孫 強(qiáng)，單柏翔，游 艇

0 前言

隧洞工程包括交通隧洞（鐵路隧道、公路隧道）、水工輸水隧洞。隨著隧洞工程快速發(fā)展，施工技術(shù)、設(shè)計(jì)理念均有較大改進(jìn)，主要表現(xiàn)在從常規(guī)地形、地質(zhì)條件向復(fù)雜地質(zhì)條件的轉(zhuǎn)變，從常規(guī)開挖方法到平地大開施工方法的轉(zhuǎn)變，從以前短距離單支洞泄洪洞到現(xiàn)在考慮遠(yuǎn)距離支、主洞整體概念的輸水隧洞等[1-3]。本文涉及到以上兩個(gè)方面，一是富含水砂礫石層的復(fù)雜地質(zhì)條件；二是區(qū)別于巖石坡面的平地面大開挖。

以柴河水庫(kù)隧洞工程為例，柴河水庫(kù)隧洞工程支洞口位于汎河250 m處，隧洞埋深0～36 m，地表為砂卵礫石，透水性強(qiáng)；洞室部位地層巖性為晚侏羅世侵入的安山巖、蝕變安山巖。進(jìn)口段巖組不整合接觸帶、節(jié)理發(fā)育部位巖體較破碎～破碎，圍巖多為Ⅳ、Ⅴ類。安山巖局部節(jié)理裂隙極其發(fā)育、蝕變作用強(qiáng)烈，加之地下水與地表汎河水產(chǎn)生水力聯(lián)系，洞室開挖過(guò)程中可能出現(xiàn)節(jié)理切割的失穩(wěn)超塊體塌方、突水等地質(zhì)問(wèn)題，為解決如此復(fù)雜的地質(zhì)條件下的開挖進(jìn)洞問(wèn)題，提出三種方案，進(jìn)行對(duì)比研究。

1 存在問(wèn)題

（1）在滿足主隧洞線路情況下，支洞必須布置在距離汎河河道250 m左右的河灘地上，因地面平整，必須采用大開挖的方式，開挖方量大，基坑深，砂礫石透水嚴(yán)重，而且存在汛期河水倒灌的危險(xiǎn)[4-5]；（2）工期長(zhǎng)，施工受季節(jié)影響大，且滲水量大，抽排費(fèi)用高，長(zhǎng)期排水邊坡有容易失穩(wěn)。

工程布置圖詳見圖1所示。

圖1 隧洞大開挖布置圖（單位：m）

2 隧洞成型方案

2.1 方案一：阻水帷幕后設(shè)輕型鋼大棚

利用明槽段外圍阻水帷幕施工對(duì)目前存在較大滲水的邊坡進(jìn)行系統(tǒng)處理，阻斷強(qiáng)弱風(fēng)化巖體滲水、地下滲水進(jìn)入施工明槽，保證水量控制的可控范圍內(nèi)。同時(shí)，在明槽段上部搭設(shè)型鋼大棚作為覆蓋形成相對(duì)較封閉的室內(nèi)操作空間，阻止地上降雨、降雪等上部水體進(jìn)入基坑，保證明槽段形成較為干燥的施工條件，解決雨天、雪天坡陡路滑，冬季保溫等無(wú)法克服的施工困難，提高生產(chǎn)強(qiáng)度，保證工期滿足合同要求。此方案由分兩部分：一是阻水帷幕；二是輕型型鋼棚布置。

2.1.1 阻水帷幕施工

洞口阻水帷幕灌漿緊貼擺噴防滲墻布置單排帷幕孔，預(yù)計(jì)布孔206個(gè)?？拙?.6 m，孔深15.7 m，先導(dǎo)孔與檢查孔鉆孔孔徑Φ76 mm，灌漿孔鉆孔孔徑Φ56 mm。預(yù)計(jì)鉆孔約3234 m，巖石灌漿1854 m，灌漿單耗250 kg/m，灌漿水泥用量約460 t。灌漿孔分三序施工，Ⅰ序孔51個(gè)，Ⅱ序孔52個(gè)，Ⅲ序孔103個(gè)，所有灌漿孔共分為10個(gè)單元。

