石山口灌區(qū)隧洞工程設計方案比選與分析

程凌云

（信陽市水利勘測設計院，河南　信陽　464000）

石山口灌區(qū)隧洞工程設計方案比選與分析

程凌云

（信陽市水利勘測設計院，河南信陽464000）

針對石山口灌區(qū)南干六支渠隧洞改建工程的地質條件和線位布置，提出3種設計方案，從改建形式、設計方案、施工工期、工程造價和施工風險等方面進行綜合比較，推薦采用超前支護暗挖隧洞方案，為同類灌溉隧洞工程的設計提供借鑒。

隧洞；地質；擴挖；超前支護；頂管

1　工程概況

石山口灌區(qū)南干六支渠全長15km，設計灌溉流量3.5m3/s，控制灌溉面積0.21萬hm2。渠道樁號0+980～1+730之間，為人工開挖的隧洞，建于20世紀70年代初，洞內徑為1.5m，洞身由4片預制混凝土管片拼裝，由于當時施工條件限制，洞徑偏小，長期為有壓洞運行，且施工時出現(xiàn)過塌洞，導致現(xiàn)狀洞身不順直，左右擺動，高低不平。經(jīng)過40多年的運用，目前隧洞淤塞嚴重，灌溉季節(jié)拱圈上部土體中的粘粒經(jīng)拱圈結合處縫隙隨水流沖走（洞內有壓），洞身出現(xiàn)松動，混凝土預制塊老化嚴重，局部洞頂斷裂，產(chǎn)生坍塌，不能安全運行。由于隧洞處在南干六支渠上游段，位置重要，一旦灌溉期間洞身失穩(wěn)被堵，不僅對上游渠道不利（上游無退水閘，無法退水），而且無法向下游灌溉，因此管理單位決定將其重建。

2　工程地質條件

工程區(qū)屬丘陵崗地地貌，區(qū)域地質位于地槽沉積帶，通過鉆探揭露和調查，出露地層為沖積、洪積的沉積物。場地巖土層自上而下為：階地相的上部填土層（耕植土）、粉質粘土層（見表1）。填土層在勘察區(qū)均有分布，按其成因分為2種，素填土和耕植土，其成分以粉質粘土為主，含少量輕粉質壤土和中粉質壤土。粉質粘土層在勘察區(qū)廣泛分布，為Q3老粘性土，結構致密，壓縮性小，承載力較高，洞身位于該層中，該處場地地基穩(wěn)定，適宜工程建設。

3　隧洞設計方案比選與分析

隧洞段地層結構較簡單，周邊制約因素較少，上部為農(nóng)田和道路，無住宅，工程區(qū)地下水水位較高（距地面2.8～6.3m，洞頂上部），隧洞段以上渠道無退水閘，施工期需考慮排水。根據(jù)上述因素，施工線位布置考慮原洞和新洞兩種情況，對隧洞重建工程提出3個方案：①原洞擴挖重建方案；②超前支護暗挖隧洞方案；③頂管開挖隧洞方案。

3.1原洞擴挖重建方案

現(xiàn)有隧洞洞身全部拆除，重建進出口段和通風檢查井。鑒于原有洞徑偏小，設計擴挖原洞身，內徑由1.5m擴挖至2.0m。結構采用單孔拼裝式圓涵，橫斷面方向圓涵等分為3片，底片為底部加厚的1/3圓弧反拱，反拱兩端部有鉸，上部為左右對稱的2片1/3圓弧管片，共用一個頂鉸。

表1　隧洞區(qū)土層特征一覽表

施工時混凝土圓管下部圓弧底拱為現(xiàn)澆，現(xiàn)澆厚度0.30～0.48m，沿洞身方向每9m一節(jié)澆筑；上部2片圓弧拱為預制結構，壁厚0.3m，預制管片每片寬0.5m，由洞口兩端及中間的3處通風口運輸至洞內鉸接拼裝，洞內施工過程中應進行臨時支護。管片材料為C25鋼筋混凝土，預制塊之間縫外采用二氈三油包裹，洞身分段設沉陷縫，縫間填充“SBS”閉孔泡沫板，洞身外采用粘性強的粘土沿管道四周回填。隧洞出口后接消力池，池后設海漫段與下游渠道銜接。

方案優(yōu)點：①在原有洞身的基礎上開挖，施工時不需要重新進行線路測量定位；②土方工程量小；③不增加占用土地。方案缺點：①澆筑底板時無法利用原有洞身排水，灌溉與施工相互影響；②施工周期較長，工序較多，按進出口同時施工，14d一個循環(huán)（考慮底板凝固強度），循環(huán)進尺36m，需294個工作日，加上進出口段及檢查井施工時間，全部工期約11個月；③拆除預制管片存在風險，在試拆原洞身預制管片時，洞頂土方出現(xiàn)坍塌。工程造價：造價較低，需465.6萬元。

