大断面土质隧道管棚与土钉墙支护技术

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1、大断面土质隧道管棚与土钉墙支护技术严辉（广东水电二局股份有限公司，广东增城，511340）【摘要】深圳沙湾隧道是广东省东江—深圳供水改造工程中开挖断面最大，地质条件最差的隧道。结合工程特点和难点，在隧道进、出口段采用了超前大管棚和土钉墙联合支护技术。文章就支护的理论分析、施工工艺和质量检验等方面给予阐述。【关键词】土质隧道支护管棚土钉监测1引言随着隧道施工技术的提高以及人们环境保护意识的增强，隧道开挖中减少明挖工程量而提前进入洞挖施工的工程实例越来越多。洞口大方量明挖有以下几点弊端：（1）土石方开挖量大，增加工程成本，施工工期长；（2）山体植被破坏严重，完工后恢复

2、绿化困难；（3）明挖施工爆破、弃碴等对环境影响较大。鉴于上述原因，我们在东深供水改造工程中隧道进出口的开挖采用了“少明挖、早进洞”的指导思想。隧道洞口段的山体覆盖层厚度较薄，风化程度高，工程地质条件差。尤其在大断面的洞室开挖中，初期支护的施工工艺和安全可靠性尤显重要。按照常规水工隧道洞口段是不能在残积土或全风化土中成洞的，为了贯彻“少明挖、早进洞”的指导思想，我们采用了大管棚加土钉墙联合支护手段，安全有效地进行洞口段的支护。2岩土工程中的土钉墙支护技术土钉墙是以钢筋、钢绞线等作为加筋件，依靠压力注浆后的加筋件与土（岩）体之间的摩擦，并与土（岩）表面钢筋网喷砼层相互

3、作用而形成的支护结构物。土钉可提高土（岩）体的抗剪和抗拉强度，用干法施工的土钉在压力注浆中，浆液沿发育的裂隙和软弱结构面扩散，形成以孔为轴线的树状浆脉，增强了土钉与周围土体的粘接。土钉是靠全长摩擦锚固的，对于细粉砂层、淤泥质层等内摩擦角小的地层不适应，对砾石层、粘性土、粗砂粒岩地层等较适用。3管棚与土钉墙支护在隧道工程中的应用3.1工程概况东江——深圳供水改造工程是向香港、深圳及沿线东莞城镇提供饮用原水及农田灌溉用水的跨流域大型调水工程。本工程自1965年6月建成以来，先后三次扩建，为香港、深圳及沿线东莞城镇的社会经济发展做出了重大贡献。东深供水改造工程主要结构形

4、式为供水泵站、明槽、箱涵、隧道、渡槽等。全线总长51.7km，总投资约47亿元人民币，2003年6月底将全线投入运营。沙湾隧道作为深圳水库污水截排工程，是东深供水改造工程的一部分，隧道长2241m，隧道沿线属低丘地貌，地表水系较发育。隧道线路地带分布的地层，出口洞段沟谷部位为第四系松散堆积层外，其余均为侏罗系中统塘厦群碎屑岩。其岩性为石英砂岩、泥质粉砂岩及凝灰质粉砂岩等。隧道进、出口段为Ⅴ类围岩，轴线上分布的断层较多，裂隙较发育，地下水活动较强。隧道类型为无压城门洞型，钢筋砼衬砌后净宽6.8m，净高7.9m，衬砌厚度为60cm。隧道开挖断面、初期支护及二次衬砌参数

5、如图1。图1隧道横断面图图2隧道支护结构受力分析简图3.2土质隧道管棚与土钉墙支护受力分析土质隧道中支护结构的受力主要来自洞顶覆盖层的山岩压力和边墙两侧土的土压力。拱顶压力作用于管棚后，被钢拱架承受。两侧土压力被钢拱架直腿部分及土钉二者共同承受。土钉及管棚联合支护结构受力简图如图2。3.3管棚施工按设计拱圈外30cm放样，画出管棚开孔轮廓线。在作业面前搭设施工平台，用C6型液压钻机钻孔，孔径146mm，孔间距300mm，孔深12m，外插角5°。管棚孔在钻进过程中要有方向定位，用地质罗盘仪测量钻杆倾角。管棚孔位布置0~135°范围内，135~180°在施工中视地质情

6、况具体而定。除拱顶几个孔外，其它孔口应稍向下偏斜，以便注浆时排气，确保饱满度。C6型液压钻机为回旋式（可冲击）钻机，机身重约12t，外型尺寸2×7.2m，配有普通型、麻花型钻头和可套接钻杆，钻孔范围-90°~90°（垂直方向），最大钻孔深度可达60m。钻机外形见图3。管棚施工用φ108mm、δ=5mm的地质无缝钢管，管壁用电焊烧孔制成花管，底端部制成封闭尖端，以免插管时泥砂挤入而减小管身变形模量。管棚的分段钢管用丝扣来连接，不使用常规管扣。灌浆用普通砂浆机施灌，砂浆拌制要符合配合比设计要求，可在砂浆中掺入少量细粒碎石，灌浆顺序先两侧后顶部，先较低孔后较高孔。管棚施

7、工示意图如图4。图3C6型钻机外形图图4管棚施工、花管制作示意图3.4土钉墙施工沙湾隧道出口段地质条件差，只能用分台阶式的垂直开挖，层层支护的施工方法。这里我们采用了土钉墙法对边墙进行支护，具体施工方法如下述。3.4.1土钉有效锚固长度、行列距的确定和锚固力计算土钉锚固长度由（1）式：L=η*H+L0（1）式中，η——0.7~1.2之间的经验系数；H——边坡垂直高度（这里取隧道最大开挖高度9.3m）；L0——灌浆止浆器长度0.8~1.5m。代入值后得：L=8.64m，取L=9m。土钉行列距由（2）式：SX*Sy=K*d*L（2）式中，SX、Sy——土钉的行（水平向

8、）、列（垂