1、工程概述     东莞东深供水应急工程新城路段隧道是一座供水用的土隧道，桩号为0+693~0+815，全长122m,其中进出口各2m范围为明洞地段，前后与箱涵相接，采用城门洞形断面，隧道净宽为2.8m,净高为3.808m,开挖宽度为4.0m,开挖高度为4.94m.隧道所处于山洪冲泻的方向，120m范围的地层为：残坡积粘土、碎石质粘性土、强风化晶屑熔岩；最大埋深8M左右，地下水丰富，地面有新城路公路斜向通过，荷载较大，洞室处于不稳定状态，进洞的位置为道路路基人工填土，雨天时，从路边边坡有较大的渗流。   2、技术特点及施工方案的确定     该隧道原设计采用明洞施工方案，即将新城路临时改道，大开挖施工明洞，再回填恢复道路，这样工作量相当大，且影响道路交通数个月，鉴于这种情况，施工时项目部根据实际地形地貌，分析了隧道穿过新城路地段的地质情况，提出了“超前注浆大管棚支护、超前注浆小导管支护，暗洞施工方案”。经过建设单位、设计单位、监理单位的专家认真分析、比较、论证，在取得充分的理论依据，综合以往类似工程的施工经验，并经多次专家论证，最终确定了采用：     ⑴“超前注浆大管棚支护，超前注浆小导管支护、暗洞施工”的方案；     ⑵同时，考虑到隧道初期支护要求的柔性、及时、密贴和变形特征，初期支护的喷射混凝土采用具有优良抗拉、抗剪、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等性能的钢纤维混凝土，喷射方法采用湿喷法。     ⑶对材料要求和施工设备等都提出变更求。   3、施工设计技术措施 3.1超前支护     该方案的核心问题是解决新城路下方约40m长人工填土和残坡积地层，经过论证比较，采用比较成熟的超前注浆管棚、超前注浆小导管技术，作为超前支护措施。超前注浆管棚采用￠108MM热轧无缝钢管，环向间距0.5m，长6~12m,外插角10°，搭接长度2m,设置15根;超前注浆小导管管径￠51mm,长4m,外插角30°，环向间距0.5m,与管棚相间布置，纵向间距2m,搭接长度2m; 原设计大管棚奇数孔采用花孔钢管，偶数孔采用无孔钢管;管棚采用普通地质轨道钻机钻孔，小导管采用气腿式风钻直接顶进，水平注浆气孔采用气腿式风钻成孔，注浆采用双液注浆泵进行。     在大管棚难以施工时，采用超前小导管。小导管用￠50热轧无缝钢管，长度为5m，沿隧道纵向每1m设置一环，第一环小导管相对隧道中轴线的倾角为14°，第二环倾角设为30°，两种倾角小导管依次交替成梅花状布置；在隧道环向每50cm一根。 3.2初期支护     初期支护采用径向系统锚杆、扩张网、工字钢拱架、喷射混凝土联合支护。径向系统锚杆用￠22mm，长3.0m,环向间距1.0m,纵向间距0.8m，长350cm；工字钢拱架为Ⅰ12.6工字钢，纵向间距0.8m, 每榀之间采用￠22螺纹钢筋纵向焊接连接，共12根，上部为6根，两边墙各3根、上断面拱架与下断面拱架采用钢板绑焊连接;扩张网厚3mm；考虑到隧道支护要求的柔性、及时、密贴和变形特征，喷射混凝土设计为C20的钢纤维混凝土，厚度为25cm，采用湿喷施工。 3.3二次衬砌     二次衬砌混凝土厚度40cm，用C25 W6防水混凝土; 衬砌每隔12m设一永久缝，隧洞衬砌后采用回填灌浆，施工采用整体模板台车，泵送混凝土。隧道结构尺寸及参数示意图如图1-1。
3．4防排水措施     防排水按正常设计设置，对有地下水的地方采用预埋塑料水管，插入端用纱布包着，避免土、砂随水流出而掏空里面，待初喷混凝土凝固强度达到设计要求后，再从排水管往里高压灌浆，浆液中加水玻璃，以加速浆液的凝固。从水管排出的水引到预先设置好的积水井，再用水泵抽排至隧道外   4、主要施工方法     鉴于隧道洞口处在现有新城公路路基下方、位于山脚残坡积层和人工填筑形成的公路路基下方。特殊的水文地质环境，使得进洞位置路基渗水严重。