梁強(qiáng)

[摘 要]本文針對(duì)水工隧洞遇大型地下暗河，成功運(yùn)用簡(jiǎn)支梁的設(shè)計(jì)理念，采用搭設(shè)便橋進(jìn)行洞內(nèi)運(yùn)輸，著重闡述了具體的施工方案與便橋的應(yīng)力驗(yàn)算，并介紹了詳細(xì)的施工控制要點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]水工隧洞 大型暗河 施工方案

中圖分類號(hào)：TU455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）13-0085-01

1 概述

牛欄江——滇池補(bǔ)水工程是一項(xiàng)水資源綜合利用工程，是滇中調(diào)水近期重點(diǎn)工程。工程分布于云南省曲靖市沾益縣、會(huì)澤縣以及昆明市的尋甸縣、嵩明縣和昆明市盤龍區(qū)境內(nèi)。由德澤水庫水源樞紐工程、干河提水泵站工程及干河提水泵站至昆明（盤龍江）的輸水線路工程組成。

輸水線施工5標(biāo)段包括大公山隧洞1+682～13+269段洞身及大公山1#支洞、2#支洞、3#支洞。隧洞內(nèi)斷面采用標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形斷面，底拱半徑為4.0m，側(cè)底拱半徑為6.0m，頂拱半徑為2.0m，開挖斷面約4.8m×5.4m（寬×高）。

大公山2號(hào)洞主洞K6+308.296～K6+321.296為過暗河溶洞段。暗河溶洞高度最高約16m，寬度一般10m，最寬15m。過隧洞段溶洞寬度12～13m，高度13～6.5m（右壁到左壁溶洞高度逐步降低，右壁至中線已揭露溶洞，中線～左壁有1～3.5m厚基巖）。河床中有較厚的巨石、塊石、砂卵石，推測(cè)厚度大于5m，兩岸為淤積粘土、粉細(xì)砂，厚度最高接近溶洞兩邊頂部，約15m。溶洞基巖地層巖性為石灰系中上統(tǒng)（C2+3）灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N20°W，SW，∠30°。此段隧洞埋深約100～110m，地表落水洞、漏斗發(fā)育，并有多處伏流存在。溶洞內(nèi)有較大水流暗河。枯期暗河水流高程比隧洞底板低約10m，汛期地下水位比隧洞頂板高約5m，因此汛期暗河水流會(huì)進(jìn)入隧道，枯期暗河流量約1.5m3/s。

2 施工方案

2.1 施工準(zhǔn)備

掌子面排險(xiǎn)、清渣、噴砼封閉掌子面；

準(zhǔn)備2cm厚鋼板及I32b工字鋼；

從掌子面左側(cè)2.5m寬向前掘進(jìn)，底板抬高1m，開挖高度2.5m，采用“弱爆破、短進(jìn)尺”，掘進(jìn)至左右兩側(cè)具備搭設(shè)便橋平臺(tái)的條件。

2.2 臨時(shí)支護(hù)方案渡過地下暗河

對(duì)掌子面揭露的圍巖采用10cm厚C20噴射混凝土封閉揭露的圍巖，防止掉塊，影響地下暗河河床左右兩壁的施工安全。

暗河揭露處，隧洞底板（暗河頂部）圍巖較為單薄，要求在洞身兩側(cè)各5m（共15m）范圍內(nèi)對(duì)暗河頂部和左右兩壁進(jìn)行加固，有效保護(hù)圍巖，增設(shè)Φ22系統(tǒng)錨桿，L=3m， @1.5×1.5m；全斷面掛Φ6.5，@20×20mm鋼筋網(wǎng)；噴射C20砼15cm厚。

采用I32b工字鋼，長(zhǎng)12m，共18根，平均分布于揭露的地下暗河頂部（隧洞底板范圍內(nèi)）?？慷磧?nèi)有軌運(yùn)輸，兩軌附近適當(dāng)加密，小里程平臺(tái)搭設(shè)長(zhǎng)度為4m， 大里程平臺(tái)搭設(shè)長(zhǎng)度為3m，懸空5m。考慮到搭設(shè)平臺(tái)兩側(cè)為不同角度的懸臂巖石，對(duì)兩側(cè)搭設(shè)平臺(tái)鋪4m寬，縱向長(zhǎng)2.2m，2cm厚鋼板，對(duì)施工便橋支點(diǎn)處受力狀況由線狀態(tài)轉(zhuǎn)化為面狀態(tài)受力，加強(qiáng)施工便橋支承處的整體受力。并在I32b工字鋼便橋底設(shè)置Φ22，L=5m，縱向間距1.5m的連接鋼筋，與隧洞底板兩側(cè)邊墻增設(shè)的L=3m，Φ22系統(tǒng)錨桿（對(duì)稱分布），焊接采用雙面搭接焊，以減輕便橋跨中受力。

在I32b工字鋼便橋上滿鋪2cm厚鋼板，加強(qiáng)施工便橋整體連接及穩(wěn)定性。

在便橋鋼板上滿鋪枕木，回填10cm厚碎石，防止運(yùn)輸車輛側(cè)滑。

掌子面右側(cè)采用Φ48×3mm（壁厚）鋼管，設(shè)置防護(hù)欄，防止人、物墜落且便于觀測(cè)地下暗河水流大小。

對(duì)掌子面揭露的圍巖（為探視揭露的地下暗河前方及底板圍巖所施做的導(dǎo)洞暨渡過地下暗河搭設(shè)便橋平臺(tái)）暫不做開挖擾動(dòng)，對(duì)隧洞過暗河以后按Ⅳ類圍巖開挖支護(hù)。