施工時(shí)間計(jì)劃：前期準(zhǔn)備10天，設(shè)備人員進(jìn)場(chǎng)后現(xiàn)場(chǎng)布置5天，主體施工30天，灌后等強(qiáng)14天，灌后質(zhì)量檢查孔施工7天，共計(jì)66天。

2.1.2 型鋼大棚施工

對(duì)整個(gè)明槽段開挖輪廓線外全覆蓋輕型型鋼大棚進(jìn)行封閉，型鋼大棚坐落于明槽開挖輪廓外圍堰之上，高出地表以上。型鋼大棚能有效的阻止外部降雨、降雪等外來(lái)水體進(jìn)入基坑，同時(shí)，可兼顧冬季保溫施工。大棚全長(zhǎng)152 m，跨度8 m～52 m，覆蓋建筑面積5058 m2，大棚屋檐高于堰頂高程1.5 m～2.0 m（設(shè)采光窗、通風(fēng)口）。型鋼大棚采用方鋼作為主體骨架、屋面、墻面檁條采用冷彎薄壁型鋼制作，屋面板采用100mm厚彩鋼瓦覆蓋。大棚雙坡排水，排水通過(guò)明槽圍堰堰頂截水溝排放。

施工時(shí)間計(jì)劃：前期施工準(zhǔn)備10天，設(shè)備人員進(jìn)場(chǎng)后現(xiàn)場(chǎng)布置5天，材料進(jìn)場(chǎng)5天，主體施工40天，共計(jì)劃時(shí)間60天。

2.1.4 方案工程量及費(fèi)用估算

阻水帷幕+型鋼棚組合施工工程量及費(fèi)用見表1。

表1 方案一主要工程量及費(fèi)用計(jì)算

2.2 方案二：外延明洞并回填

從支洞樁號(hào)0+130后進(jìn)入洞挖施工，為改變冬季、雨季難以正常施工的現(xiàn)狀，擬將明拱段外延至0+000樁號(hào)處，待明拱形成達(dá)到強(qiáng)度要求后，回填砂卵石土至原地貌地面以上，將原設(shè)計(jì)明槽所無(wú)法避免的降雨、降雪影響因素最大程度的降低；同時(shí)，通過(guò)底板混凝土澆筑、拱架外圍鋪設(shè)土工膜等措施，有效阻斷底板及明槽邊坡強(qiáng)滲水進(jìn)入明洞拉槽段，保證施工滿足施工需求。

2.2.1 施工方案及技術(shù)參數(shù)

1）明拱段施工：采用“型鋼拱架+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土”支護(hù)施工，型鋼拱架采用I12工字鋼加工，拱架間Φ22錨桿連接；拱架外側(cè)鋪裝6 mm厚鋼板全斷面封閉；拱架內(nèi)側(cè)布設(shè)鋼筋網(wǎng)Φ8@150 mm×150 mm，噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25，噴射厚度150 mm。

2）防滲施工措施

①底板混凝土澆筑：底板混凝土采用C20混凝土澆筑施工，澆筑厚度200mm，表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)Φ8@150mm×150mm一層。

②土工膜防滲：為阻斷明槽邊坡滲漏，在拱架回填施工之前，沿拱架外圍側(cè)環(huán)向鋪設(shè)土工膜一層，根據(jù)大壩防滲體施工及工程施工經(jīng)驗(yàn)參考擬選用兩布一膜，規(guī)格500 g/m2，伸長(zhǎng)率40%～60%的土工膜。土工膜緊貼拱架鋼板面鋪設(shè)，以拱架鋼板作為土工膜支撐層。為保證底板與拱架外圍整體的防滲效果，在底板混凝土澆筑期間，預(yù)埋土工膜與明洞外側(cè)土工膜焊接連接，保證明洞段處于整體防滲保護(hù)體保護(hù)范圍內(nèi)。

