河曲引黃工程5#隧洞支洞施工方法

張耀棟

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

引黃灌溉工程01標5#隧洞洞線總長3 345m，設計過水流量2.24m3/s，斷面為城門洞形，凈寬×凈高為1.7×1.8m。5#隧洞是本標段最長的一條隧洞，并且斷面最小，施工中通風排煙困難，非常不利于機械化施工，作業循環周期長,整條隧洞處于地下水位以下，并且要穿越540m土層和砂礫料層，施工難度較大，因而5#隧洞成為制約01標總工期目標的一個“瓶頸”。為創造5#隧洞主體工程的施工作業面，從而加快施工進度，保證按期完工，根據需要，在本標段5#隧洞所控制的范圍內增設一條支洞。

2 制約工期進度的原因分析

2.1 斷面小，開挖支護及后期襯砌工作面很難施工

由于5#隧洞設計斷面為1.7×1.8m，開挖斷面比較小。掌子面鉆孔、裝藥及出渣等各項工序都無法加入更多的勞動力，在施工進度上就會有所緩慢。在開挖貫通后的襯砌也同樣存在這樣的問題，以致影響總工期。

2.2 隧洞長，出渣時間過長，排煙困難

由于隧洞太長，則導致每次開挖完成后的石方，不能及時運出洞外；洞內的煙霧也不能在最短的時間內排出洞外。在掘進距離的加長，出渣、排煙的時間也會隨著增長，無法按工期完成。

2.3 地質情況不好

黃土段洞長150m，土質松散，地下水活動弱或無，圍巖類別為Ⅴ（土）類，穩定性差。砂卵石段洞長400m，頂、邊墻支撐能力極差，地下水活動強烈，圍巖類別為Ⅴ類，穩定性極差。

在圍巖類別好的情況下，可以邊開挖邊支護并行作業；而在土洞段或砂卵石段穩定性差的條件下掘進，只能是在開挖完成后及時支護，這也將增長每個循環的時間，也就意味著每天的進尺在縮短。

3 支洞的初步設計

3.1 支洞位置的選擇

位置選擇的原則是既方便施工，又節約投資。根據現場勘察結果，擬將支洞設在5#隧洞中下游部位（樁號約為15+195）的一個砂坑內，砂坑深度18m左右。支洞洞口布置在砂坑底部，以有效減小支洞的長度。

根據現場測量數據，結合施工方案的機械配置，優選出合理的支洞設計方案。支洞軸線與5#隧洞軸線成53°04′17″的角度相交，總長度為218.755m，其中洞外明挖段長度為16.831m，洞內斜井段長度為195.924m，水平段長度為6m。支洞垂直深度為53.186m，從起坡到坡段結束，向下傾角為 14°28′36″。

如果支洞軸線和主洞軸線正交，坡比將達到32.5%，必須考慮有軌出渣的方式。支洞長度是縮短了，但是支洞施工費用和出渣費用將會增加，同時加大了安全風險。

支洞建成后，5#隧洞洞體可分為3個掌子面開挖：可從進口開挖1 200m，出口開挖1 150m，支洞掌子面向上游開挖，開挖主洞長度計劃為995m，能有效緩減5#隧洞工期壓力。

3.2 支洞開挖斷面及結構設計

經參考有關的設計、施工技術規范及招標設計圖紙，并考慮到施工車輛和人員進出、風水電布置等各方面因素，初步確定支洞開挖斷面采用城門洞型斷面。凈斷面為2.5×2.6m。

由于支洞缺少地質勘察資料，其地質情況只能根據支洞所處位置的地形條件，結合施工圖紙進行初步分析，將支洞大致為3段：

3.2.1 洞頸段

支洞進洞部位主要為沙土，土質完整性極差，長度確定為20m，樁號支0+016.831～支0+036.831。在開挖前進行固結灌漿，然后進行開挖，開挖后即進行拱架支撐和掛網噴漿、混凝土襯砌等支護工作。

開挖完成后噴漿，厚度確定為20 cm。先初噴C20混凝土5 cm；然后注錨桿，錨桿規格L＝3m，直徑Ф20，采用II級鋼，間排距為80 cm；同時進行掛網和立格柵拱架，網筋規格準6×準6-200×200，拱架間距80 cm，拱架之間采用Ф20鋼筋連接，連接筋環向間距50 cm；最后進行復噴，直至厚度達到20 cm。在具體施工過程中，如遇巖石比較破碎或其他不穩定巖層段，則根據實際情況采取超前錨桿等支護措施，以保證施工安全。

一次支護完成后，進行混凝土襯砌，采用C20混凝土，全斷面襯砌，厚度30 cm。

3.2.2 斜井段

長度確定為175.922m，樁號支0+036.831～支0+212.755。該段為V類圍巖或IV類圍巖，在開挖完成后噴漿，厚度確定為15 cm。先初噴C20混凝土5 cm；然后注錨桿，錨桿規格L＝2m，直徑Ф20，采用II級鋼，間排距為60 cm；同時進行掛網，網筋規格準6×準6-200×200；最后進行復噴，直至厚度達到15 cm。

該段不考慮混凝土襯砌。

3.2.3 水平段

長度為6m，樁號支0+212.755～支0+218.755，為III類圍巖或IV類圍巖，為方便出碴車輛掉頭轉彎，該段凈斷面擴大至4.5m寬，3.6m高，并加強支護。

開挖完成后噴漿，厚度確定為20 cm。先初噴C20混凝土5 cm；然后注錨桿，錨桿規格L＝3m，直徑Ф20，采用II級鋼，間排距為80 cm；同時進行掛網和立格柵拱架，網筋規格準6×準6-200×200，拱架間距80 cm，拱架之間采用Ф20鋼筋連接，連接筋環向間距50 cm；最后進行復噴，直至厚度達到20 cm。

該段不考慮混凝土襯砌。

最終各類圍巖的分布范圍以開挖為準。

3.3 洞外明挖段結構設計

洞外明挖段長度為16.831m，樁號支0+000～支0+016.831；洞外襯砌5m，樁號支0+011.831～支0+016.831，。洞臉以外部位用M7.5漿砌石砌筑成重力式擋土墻形式。

3.4 洞外邊坡防護

明洞段由樁號支0+000開挖至支0+011.831處，挖深達到4.2m，邊坡以1∶1放坡，噴漿C20混凝土5 cm。在地面開挖邊線外側1m作漿砌石擋墻，防止邊坡流沙灌入和施工安全。

4 結束語

由于該方案的實施，使隧洞掘進順利完成，在施工期間未發生安全事故。但是，具體問題應具體分析，只有針對不同的工程地質問題、制定不同的施工方法和措施，才能確保工程質量、進度和安全。

[1] 《水工隧洞設計規范（SL279—2002）》，中國水利水電出版社出版.

[2] 《水工混凝土鋼筋施工規范（DL/T5169—2002）》，中國人民共和國國際經濟貿易委員會發布.