浅谈超前支护在浅埋暗挖施工中的应用

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1、浅谈超前支护在浅埋暗挖施工中的应用摘要：针对无水粉细砂层、无水砂卵石层、有水砂卵石层的超前支护技术难题，分别从超前支护方式、注浆材料、浆液配比、注浆参数等方面介绍了具体的施工措施，即：选择小导管超前支护；无水粉细砂层、无水砂卵石层注浆材料选用改性水玻璃，有水砂卵石层选用水泥-水玻璃双液浆；改性水玻璃配比通过现场试验确定，约为1:3；水泥-水玻璃双液浆配比约为1:0.8。经实践已验证了其可行性。关键词：浅埋暗挖；小导管超前支护；注浆材料；浆液配比南干渠工程位于北京市南部地区，全长约27.188km，以京沪高铁路为界分为上、下段，上段由南干渠起点至京沪高铁东侧，全长11.302k

2、m，输水隧洞为两条内径3400mm的钢筋混凝土圆涵低压输水，采用浅埋暗挖的施工方式。下段工程由京沪高铁东侧至亦庄调节池入口，全长15.980km，输水隧洞为单管内径4700mm的钢筋混凝土圆涵，采用盾构施工方式。北京市南水北调配套工程南干渠工程施工第二标段位于浅埋暗挖段，根据设计文件，由于暗涵主要穿越地层为圆砾、卵石层，开挖稳定性差，易出现坍塌现象；且地质结构单一，以厚层卵石为主，属强透水层，使得隧道的开挖与支护困难，超前预支护方法与钻孔方式的选择成为施工中的重点和难点。1地质描述北京市南水北调配套工程南干渠工程施工第二标段位于永定河左堤外，标段后半部分进入大兴灌渠，灌渠底部

3、与两岸地面高程相差2m多，渠道为排水河道，常年有污水。地表覆盖有人工填土或第四系全新统冲洪积粉土，其中人工填土含砖块、砾石，疏松，厚度不均，一般1.3m～3.5m；受垃圾坑影响，桩号1+488～1+556处填土层厚度大，其下为细砂层，厚一般2～3m，最厚达5.0m。下部为厚层圆砾层及卵石层，局部夹漂石，漂石粒径35cm以上，局部更大。根据开挖揭示地层情况显示，南干渠工程施工第二标段主要有3种典型地层：1）拱顶由上至下依次是粉细砂层0.4m；漂石层1.2m，一般粒径10cm～30cm，最大粒径70cm，漂石含量80%～90%，卵石含量约5%，填充物以粗砂为主，含量5%～10%；

4、卵石层3.0m，粒径集中在10cm左右，卵石含量80%～90%，漂石含量约5%，填充物以粗砂为主，含量20%～30%。地层以砂卵石层、漂石层为主，拱顶分布有细砂层。2）拱顶由上至下依次是砾石层1.8m，一般粒径4～10cm，砾石含量95%以上，较松散，不稳定；砂卵石层2.8m，一般粒径4～15cm，最大粒径40cm，卵石含量80%～90%，漂石含量约5%，填充物以粗砂为主，含量20%～30%。地层以砾石、砂卵石层为主，上部砾石较为松散。3）穿越垃圾坑段，拱顶由上至下依次是砂卵石层2.0m，卵石粒径2～10cm，含量70%左右，填充物以粗砂为主，湿；漂石层2.6m，粒径10～3

5、0cm，最大粒径60cm，稍湿。地层以砂卵石、漂石层为主，上部砂卵石层含水量大。2超前支护方案设计浅埋暗挖施工成败的关键，是控制地表下沉和周边环境及结构物的影响，而控制好地表下沉的前提是控制围岩松弛（应力释放）和掌子面的稳定性。根据本工程特点，施工时采用超前小导管支护，小导管常用的施工方法主要有顶入法、吹管法、钻机施工法。其中：顶入法主要适用于粉细砂层，对于砂卵石地层则随粒径的增大顶入越困难；吹管法适用于粒径小于2cm的砂卵石地层；对于粒径大于2cm的砂卵石地层和岩石，则需要采用钻机开孔，孔径较设计导管管径大20mm以上，先用高压风清孔，然后用风镐将超前小导管打入孔内。3超前

6、小导管3.1打设角度南水北调配套工程南干渠工程格栅间距为50cm，仰角15°～20°，打设小导管是在上一榀格栅架设完成后（施工地层为砂卵石层时为了减少对地层的扰动影响在喷射混凝土初凝后）进行。3.2加工制作超前小导管采用内径φ25的无缝钢管，长1.7m，壁厚3.5mm。关宝树等人1的研究认为，浅埋暗挖法的“十八字方针”体现了隧道施工的基本原则—充分利用围岩的自支护能力，围岩是隧道的主要承载单元，为了充分发挥围岩的结构作用，应允许围岩有可控制的变形。施工实践证明使用φ25的无缝钢管做小导管超前支护50cm开挖步距的围岩是成功的。3.3小导管安设小导管超前注浆每榀一次，环向间距3

7、00mm，外露20cm与格栅焊接，小导管安设位置详见下图。图1超前小导管安设图4注浆材料目前常用的注浆材料种类繁多，但归纳起来，主要有水玻璃、水泥浆、黏土及高分子材料等几大类。根据《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》2依据隧道所处地层条件合理选择注浆材料:1）对于无水粗砂及砂砾(卵)石地层应选择单液水泥浆；2）对无水的中砂及粉细砂地层应选择改性水玻璃浆；3）在有水的粗砂及砾石地层,应选择水泥-水玻璃双液浆；4）对于前期及后期强度要求很高的地层,可选择硫铝酸盐水泥类(TGRM,HSC)浆。该工程中针对第一种典