3.2超前支護暗挖隧洞方案

考慮原洞擴挖重建方案的不足，調整隧洞軸線，避開原隧洞，在原隧洞右側以超前支護暗挖法重新修建隧洞。隧洞斷面為城門洞型式，采用管棚超前支護、人工土方洞挖、鋼拱架掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土初期支護、鋼模臺車現(xiàn)澆混凝土二次襯砌的工藝進行施工。隧洞開挖斷面尺寸為下底寬2.6m，洞高2.5m（其中直墻部分高1.2m，頂拱部分高1.3m，頂拱為半徑1.3m的半圓弧）。

開挖前按開挖輪廓尺寸外邊線向土體內打入鋼管，形成管棚，頂拱部位采用D42＠300管棚，邊墻采用D42＠500管棚，管棚超前支護管長6m，每5m一環(huán)，環(huán)間搭接1m。隧洞開挖中，每隔1m設一城門洞型鋼拱架（10#工字鋼），拱架底部布設0.4m寬鋼板，布設長度為整個洞長，每兩榀鋼拱架間焊接φ18＠1000鋼筋，沿洞周掛φ6＠150鋼筋網(wǎng)，噴射C25混凝土，厚度100mm，作為初期支護。初期支護確保洞內施工安全后，進行二次襯砌，采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土洞壁及洞底，洞內凈寬2m，凈高2m，其中直墻部分高1m，頂拱部分高1m，襯砌體每9m一節(jié)，分縫處設橡膠止水，接觸面間填閉孔泡沫板止水。

方案優(yōu)點：①可利用原隧洞進行導流及灌溉使用，灌溉與施工互不影響；②施工周期較短，按每日5m一個循環(huán)向前進尺，需150個工作日，加上進出口段及檢查井施工時間，全部工期約6個月；③超前支護能夠避免土洞塌方風險；④結構整體性強，分縫少。方案缺點：①需要重新進行線路測量定位；②土方工程量較大，需要考慮棄土區(qū)。工程造價：造價適中，需480.3萬元。

3.3頂管開挖隧洞方案

頂管采用直徑2m的承插管，施工時先制作頂管工作井及接收井，作為一段頂管的起點和終點，由于洞長較長，需要在洞身長度200、600m的位置建設2個頂進井，在洞身中間位置建設1個接收井，進出口也可作為接收井，每個頂進井分別向兩側頂進約200m，千斤頂將工具管頂出工作井預留孔，而后以工具管為先導，逐節(jié)將預制管節(jié)按設計軸線頂入土層中，直至工具管后第一節(jié)管節(jié)進入接收井預留孔，貫通全部隧洞。

方案優(yōu)點：①可利用原隧洞進行導流及灌溉使用，灌溉與施工互不影響；②施工周期短，按每日8m一個循環(huán)向前進尺，需100個工作日，加上進出口段和工作井的施工工期，全部工期約4個月；③不存在土洞塌方風險，施工安全。方案缺點：①需要重新進行線路測量定位，施工精度要求高；②施工要求的作業(yè)面較大，土方工程量大，需要征用土地；③單程頂管長度達到或超過200m，對頂管的質量要求較高，管道結構接頭較多；④隧洞埋深較大，工作井費用較高。工程造價：造價較高，需571萬元。

4　結論

綜合比較得出：方案②設計方案合理，結構整體性強，灌溉與施工互不影響，工期適中，施工安全性強，造價比方案①多15萬元，比方案③少91萬元。因此，建議本工程采用超前支護暗挖隧洞方案。

［1］廖元田.建筑工程中土方開挖的相關探討［J］.價值工程，2011（1）:81.

Analysis and Comparison of Shishankou Irrigation Tunnel Engineering Design

Cheng Lingyun
（Xinyang Water Conservancy Survey and Design Institute，Xinyang Henan 464000）

For shishankou Irrigation District South six branch canal tunnel reconstruction engineering geological conditions and line layout，three design schemes were proposed，comprehensive comparison was made from the aspects of the reconstruction of form，design scheme，construction time limit for a project，engineering cost and construction risk，the use of advance support tunnel scheme was recommended，to provide a reference for the similar irrigation tunnel engineering design.

tunnel；geology；excavation；shoring；pipe jacking

TV554

A

1003-5168（2016）06-0120-02

2016-05-10

程凌云（1980-），男，本科，工程師，研究方向：灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造、飲水安全、農(nóng)田水利、水庫除險加固、河道治理等。