2.3 I32b工字鋼便橋受力計(jì)算書

2.3.1 荷截分析

施工便橋承受荷截主要由橋梁自重荷截q及車輛荷截p兩部分組成，其中車輛荷截為主要荷截，如下圖所示：（見圖1）

為簡(jiǎn)便計(jì)算方法，橋梁自重荷截按均布荷截考慮，車輛荷截按集中荷載考慮，以單片工字鋼受力情況分析確定q、p值。

2.3.1.1 q值的確定

I32b工字鋼每米重57.7kg/m，再加上方木的重量，方木的密度1140kg/m3（取最大值），全橋面滿鋪。

q=（0.16×4×1×1140+57.7×18）÷18）×10÷1000）=0.98KN/m

加上鋼板、護(hù)欄、連接鋼筋的重量：按0.43KN/m考慮，單片工字鋼承受力按1.4KN/m，即：q=1.4KN/m。

2.3.1.2 p值的確定

根據(jù)實(shí)際情況，施工便橋可通過最大重17t的車輛（主要為扒渣機(jī)13.5t/臺(tái)、出渣棱礦17t/臺(tái)，考慮最大重量17t），其壓力為170 KN/m。由18片梁同時(shí)承受，可得到Fmax=F÷18，單片工字鋼承受集中荷載為：Fmax=F18=170/18=9.4KN。

施工便橋設(shè)計(jì)通過車速為5km/h，車輛對(duì)橋面的沖擊荷載較少，取沖擊荷載系數(shù)為0.2，計(jì)算得到：P=9.4*（1+0.2）=11.3KN。

2.3.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算

已知：q=1.4KN/m，p=11.3KN，工字鋼計(jì)算跨度L=12m，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范工字鋼容許彎曲應(yīng)力[σ]=210MPa， 容許剪應(yīng)力[τ]=120MPa。

2.3.2.1 計(jì)算最大彎矩及剪力

最大彎矩（上圖所示情況下）：Mmax=ql2/8+Pl/4=59.1KN

最大剪力（當(dāng)P接近支座處時(shí)）：Vmax=ql/2+P=19.7KN

2.3.2.2 驗(yàn)算強(qiáng)度

（1）正應(yīng)力驗(yàn)算

σ= Mmax/w=59.1/1090=54.2MPa<[σ]=210MPa滿足要求。（w為32b工字鋼凈截面彈性抵抗矩，查表得到1090cm3。）

（2）剪力計(jì)算

工字鋼在受剪時(shí)，大部分剪力由腹板承受，且腹板中的剪力較均勻，因此剪力可近似按τ=V/（I/S）d計(jì)算，（I/S）為慣性矩與半截面靜力矩的比值，d為腹板厚度，可直接查規(guī)范得到，I/S=34.1cm，d=11.5cm，計(jì)算得到：τ=V/（I/S）d=19.7/（341*11.5）=5.1MPa<[τ]=120MPa滿足要求。

2.3.3 整體撓度驗(yàn)算

工字鋼梁容許撓度[f]為（1/200～1/1000）L這里取L/800。[f]=1200/800=1.5cm，而梁體變形為整體變形，由18片工字鋼為一整體進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算得到：f=[5ql4/384+Fl3/48]/EL，其中已求得：q=1.4KN/M，F(xiàn)=11.3KN，經(jīng)查規(guī)范：E=2.06*105MPA，I=21700cm4，代入計(jì)算得到：f=0.6cm<[f]=1.5cm，滿足要求。

2.3.4 驗(yàn)算結(jié)果分析

根據(jù)以上驗(yàn)算，可見本橋可承受重量為17 t的出渣車輛可安全運(yùn)行。

2.4 隧洞襯砌跨暗河方案

隧洞襯砌斷面作為跨暗河整體箱梁斷面，長(zhǎng)度為15.6m， 該段配筋按雙層筋布設(shè)（原設(shè)計(jì)為單層筋），主筋調(diào)整為Φ22@20×20cm，隧洞底板鋼筋調(diào)整為Φ28@15×15cm.該段混凝土襯砌底板厚度調(diào)整為50cm（原設(shè)計(jì)40cm），混凝土采用C35抗硫酸鹽混凝土、抗?jié)B標(biāo)號(hào)W8，由于跨暗河混凝土襯砌為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，該段縱向澆筑不得分段分期，橫向必須保證一次至邊墻3m以上。

3 結(jié)束語

在臨時(shí)支護(hù)渡過暗河施工完畢后，隧洞繼續(xù)向前開挖支護(hù)了100m。暗河段支護(hù)未出現(xiàn)任何安全隱患，充分說明臨時(shí)渡過暗河施工處理方案是得當(dāng)有效的。雨季來臨前對(duì)該段進(jìn)行了混凝土襯砌施工，汛期洞內(nèi)未出現(xiàn)暗河水流涌入，順利的通過了驗(yàn)收小組和水利專家組的驗(yàn)收，專家們對(duì)過暗河段施工予以肯定，為我公司在處理大型地質(zhì)災(zāi)害段及突發(fā)事件方面積累了經(jīng)驗(yàn)。