1、隧洞工程不良地質洞段角鋼插入法施工           任廷鴻，羅啟北       （貴州工業大學土木建筑工程系，貴陽 550003）    摘 要：介紹某隧洞工程不良地質洞段施工中的開挖，臨時支護，砼襯砌等各項作業。重點介紹臨時支護中的角鋼插入法。    關鍵詞：不良地質；臨時支護；襯砌；山巖壓力 

2、0;  中圖分類號：TV672.1 文獻標識碼：B    1 工程概述    納雍排澇隧洞工程主洞全長4331 m，施工中設四個支洞，將4331 m的洞線劃分為五段：進口支洞1長655 m，支洞1支洞2長549.6 m，支洞2支洞3長657.2 m，支洞3支洞4長873.0 m，支洞4出口長1596.2 m。支洞4出口為項目流線圖中的關鍵線路。該工程完工后，將減少受澇面積107公頃，改善灌溉面積20公頃，投

3、資抵償年限為8年，工程效益十分顯著。    2 地質情況    工程關鍵線路上的出口4+1814+311 m段地層為二疊系龍潭組頂部，巖性多為褐黃、深灰、灰黑色泥巖，沙質泥巖、砂巖，鈣質砂巖和煤線互層。開挖后，共有5層煤層，厚0.5 m至1.5 m不等。巖層傾向上游，與坡向相反，傾角為20°30°。由于巖層多為軟弱巖層，且煤線夾層又多，加之受褶皺、F1斷層、地下水的影響，巖層極為破碎，節理、裂隙發育，風化較深。故在應力重分布及水分重分布的作用下，常發生塑性

4、擠出、膨脹內鼓和重力坍塌等現象，圍巖完整性、自穩性較差，成洞條件不好，洞頂常形成大面積的自然塌方。    3 施工程序    該隧洞為一排澇隧洞，設計最大過水流量為8.7 m3/s，坡降為1/300，開挖斷面尺寸為3.0×3.4 m，拱弧半徑為1.5 m的城門拱形，由于出口不良地質洞段圍巖成洞條件極差，加之機械化施工條件無法具備，因此選擇合理的施工工序以保質保量地完成施工任務就顯得尤為重要。一般來說，洞室的施工工序應在保證安全和質量的前提下，根據圍巖類別、斷面尺寸、

5、支護方式、工期要求、施工機械化程度和施工技術水平等因素選擇。本段為類圍巖，穩定性差，根據實際情況，我們采用邊挖、邊支護、邊襯砌的施工方式。由于洞段頂部為松散體，且夾有1噸多重的孤石，故在開挖前必須進行洞頂支護。方法是，先沿澆筑好的鋼筋砼拱頂內弧邊緣以向外30°左右的角度把加工好的尖頭角鋼沿洞軸方向打入塌方體中，然后漸次除去拱弧內塌方體，再將槽鋼垂直打入底板，并與頂拱打入的角鋼焊接，形成防護剛性支架。待確認頂部圍巖不會塌方后，再進行邊墻開挖，同時進行邊墻支護及澆筑，最后才是拱頂布筋澆筑。    4 臨時支護  

6、60; 對于不穩定的巖體，采用正確的施工方法是保護圍巖穩定的重要措施；如施工方法不合理，將不僅影響進度，而且使圍巖穩定程度大大降低。一般說來，保護圍巖穩定性的途徑一是保護圍巖原有的穩定性，使之不至于降低；二是賦予巖體一定的強度，使其穩定性有所提高。鑒于此，在不良地質洞室施工中就必須做到盡可能縮小開挖的斷面，以便使圍巖受影響的范圍限制到最小，再就是開挖后及時支襯，以阻止圍巖松動帶的擴展。基于以上原則，我們采用角鋼插入法作剛性臨時支護。    4.1 預估山巖壓力    洞室圍巖由于應力重分布而形成

7、塑性變形區并產生變形破壞，由此引起施加于支襯的壓力，即為山巖壓力。它不僅與圍巖的地質因素和洞室斷面形狀有關，而且也與地應力狀態，支護或襯砌的性能、時間以及施工方法和速度有關。其大小是設計臨時支護的基本依據。水電施工單位根據多年的成果，以平衡拱理論為基礎，經分析整理后于1965年提出了預估山巖壓力系數法：    鉛直山巖壓力：Q=SZBr；水平山巖壓力；Q=SXHr式中：r-巖體容重N/m3;B-洞室開挖跨度m；H-洞室開挖高度mSZ-鉛直山巖壓力系數（0.31.0或更大）SX-水平山巖壓力系數（0.050.5或更大）將r=17000 N/m3，