3）明槽回填：在明拱段拱架施工完成后，分層回填素土、砂土或洞渣料至開挖前原地貌地面線。施工時(shí)，土工膜施工與分層回填同步進(jìn)行，土工膜側(cè)面和上部500 mm范圍內(nèi)人工回填素土層，以作為土工膜上墊層。

2.2.2 施工工期

拱架加工制作15天，明拱安裝45天，噴射混凝土10天，底板混凝土澆筑13天，明拱外側(cè)土工膜安裝、拱外回填施工7天。合計(jì)直線工期68天。

2.2.3 方案工程量及費(fèi)用估算

方案工程量及費(fèi)用估算，見表2。

表2 方案二工程量及費(fèi)用估算

2.3 方案三 現(xiàn)澆混凝土涵洞

擬將0+000～0+130明槽段通過(guò)現(xiàn)澆鋼筋混凝土形成混凝土涵洞，根據(jù)通行需求，涵洞斷面按5 m×5 m（凈斷面）設(shè)計(jì)，鋼筋混凝土涵洞施工完成后，涵洞外側(cè)回填砂礫石土至原地表高程。

2.3.1 施工方案及技術(shù)參數(shù)

1）涵洞施工

①鋼筋混凝土澆筑采用組合鋼模板施工，混凝土及配筋采用與鎖口相一致的C35鋼筋混凝土，雙層配筋，主筋Φ22，分布筋Φ16。按10 m一倉(cāng)進(jìn)行分倉(cāng)澆筑，倉(cāng)位間設(shè)置橡膠止水。澆筑時(shí)，澆筑層高按2 m控制。

②底板混凝土采用C20混凝土澆筑施工，澆筑厚度200 mm，表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)Φ8@150 mm×150 mm一層。

2）回填施工

在涵洞施工完成后，分層回填素土、砂土或洞渣料至開挖前原地貌地面線。

2.3.2 施工工期

涵洞澆筑施工采用人工搭設(shè)滿堂架，支立組合鋼模板進(jìn)行施工，底板混凝土澆筑13天，涵洞澆筑預(yù)計(jì)直線工期93天，土石方回填7天。

2.3.3 方案工程量及費(fèi)用估算

方案工程量及費(fèi)用估算，見表3。

表3 方案三工程量及費(fèi)用估算

2.4 方案比選

根據(jù)對(duì)各施工方案的對(duì)比分析，認(rèn)為方案二為最佳方案。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)外延明拱噴射混凝土+外包土工膜及底板混凝土澆筑形成完整防滲整體，能有效阻斷外圍滲水滲漏進(jìn)入洞內(nèi)，利用明拱外延封閉將原有露天施工影響進(jìn)行合理規(guī)避，保證即使地下水位上漲，明槽段強(qiáng)風(fēng)化巖體滲水不影響施工洞室作業(yè)。

（2）可加強(qiáng)此施工工作面的安全保障能力，對(duì)整個(gè)工程安全建設(shè)起到積極的促進(jìn)作用；同時(shí)，方案實(shí)施得當(dāng)，明槽邊坡滲水得到有效控制，防止在汛期超標(biāo)滲水進(jìn)入主洞，消除對(duì)下游洞室可能存在的威脅隱患。

（3）通過(guò)明拱外延有效的解決了滲水問(wèn)題，保障了施工安全，避免了因道路滲水、坡面滲水導(dǎo)致濕滑、冰潔路面多存在的安全隱患，減少工程經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)，方案的實(shí)施進(jìn)一步提高工程本身防洪度汛能力，減少可能出現(xiàn)的不可預(yù)見的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）可大幅改雨雪、冰凍條件下不利的交通條件，特別是在冬季負(fù)溫狀態(tài)下（每年11月至次年3月此時(shí)間段內(nèi)，長(zhǎng)坡面結(jié)冰路面運(yùn)輸相當(dāng)困難，施工效率低下）施工工期不受影響，4個(gè)冬季施工均能高效施工，為工程達(dá)標(biāo)投產(chǎn)產(chǎn)生積極的推進(jìn)作用。

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