若采用大管棚通常的施工方法：“先施工明洞，在明洞上施工套拱，利用套拱做工作平台施工大管棚”，势必要将新城公路边坡开挖至隧道底部标高，新城公路旁将出现近20m高的峭壁；导致公路路基出现偏压，加上渗水浸泡，可能引起公路路基坍塌或行车道路面开裂，甚至可能导致整个施工方案的失败。因此，施工时没有先施工明洞和套拱，而是根据实际情况将道路路基边坡部分削陡、陡面喷锚、整平，作为大管棚施工的平台，先行打设大管棚；在管棚施工完成，进洞开挖前，施工明洞和“套拱”，将大管棚外露段包含其中，在明洞和管棚的共同作用下，开始进洞开挖。www.tmgc8.com 4.1大管棚施工 4.1.1孔位放样     由于钻机钻杆的自重对钻孔走向的影响，会随着钻孔的加深、钻杆的加长而明显加大；为保证钻孔的有效，确保大管棚钢管不侵入隧道开挖限界以内，在测量放样时将大管棚的孔位，在理论设计弧线的基础上加大了25cm，并且施工中保持钻杆与隧道中轴线成5°角施钻。 4.1.2钻孔     大管棚施工采用MJG-50型和GIR-90型地质轨道钻机钻孔。钻机从拱顶开钻，依此向两侧先施工奇数孔位后，后施钻偶数孔位。施工中，为避免在大管棚全部安装后注浆，出现浆液穿至相邻孔位，堵塞钢管，可能导致部分钢管注浆困难，采取了钻一根，注浆一根的方法。     原设计大管棚奇数孔采用花孔钢管，偶数孔采用无孔钢管，在施工中发现由于地层主要为土质，注浆扩散半径不够理想，为确保注浆饱满，加强对管棚周围土体的固结，后面将偶数孔也改成有孔注浆钢管，即水平注浆孔全断面设置，间距1m,梅花型布置，长4m，以增强周围土体的固结。     钻孔过程是大管棚施工关键的工序之一。由于地质水文的复杂性，钻孔过程比预想的要困难，钻进速度比预期的也慢很多。     在强风化和路基填筑较均匀的地层，钻进速度快，较易成孔；在弱风化和土石混填地层，以及冲沟自然冲积层，钻进较为困难，时常发生卡钻。其卡钻的主要原因，是弱风化和土石混合层在钻孔时，由于钻机接续施工的振动力，使得石块掉入孔中，引起卡钻。这些现象的出现，同时反映出隧道纵向不同里程地质的实际状况，为隧道开挖提供了较确切的地质参考依据。     由于地质复杂，绝大多数孔钻进至10m左右时，钻进困难；根据钻孔情况结合以往经验，从钻杆的长度、钻头可能下沉的因素分析，决定停止钻孔，这样大管棚实际长度为10m；随后用超前小导管代替。     对于个别孔位在钻进不足10m便出现卡钻、塌孔现象的，采取临时停钻，用速凝水泥浆注浆护孔后，再行二次施钻的措施。 4.1.3清孔     在钻孔到位，经扫孔退出钻杆后，采用￠40钢管连接高压风管进行清孔，在钢管送入孔中的同时，送入高压气体，将孔中钻渣吹出，将孔道清理干净，以便大管棚钢管的安装。 4.1.4安装钢管     大管棚钢管采用3m和6m两种长度，相邻两孔第一节3m和6m交错布置，以使相邻孔位的钢管接头不在同一横截面上。受设备和地形的限制，安装钢管专门设计了推入钢管的冲击锤和钢管护头，利用脚手架将冲击锤悬吊，调整锤的高度和冲击距离，人工推动冲击锤，逐渐将钢管推入孔中。钢管节头采用对口焊接加帮条（5mm钢片）焊接连接。 4.1.5注浆和填冲钢管     注浆采用UBJ3型挤压式浆泵施工。大管棚注浆采用纯水泥浆。注浆自钢管内向外分段进行。注浆量以设计参数为基础，通过试验确定最佳注浆量。在注浆压力达到2Mpa，并稳定10~15min后，终止注浆。以确保钻孔四周注满浆液。每一根钢管注浆完成后，及时用压力水清除钢管内的浆液，随后将钢管内注满30号水泥砂浆，以增强钢管的刚度和强度。 4.2超前小导管     隧道穿过新城路路基长度近60m，而大管棚超前支护长度仅10m，未能完全穿过新城公路路基。在洞内再次施工大管棚，要设置大管棚工作室，需在隧道设计轮廓线外开挖1m 以上，这样做不仅在新城公路下方停留时间长，加大了不安全因素，且费工费时。鉴于此特殊情况，施工中采用了设置“双向超前小导管”替代大管棚的办法，施工实践证明，这种方法有效可行。     