8、B=3.4 m（擴大斷面支護），H=3.8 m（擴大斷面支護），同時考慮到B、H都較小，并根據實際地質情況，SX、SZ取較小值，即SZ=0.35，SX=0.08, 一并代入得：鉛直山巖壓力Q=20.2 kN/m2；水平山巖壓力：Q=5.2 kN/m2。    42 支護步驟    根據預估山巖壓力，參閱有關規范且根據施工實際情況，我們采取如下支護步驟：    （1）材料加工：為了操作方便，并減小角鋼承受的彎矩，把75

9、2×8的6 m長等邊角鋼加工成1.5 m至2 m長不等的長度。把鋸好的部分角鋼的一端加工成尖頭。    （2）進行短距離支護：沿澆筑好的鋼筋砼內弧邊緣以向外30°左右的角度用千斤頂或錘把加工好的尖頭角鋼打入塌方體中，打入的角鋼長度控制在1.5 m左右，在清除小部分塌方體的前提下，及時用千斤頂把靠近鋼筋砼拱圈的角鋼尾端頂至襯砌斷面外，再用2030 cm長的槽鋼沿拱弧把角鋼尾端用電焊焊接起來，形成第一道剛性拱圈、拱架。    （3）進行長距離步步推進

10、支護：當短距離支護安全后，便形成超設計斷面范圍內的操作空間，用加工好的尖頭角鋼以10°左右角度向外側從第二拱架上打入塌方體中，形成超襯砌斷面的工作空間，然后逐步向掌子面方向清除塌方體，每清除0.6 m就增加一跨剛性拱架，步步推進，直至支護到未開挖的掌子面。    （4）防護加固：當塌方洞內的塌方體清除后，勢必會形成很大的臨空面，剛支護好的角鋼和拱架隨著時間的延長，在受到上部塌方體極大壓力和各部位受力不均條件下，易產生變形和破壞。故必須在第一次防護的基礎上，加密縱向連系梁，使各排拱架形成一個整體，直至無任何安全隱患為止。另外，由于水平山

11、巖壓力很大，故必須在邊墻處加設角鋼支護，以防止邊墻向內擠壓。    （5）洞段中鋼支架立柱處理：待在安全可靠的剛性臨時支護下澆筑完畢鋼筋砼三天后，即可拆模。將澆筑在鋼筋砼中的鋼支架立柱周圍鑿掉部分砼，再用電焊機靠根部將其割斷，最后用高標號砂漿粉糊覆蓋即可。清理后便可進行下段主洞掘進。    在澆砼之前，必須預埋排水孔，以減輕外水壓力，同時防止地下水由高應力區向由于開挖造成的圍巖表部減壓區轉移，導致處理困難。    4.3 支護的架立原則及注意事項 

12、0;  （1）架立原則：    a.支撐應有足夠的整體性，接頭要牢固可靠。    b.每排支撐應保持在同一平面上，在平洞中應與洞軸線垂直。    c.支撐和圍巖之間應用板、楔等背材塞緊。    d.支撐材料應有計劃地進行準備，必須防止停工待料，以免因地層壓力增大，造成處理困難。    e.頂拱應采用前探梁超前支護，嚴禁空頂作業。    （

13、2）注意事項：    a.支撐結構，材料尺寸，中線水平等事項，是否合乎要求。    b.支撐是否牢固，節點是否松動。    c. 支撐位置是否有傾斜或移動現象。    d. 支撐有無扭曲變形或發生折裂。    e. 填塞的木板（背柴）和木楔是否密實。    f. 有否其它不安全情況。   

14、 4.4 臨時支護造價分析    根據該段剛性臨時支護的縱、橫斷面圖，考慮到工程實施中拼接、焊連及斷面擴大支護，并經實際統計，塌方段平均每米耗用鋼材854.7 kg，折合人民幣854.7 (kg/m)×6 .54 (元/kg)=5512.82 元/m。    單價分析見下表：出口洞內塌方段剛性支護單價分析表定額編號：貴州省93-(37+38)單位：t序號項目或名稱單位定額單價金額(元)備注一直接費元 5495.06(一)基本直接費元5387.321人工費元400.00綜合工日工日508400.002材料費元4327.90角、槽鋼t1.0638004028.00電焊條kg55.765278.808#鐵絲kg0.2251.10其他材料費元20.003機械使用費元659.42(二)其他直接費元(一)×2%107.75二間接費元一×85%467.08三計劃利潤元(一+二)×5%298.10四稅金元(一+二+三)×3.03%189.69合