馮家山灌區(qū)美水溝水庫溢洪道隧洞土方開挖安全施工措施探討

李建錄

（寶雞市渭濱區(qū)河道管理站 陜西 寶雞 721006）

1 工程概況

馮家山灌區(qū)美水溝水庫除險加固工程地處陜西省法門寺景區(qū)關(guān)環(huán)線北側(cè)1.4km處。原水庫于1971年所建，屬于馮家山引水灌溉配套工程，壩體為梯形土壩，庫容290萬m3，平時用于蓄水灌溉，汛期及春冬灌溉結(jié)束后，用于存蓄余水，進行水量再分配。該水庫壩頂軸線長98.7m，壩高47.6m，北干渠從壩頂穿過，原壩面迎水坡為干砌片石護坡，庫區(qū)建有進水渠、放水洞、閘室、水庫管理站等水工建筑物，壩面背水坡設(shè)有排水溝等設(shè)施。

美水溝水庫除險加固工程分為十三個分部，主要有新建全長256m，其中隧洞段長193m的溢洪道，壩體上下游干砌片石護面，水庫壩面排水溝、大壩放水渠、進水渠新建，壩體檢查井、移位觀察樁的施工等，總工期為8個月。

2 溢洪道隧洞的設(shè)計方案及施工現(xiàn)場基本情況

溢洪道從進口到出口由控制段、收縮段、隧洞段、挑流段、陡坡段、消能池六部分組成，隧洞段從平面布局上呈曲線走向，從樁號0+018隧洞進口至0+048隧洞土方開挖斷面，寬4.5m，側(cè)墻高度由2.9m～2.7m漸變，從側(cè)墻頂至拱頂開挖高度設(shè)計為2.05m，從底板至拱頂垂直高度4.95m～4.75m。從0+048至洞出口0+211，開挖斷面寬度均為4.5m，從底板至拱頂高4.75m，整個溢洪洞設(shè)計斷面厚0.5m，用C30鋼筋砼予以澆筑。

該溢洪洞位于壩體右肩，進口35m范圍，原地面為水庫管理站和北干渠，溢洪洞進口設(shè)計位置與管理站北外墻水平距離2.5m，落差13.5m，北干渠以南隧洞中軸線地表為臺階式梯田，隧洞拱頂離原地面最厚13.5m，最薄9.7m（北干渠底），隧洞施工區(qū)地質(zhì)狀況基本以黃土為主。

3 隧洞施工面臨的困難

施工道路不暢。由于隧洞進口位于壩體右側(cè)，水庫管理站北圍墻外側(cè)，右岸緊靠水庫進水渠，原地面地勢高差大，屬于陡坡地，施工場地狹小，大型機械無法進入現(xiàn)場，土料外運困難。現(xiàn)場地質(zhì)條件差。土層經(jīng)實際觀察和化驗，含水量大、粘結(jié)性差、垂直裂縫較多。按照設(shè)計圖紙，隧洞進口位于管理站圍墻外2.5m處，如果挖深13.5m，帶1：0.6斜坡，開挖線離圍墻不足0.3m，這對施工安全造成嚴(yán)重威脅。隧洞開挖斷面大，對于高4.8m、寬4.5m地質(zhì)狀況差的土洞安全支護難度大。由于溢洪洞長193m，容易造成通風(fēng)不暢威脅施工人員安全。洞內(nèi)濕度大、工作面小，給施工用電帶來了很大的困難。根據(jù)工程進度安排，隧洞施工主要集中在冬季和早春，低溫天氣容易造成路面結(jié)冰，給施工安全帶來較大的影響。

4 安全施工措施的制定

考慮到工程的質(zhì)量進度要求和施工現(xiàn)場的實際情況，美水溝水庫溢洪洞土方開挖采用下述施工方案。

4.1 隧洞外安全施工措施

組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)安全施工方面的知識，掌握安全操作專業(yè)技能，由實踐經(jīng)驗豐富、工作認(rèn)真、有安全員上崗證的同志擔(dān)任安全員，工地上的施工人員必須戴安全帽，安全責(zé)任落實到人。在大壩右肩管理站北圍墻外依據(jù)地勢修建“S”形施工道路，路面寬4.5m，表面鋪砂卵石用于防滑，在急轉(zhuǎn)彎及陡坡邊設(shè)立欄桿及警示標(biāo)志，安裝路燈。在隧洞進口土方開挖前，用鋼架桿、安全網(wǎng)對圍墻進行拉結(jié)固定，防止倒塌。在隧洞進出口土方開挖到地表下設(shè)計高程后，用鋼架桿搭設(shè)防護棚，上面鋪鋼架板，四周掛安全網(wǎng)，防止崖上石塊掉落發(fā)生危險。為改善通風(fēng)條件，在地下隧洞開挖前，用全站儀準(zhǔn)確測定隧洞拱頂中軸線位置，確定施工通氣孔位置（沿隧洞中心線間隔25m），精確計算每個通氣孔鉆孔深度，以使施工人員按此深度鉆直徑為40cm的通氣孔。考慮到洞內(nèi)濕度大，在向洞內(nèi)供電前，應(yīng)對各種電氣設(shè)備進行檢查，洞下用絕緣性能好過流量大的電纜線，各種開關(guān)照明燈具要具有防潮、防水功能，由專業(yè)電工進行線路布設(shè)、設(shè)備安裝，確保施工用電安全。