超前小导管管壁四周钻￠8小孔，作为压浆孔；钢管前端加工成尖锥状，尾部焊上加劲箍；采用风枪打眼，用冲击锤打入孔中。管内注浆采用UBJ3型挤压式浆泵。小导管尾部同钢拱架或系统锚杆焊接，以便共同受力。 4.3施工明洞和套拱     为避免洞口右侧受扰动的道路路基坍塌，隧道进洞开挖前，施工了2m明洞；在明洞和暗洞的接头部位，施做了套拱，将管棚外露端包裹其中。www.tmgc8.com 4.4开挖 4.4.1开挖施工     隧道上方新城路日车流量达8000~10000次，行车对覆盖层的冲击和振动，将影响隧道掘进的施工安全，为保证开挖施工安全和道路交通畅通，确定采用分台阶法施工。 4.4.2初期支护     每一步开挖完成，首先初喷钢纤维混凝土5CM，封闭岩面；接着架立钢拱架支撑，扩张网在钢拱架支撑背后焊接连接，利用干硬混凝土填充钢拱架支撑与开挖面间的空隙；随后打孔安装系统锚杆，分两次完成喷混凝土。因该隧道地下水丰富，开挖面渗水较大，特别在雨季，土石缝隙中甚至形成股流，所以，及早立钢拱架支撑，并充填密实其与岩面的空隙，有利于快速组织围岩面的松动，避免局部坍塌，为此，初喷混凝土之后，先架立工字钢拱架支撑，同时完成扩张网的张挂。     在钢支架支撑架立完成后安装锚杆，风枪打眼，并用风枪将锚杆旋于孔中，灰浆泵注浆。注浆完成并在初喷混凝土之前，安装球形垫板，上紧锚杆尾部螺栓，使之产生一定的预应力。为提高喷射混凝土效果，混凝土采用湿喷技术。 4.4.2.1湿喷混凝土工艺     喷射钢纤维混凝土的力学性能特别适合于隧道初期支护要求的柔性、及时、密贴和变形特征，在国外已得到普遍应用。国内钢纤维在普通浇筑混凝土中已得到大量应用，但在喷射混凝土中由于喷射机具、工艺和钢纤维产品等原因应用较少。本项目隧道初期支护喷射混凝土采用的钢纤维混凝土，是一项技术上的进步和创新。因此，项目部十分重视，首先在初喷的钢纤维混凝土施工前将满足要求的水泥、砂、骨料、水、减水剂、钢纤维进行多次试配后，得出了钢纤维混凝土的最佳配合比为（水泥、砂：石：水：减水剂）：1：1.78：1.59：0.5：0.009，其中钢纤维掺量40KG/M3。钢纤维混凝土必须采用湿喷工艺来实现，该工艺的流程是将满足要求的水泥、砂、石、骨料、水、减水剂按配合比加入搅拌机进行搅拌，搅拌好的成品混凝土用运输设备运至喷射地点并加入湿喷机料斗，然后根据湿喷机操作规程进行喷射。     ⑴湿喷工艺要点     ①满足要求的混凝土拌合物——和易性好、塌落度8~15CM；     ②满足要求的速凝剂材料；     ③按操作规程操作和保养湿喷机；     ④系统风压≥0.5MPA，风量≥10M3/MIN,工作风压风量优化控制；     ⑤喷嘴的距离和角度，优化控制。     ⑵湿喷设备     ①混凝土搅拌机：强制式或锥形反转出料搅拌机；     ②混凝土运输储存设备：6M3混凝土运输罐车一辆，0.75M3容量料槽一个；     ③5、15MM筛网各一个；     ④20 M3电动空压机或12M3移动式空压机一台；     ⑤湿喷机：铁道部科学研究院西南分院研制的TK961型湿喷机。     ⑶湿喷人员配备     ①湿喷机司机1人（需经专门培训，持证上岗）；     ②喷射手2人（轮换及辅助工作）；     ③上料3人（其中1人辅助）；     ④运料2人（运料车司机）；     ⑤搅拌3人（含搅拌司机）；     ⑥电工1人；     ⑦带班员1人 4.4.3监控测量     对隧道围岩及其初期支护进行量测，是保证隧道施工安全和质量的重要手段，在该隧道施工中，把新城路路面沉降观测、超前地质预报、拱顶下沉、收敛量测、钢支撑受力量测作为量测的重点。特别是洞口段20M范围的地表沉降观测、水平收敛量测、钢支撑受力量测等数据的分析，使施工过程能够及时作出开挖和衬砌的决策，有效组织了围岩和初期支护的过量变形，保证了工程施工安全和质量。     