馱英水庫灌區廣沙—寨客段輸水隧洞出口設計優化

郭繼師,虞雙雙

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

1 工程概況

廣西左江治旱馱英水庫及灌區工程開發任務以灌溉、供水為主，兼顧發電等綜合利用，工程由馱英水庫及灌區兩部分組成。

廣沙～寨客輸水隧洞屬于總干渠，位于那堪鎮廣沙村、寨客村之間，長1.021 km，隧洞斷面為城門洞型，混凝土襯砌完的斷面尺寸寬4 m、高5.1 m，拱頂圓弧半徑為2.37 m，輸水隧洞坡比1/2000，使用年限50 a。廣沙～寨客輸水隧洞出口布置在寨客村東南附近的山坡上，該山坡為40°～45°單向斜坡，地表植被發育，種植有樹木。地表覆蓋3～5 m厚的坡殘積土，土體松散，沿斜坡分布；土層下部為粉砂質泥巖、砂巖夾褐紅色泥質粉砂巖，全風化～強風化，巖體破碎，屬于Ⅴ類圍巖。該部位坡體穩定，地下水位位于洞身以下，無不良地質條件。

2 優化前洞口布置

優化前洞口布置見圖1。

圖1 優化前洞口布置示意圖

（1）洞口邊坡處理措施。從隧洞樁號Z16+642.241 處、180.126～188.000 m 高程按1∶1.5 邊坡進行開挖，在高程188.000 m處設一級馬道，馬道以上按1∶1.5 開挖到坡頂。開挖完成后，邊坡采用網格梁植草皮護坡。

（2）洞臉處理措施。沿洞身方向打雙排環向大管棚，鋼管直徑89 mm、管壁厚10 mm、長20 m，環向間距40 cm，排間距40 cm，Φ42 管式錨桿長3.5 m，掛鋼筋網@15 cm×15 cm，噴C20 混凝土，厚度為0.2 cm。

（3）隧洞進口段支護措施。采用鋼拱架I16 a，縱向間距0.6 m，鋼拱架連接板采用22 cm（長）×26 cm（寬）、厚10 mm的鋼板，配M20螺栓連接固定，鋼拱架的固定采用錨桿，Φ22 mm 布置在鋼拱架的上下游側，間距2 m，長3 m，外露30 cm；每榀鋼拱架之間設縱向連接筋，縱向連接筋，Φ25 mm、長1.5 m，縱向間距1 m。掛，Φ8 mm鋼筋網，網片間排距20 cm×20 cm；噴C20混凝土，厚18 cm。

（4）優化前洞臉邊坡處理工程量。優化前洞臉邊坡處理工程量見表1。

表1 優化前洞臉邊坡處理工程量

由于隧洞出口邊坡需要大量開挖，破壞了邊坡上原有的植被，造成邊坡裸露，引起水土流失。為了保護生態環境，擬取消大量邊坡開挖，采用鋼骨架增加明洞長度等措施對洞口布置進行優化。

3 優化后洞口布置

優化后洞口布置見圖2。

圖2 優化后洞口布置示意圖

（1）取消洞口邊坡開挖，僅對隧洞出口洞臉位置進行清理，從洞底高程坡腳處開始按毛洞寬進行開挖，兩側開挖坡比采用（1∶0.75）～（1∶0.50）。隧洞全斷面（樁號Z16+642.241處）開挖時，采用I16鋼拱架進行支護，底板采用同型號鋼拱架進行連接，使其形成整環，拱架間距為0.6 m。待鋼拱架頂部巖土體具有大管棚布置空間（樁號為Z16+637）時停止開挖，進行洞臉加固，首先進行大管棚施工（鋼管直徑89 mm、管壁厚10 mm、長20 m，環向間距40 cm，排間距40 cm），大管棚施工完成后，再進行掛網噴C20混凝土，厚度為0.2 cm；頂部根據現場地形情況設置截水溝。

（2）洞臉加固完成后，澆筑明洞混凝土，混凝土厚50 cm，明洞防護采用城門洞形斷面，5.36（寬）×6.28 m（高）。明洞段鋼骨架為先前立的I16工字鋼，鋼拱架之間用，Φ22 鋼筋連接，全斷面采用，Φ8 mm鋼筋掛網，網片間排距15 cm×15 cm。后澆底板C25混凝土，使洞口與大管棚形成一個整體，以增強洞口的整體性，確保施工安全。

（3）明洞混凝土達到齡期后，正式開始洞挖。

（4）優化后洞臉邊坡處理工程量。優化后洞臉邊坡處理工程量見表2。

表2 優化后洞臉邊坡處理工程量

4 注意事項

（1）管棚的方向控制是管棚施工質量的關鍵。在施工中為保證管棚前段不侵入洞內空間，可以在鉆孔時設置適當外插角。外插角的大小應考慮地質條件、鉆機型號及管棚下撓等因素。過大的外插角不利于充分發揮管棚的支護效果。過小的外插角又容易使管棚侵入洞內空間，隧洞管棚外插角定為2°。

（2）鉆孔導向控制的主要手段是利用導向管，必須保證導向管定位的準確性。導向管可采用全站儀（經緯儀）和水準儀定位，經復核無誤后焊接固定在導向墻的鋼拱架上。

（3）鉆機要牢固定位于鉆機平臺上，確保鉆機軸線與開孔角度一致。架立鉆機時可用羅盤、全站儀（經緯儀）、水平尺和掛線相結合進行控制。

（4）管棚注漿的關鍵是控制漿液密實度和注漿有效范圍。對于一定配比的漿液，注漿的密實度和有效范圍取決于注漿壓力。一般通過現場注漿試驗來確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數。通過試驗確定管棚注漿壓力0.5～2.0 MPa，初壓0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。注漿半徑一般大于50 cm，鋼管間的漿液完全可以滲入巖土孔隙，相互膠結形成整體，并與大管棚共同形成拱形支護承載體系。管棚注漿要嚴格控制漿液飽滿度，漿液可增加管棚剛度，固結周邊巖體、充填鋼管與孔壁之間的空隙，使管棚與圍巖固結緊密。

5 結語

為了保護生態環境，本文對隧洞出口布置進行優化，取消大量邊坡開挖，采用鋼骨架增長明洞，縮短了進洞工期，減少了投資，減少了山體破壞及后期綠化工程量。現該項目已完工，洞口安全穩定，未發現質量問題，可以為類似項目提供參考。