成｝Ｉ司重要条件差， 不易采用大剂量爆破施工，且应快速施Ｔ，支护紧跟，全断面 衬砌，对较松散状砂岩体，需做好超前支护的施＿Ｔ措施。 ２．２－３ 实施过程中的工程地质 Ｔ程实施过程中的实 地质 与勘探略有差别。进口段１４５ｍ为黄土层（Ｑ ）＿ｒ渺岩段（Ｅ ）长 ２４５ｍ（其中１９０ｍ流砂层段）一泥灰岩层（Ｋ ）长２６９ｍ一砂岩 段（Ｅ ）长７１ｍ（流砂层段 出口段１４７ｍ为黄￣（Ｑ３ｍ）。 ３小断面软岩层施工钢木架管棚超前支护技术 ３．１ 隧洞功能与设计 石庄隧洞的功能是为东部饮水工 程主管道提供通道，主管道管径为４５０ｒａｍ，为玻璃钢管，所 以设计中采用小断面。隧洞砌护断面设计为马蹄形，净底宽 １．６０ｍ，高１．９２ｍ，底板厚２５ｃｍ，两侧拱片厚２０ｅｍ，为Ｃ２０砼 预制安装构件。隧洞开挖按超挖２０ｃｍ控制，超挖部分用 Ｃ１０砼回填，拱片安装完成后进行。 ３．２软岩层段施工钢木拱架管棚超前支护技术根据施 工得到的工程地质软岩（即流砂层）有２段（总长２６１ｍ）：第 １段在进口２００ｍ处，该段流砂层长１９０ｍ；第２段在６６９ｍ 处，该段流砂层长７１ｍ。流砂层的特点是细粉质颗粒，质密 而无胶结，无自稳能力，开挖时极容易坍塌，危及施Ｔ安全， 严重影响工程施工进度。根据流砂的性质特点，对该地质层 的支护进行了多种方案的分析和比较，最后决定采用钢木 拱架超前支护法来处理流砂层段施工中的难题。钢木拱架 管棚超前支护法就是沿着隧洞开挖轮廓线方向，用人工洛 阳铲或特定的机器把一系列长３ｍ的ＧＢ中７５钢管顺着隧 洞轴线方向按一定次序打入开挖前方的地层内，钢管之间 紧挨并排打入，使其形成上部为半径１．５５ｍ的弧形状钢管 棚，两侧下部为１．５５ｍ高，用 ２０ｅｍ圆松木紧挨竖直栽立， 圆松木顶面平铺２０×２０ｅｍ的方木，然后在钢管棚内每隔 ５０ｅｍ支ｌ道钢拱架，钢拱架腿置于下部两侧的方木上。钢 ＠农业科技－５４￣ｔ臭 以每次掘进２ｒｎ为易，每侧每次栽入１Ｏ根圆木，然后再支 撑第１道钢管架，其后是洞内清理开挖。软岩段砂流动性极 强，不易进行全断面开挖，必须采取台阶式开挖方法。具体做 法是先开挖拱间部分，掘进５０ｅｍ后，安装第２道钢拱架，再 向前开挖５０ｃｍ后，安装第３道钢拱架，直到２．５０ｍ处停止向 前开挖，形成第１道台阶，在台阶上沿横向打ｌ道木桩，以防 停止开挖后流砂坍塌；然后反过来再开挖拱下部段，每次进 尺２ｍ后停止开挖，这样就形成上下２个台阶（２个台阶之间 始终保持５０ｃｍ的距离），同样，在底部台阶上沿横向打１道 木桩。在第２个台阶开挖过程中，及时对两侧露出来的圆木 进行横向支撑，分上下两层，用长６０ｃｍ木板条底部背靠圆 木、上部背靠圆木和方木，在木板条上用小圆木或钢管顶住， 每次顶３根圆木，以抵抗来自侧向山岩压力。每当管棚掘进 ２ｍ时，停止开挖，进行拱片安装和管背面砼回填，然后进行 下一道钢管棚的搭设，管棚与管棚之间保持有ｌｍ的衔接空 间。以此类推，稳步掘进，以确保施工安全和进度。 ３．４洞断面开挖过程控制的技术措施不良地质洞段均 有拱顶沉降、边墙侧移变形等现象，施工过程中布置中线、 高程点有经常变动的情况，所以应将控制点设置在牢固、可 靠地段，并经常复核，以尽量减少中线、高程的非仪器过度 使用次数。不良地质洞段或坍方地段施工过程中工序繁多、 干扰较大，测量仪器在施工点不易操作，中线、高程点不易 保留，故采用红外线导向仪是控制中线、高程的较好方法。 在直线段隧洞施工过程中，采用红外线导向仪同时将隧洞 中心线、隧洞某一点高程控制在一条直线上，便于施工人员 随时使用、随时复核断面尺寸。利用红外线导向仪主要是对 开挖修整好的隧洞眼部圆弧钢拱架顶端及两侧底端３个控 制点的定位，在定位点先钻眼打管，然后以１．５５ｍ为半径画 半圆弧，再在圆弧上紧挨从下至上或从上至下的顺序沿两 侧依次平行钻眼打管，这样就保证了施工的精度要求，至于 下部直挖段只要拉垂线就可以了。下一道钢管棚架采用同 样的方法进行控制，两端开挖的隧洞也是如此。只有这样， 才能保证两头开挖无缝连接或控制在允许偏差范围内。 ４结论 小断面隧洞软岩层钢木架施工超前支护技术在东部饮 水工程中是首次被采用，取得了很好的效果。平均每天掘进 ６ｍ。据测算，与全钢架管棚相比可节约开支３５％左右，且操 作简便、安全可靠。一Ｉ