通过在开挖面加深锚杆钻孔：在隧道拱顶、拱腰、边墙中部等处，沿隧道前进方向打深眼和利用罗盘仪分析岩石走向等地质超前预报手段，积极有效地预报了复杂的地质变化，围超前支护、开挖施工、初期支护提供了较准确依据，对决定支护措施，加大或减短开挖循环进尺等起着决定性作用，有力地指导了施工。在方案论证初期提出的“地面垂直注浆加固地层”，“超前深孔预注浆固结地层”等辅助施工方案因而取消，节约了工程造价。www.tmgc8.com 4.4.4二次衬砌     由于从开挖至二次衬砌混凝土浇注需一定时间过程，特别是洞口段20m，开挖后隧道明显承受偏压，加之边墙基坑中渗水难以完全排除，虽然有初期支护措施，但土质洞身变形速度和量值明显偏大，为确保施工安全和质量，采取每开挖一段，衬砌一段的措施。因而在洞口处，依据围岩量测数据分析，施作了4m、4m、6m和8m四个小段衬砌。由于受到隧洞断面净空的限制，衬砌台车就位后，机械设备不能通行，导致开挖支护不能与混凝土二次衬砌平行作业。混凝土二次衬砌作业（包括洞底混凝土）安排在整段隧洞开挖支护完成后进行。衬砌混凝土施工时，从最里端往外进行，洞底混凝土超前，拱墙衬砌跟随洞底混凝土进行，混凝土输送泵安设于洞口端方向。这样能避免混凝土运输车运输混凝土时不通过台车，无台车净空限制。部分围岩破碎等需要及时支护的特殊地段，拱墙采用自制简易台架和小型钢模立模灌注混凝土。     洞身底板混凝土采用全断面一次灌注，倒角和“矮边墙”采用自制整体小型钢模立模，每块钢模长3m，板厚3mm，混凝土灌车直接运输混凝土入模灌注，插入式振捣棒和平板式振捣器混合振捣的施工方法。拱墙衬砌采用自制12m整体式专用衬砌台车立模，混凝土输送泵泵送入模，插入式振捣棒和附着振捣器混合振捣的施工方法。 4.4.4.1、衬砌断面形式说明     本隧洞为同一种断面形式，衬砌净空断面基本相同。不同之处在于II类围岩段仅对洞底和边坡进行混凝土衬砌，两墙角处未设混凝土倒角，III、IV类围岩段全断面混凝土衬砌，两墙角设混凝土倒角。混凝土衬砌断面图见图6-11所示。 4.4.4.2钢筋加工、运输、安装     ①筋加工的形状、尺寸必须符合施工图纸的要求。钢筋的表面应洁净、无损伤，油渍、漆污和铁锈等应在使用前清除干净。带有颗粒状或片状老锈的钢筋不得使用。钢筋应平直，无局部弯折。调直钢筋时，I级钢筋的冷拉率不宜大于4％；Ⅱ级钢筋的冷拉率不宜大于1％。钢筋的弯钩或弯折应符合规定。钢筋加工的允许偏差不得超过表6-13的规定。     ②洞底和拱墙衬砌钢筋采用在洞口钢筋加工棚下料，自卸汽车运至工作面进行现场安装。安装时采用绑扎和焊接相结合的方法。钢筋在运输和储存时，不得损坏标志，并应按批分别堆放整齐，避免锈蚀或油污。     ③钢筋焊接前，必须根据施工条件进行试焊，合格后方可施焊。轴心受拉、小偏心受拉构件中的钢筋接头和直径大于22mm的钢筋接头均应焊接。     ④钢筋安装应按施工图纸的要求进行。安装钢筋时，配置的钢筋级别、直径、根数和间距均应符合施工图纸的要求。绑扎或焊接的钢筋骨架不得有变形、松动和开焊。钢筋位置的允许偏差应符合有关规定。钢筋架设完毕后，必须经监理工程师检查验收，符合施工图纸要求，才能浇筑混凝土。 4.4.4.3、混凝土衬砌施工方案     根据混凝土衬砌断面结构形式，仅制作一台整体式模板衬砌台车即可满足混凝土衬砌需要。为便于变形缝施工，台车长度与结构分段长度相同，即为12m。     二衬施工分成底板和拱墙模筑施工两次进行。根据衬砌结构形式，拟采用先施工底板后施工拱墙的方法，底板采用自制专用模板立模，拱墙采用自制专用模板台车立模。其分界处设置于底板混凝土面以上40cm处（即“矮边墙”高40cm），即上倒角上10cm处，此处分界有利于钢筋绑扎，能够减少钢筋接头，符合结构施工的一般步骤要求，并便于拱墙模板台车的制作和混凝土衬砌施工。混凝土采用泵送入模的施工方法。底板和拱墙分界如图2-2所示（以III、IV类围岩衬砌断面为例）。

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