4.2 隧洞內(nèi)安全施工措施

根據(jù)現(xiàn)場情況，從理論上可以采用下述四種施工方案。①采用大開挖施工。經(jīng)過造價分析，工程費用增加很大，受現(xiàn)場地形限制，堆土場難以解決，施工工期較長。②采用直徑為20cm以上的圓木搭設(shè)成門形支撐，縱向間距1.5m，相互拉結(jié)。這個方案在隧洞前15m施工中，因開挖斷面大，木結(jié)構(gòu)強度差，10月7日的一次塌方將其壓垮，另外木立柱位于隧洞底板位置，對后面工序影響很大。③在開挖面打錨樁掛鋼筋網(wǎng)片，噴細(xì)石砼加固。冬季氣溫低，混凝土凝固慢，且錨桿在土層中拉結(jié)力不強，噴涂工藝要求高，很難達到預(yù)期效果。④采用全斷面鋼支撐支護方案。在隧洞開挖之前先進行鋼支撐、5cm厚木板、Φ48鋼連桿等支護構(gòu)件的加工準(zhǔn)備。鋼支撐采用[200×100×12槽鋼，側(cè)墻立柱鋼支撐高度為2.9m～2.75m，拱頂鋼支撐仍采用200×100×12槽鋼，彎成半徑2.25m的半圓。鋼立柱與鋼拱頂用高強螺栓連接，鋼支撐之間用五根Φ48鋼管縱向焊接連接。在鋼拱架下弦及立柱底橫向用兩根Φ48鋼管作臨時支撐，增加其抗側(cè)壓力，防止鋼支撐發(fā)生移位；在鋼拱頂外圍與隧洞土方開挖面之間鋪排5cm厚木板，防止拱頂及兩邊側(cè)墻崩塌，確保施工人員安全。這種支護方案有以下優(yōu)點：安全可靠性高。因為是全斷面支護能夠確保施工安全。鋼支撐安裝位置在隧洞砼澆筑斷面外不再進行二次拆除，雖然部分[200槽鋼侵占了5cm厚混凝土保護層，但側(cè)墻及拱頂砼澆筑后，這些鋼支撐與設(shè)計配置鋼筋形成了一個整體，可以加強原斷面設(shè)計強度；便利施工。由于鋼支撐設(shè)置在設(shè)計斷面外，中間沒有橫撐立柱等構(gòu)件，工作面大不會影響后期墊層、底板、側(cè)墻等工藝；造價較低。這個方案與隧洞大開挖施工方案比較，從費用上要比大開挖節(jié)省781.9元/m，全隧洞193m長可以節(jié)省15萬元，經(jīng)濟效果明顯。

5 具體落實

美水溝水庫除險加固工程溢洪道施工工程量大、工期緊，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用從隧洞進出口兩端同時進行施工作業(yè)。

首先用大型機械修筑臨時施工道路，平整進出口工作面，對高崖上圍墻進行加固，搭設(shè)進出口安全防護棚、掛安全網(wǎng)。考慮到溢洪洞斷面尺寸大，人力挖運工效太低，采用C30裝載機鏟運與人工挖拱頂及修整側(cè)墻相結(jié)合的方法進行施工，如果土層結(jié)實，沒有裂隙，含水量小，一般挖進6m開始鋼支撐支護；若地質(zhì)情況復(fù)雜，土層含水量大有裂縫，掘進3m或1.5m就開始鋼支撐加固。土方挖運完畢后，進行隧洞放線，確定中軸線及兩邊側(cè)墻位置及拱頂是否達到設(shè)計要求。在具備鋼支撐支護的條件下，清理隧洞底板到墊層標(biāo)高下，左右彈出鋼立柱位置線，縱向間距1.5m，立槽鋼立柱。在兩組鋼立柱間，底、頂共焊四根Φ48縱向水平鋼架桿，立柱腳之間用Φ48鋼管橫向頂撐。在立柱頂安裝水平Φ48鋼管橫向臨時撐。安裝鋼拱架，調(diào)整定位后，用高強螺栓連接，在拱頂兩鋼架之間焊接Φ48鋼管。鋼支撐安裝完畢后檢查其是否安裝牢固，位置是否正確。在鋼支撐外與外側(cè)墻之間，從底到拱頂全斷面滿鋪5cm厚木板，木板頭與鋼支撐用鐵絲綁扎牢固。對鋼支撐支護全面進行檢查，沒有問題，后續(xù)工作開始。

6 結(jié)語

從整個施工過程看，采用鋼支撐全斷面支護效果明顯，在施工過程中，共發(fā)生十四次大小不等的洞頂、側(cè)墻塌方，這種支護方法能夠抵御垮塌帶來的沖壓力，鋼支撐沒有發(fā)生變形、移位。安裝方便，因預(yù)先加工好的構(gòu)件、拱架與立柱分離，重量相對較輕，便于人工安裝就位提高了工效。另外鋼支撐全斷面支護是在設(shè)計斷面外，不再二次拆除工作面大，為后續(xù)工作創(chuàng)造了良好的條件。因施工采用先挖后支、支后澆注的工序互不影響，保證了施工進度。陜西水利