石鐵帥，于洪懿

(遼寧省水資源管理集團(tuán)，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

遼寧省重點(diǎn)輸水工程由水源工程和輸水工程組成，其中輸水工程分為一期工程和二期工程。輸水線路總長(zhǎng)1208.18km，其中隧洞長(zhǎng)531.56km，管線長(zhǎng)675.14km，暗涵與明渠長(zhǎng)1.48km。隧洞開(kāi)挖方式采取TBM和鉆爆法兩種，成洞洞徑最大8.5m，最小4.2m，包括有壓隧洞和無(wú)壓隧洞兩種型式。隧洞總長(zhǎng)占輸水線路總長(zhǎng)的44%，所占比例較大，除布設(shè)主洞洞口外，從施工需要、運(yùn)行管理等方面考慮，還需布設(shè)施工支洞[1]，本工程共布123個(gè)洞口，其中主洞洞口44個(gè)，支洞洞口79個(gè)。洞口數(shù)量大、地形地貌變化多端、永久征地困難等因素客觀存在，二期工程柴河供水所有洞口總結(jié)前期施工經(jīng)驗(yàn)，逐個(gè)洞口現(xiàn)場(chǎng)研究，切實(shí)做到盡量少開(kāi)挖，保留原有樹(shù)木和植被，采取多種防護(hù)形式，保證安全施工作業(yè)。

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸水工程柴河水庫(kù)供水支線工程位于沈陽(yáng)市沈北新區(qū)和鐵嶺市鐵嶺縣境內(nèi)，共分為4個(gè)施工標(biāo)段，線路全長(zhǎng)50.11km，全部為有壓隧洞。隧洞按供水對(duì)象分為三段，第一段為沈鐵共用段，線路全長(zhǎng)24.59km；第二段為鐵嶺新城區(qū)供水支線，線路全長(zhǎng)7.56km；第三段為沈北新區(qū)及沈陽(yáng)北部地區(qū)供水支線，線路全長(zhǎng)17.96km。柴河供水工程設(shè)計(jì)輸水流量13.67m3/s，多年平均調(diào)水量為3.456億m3。隧洞采用鉆爆法開(kāi)挖，開(kāi)挖斷面為圓拱斜墻形，開(kāi)挖洞徑4.245m(底寬)×5.2m(高)，成洞斷面為圓形D=3.9m，圍巖襯砌混凝土厚度30～50cm，襯砌混凝土性能指標(biāo)為C35 W12 F150。本工程同時(shí)包含取水首部工程、分水點(diǎn)事故檢修閘門井工程、鐵嶺新城區(qū)支線出口閥井工程、沈北新區(qū)出口閥井工程。

柴河供水主體工程共布置16條施工支洞，總長(zhǎng)度為11.58km，其中1- 2#、1- 9#、2- 2#、2- 5#、3- 1#為永久支洞。其中最長(zhǎng)的支洞為1- 3#支洞，長(zhǎng)度為1.27km；最短的支洞為1- 5#支洞(凡河)，長(zhǎng)度為0.40km。柴河供水工程主要巖性為白云巖、板巖、白云質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖等，其中Ⅲ類圍巖長(zhǎng)度為32687.92m，占施工總長(zhǎng)度的65.39%，Ⅳ類圍巖長(zhǎng)度為11937m，占施工總長(zhǎng)度的23.88%，Ⅴ類圍巖長(zhǎng)度為5367.2m，占施工總長(zhǎng)度的10.73%。

2 綠色環(huán)保型支洞布設(shè)理念

長(zhǎng)距離輸水隧洞施工過(guò)程中，尤其是全程采用鉆爆法開(kāi)挖的輸水隧洞常常因受工期限制或其他因素的影響，采用施工支洞來(lái)增加工作面，將隧道分割成幾個(gè)段，形成“長(zhǎng)隧短做”，以加快施工速度，改善施工條件[3]。

2.1 保護(hù)生態(tài)環(huán)境

設(shè)置施工支洞需要選擇合適的洞口，每個(gè)施工支洞口均需建設(shè)施工營(yíng)區(qū)、拌合站、骨料堆存廠、鋼筋加工廠、洞口周圍還需建設(shè)渣場(chǎng)等工作場(chǎng)地，每個(gè)支洞周圍均需占用大面積的耕地、林地、道路等各式各樣的地類，對(duì)于周圍生態(tài)環(huán)境的破壞和影響很大，工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾顯得特別突出[4]。

2.2 保證施工需要

單純從工程投資來(lái)確定隧洞的施工支洞，自然是越少越好，但是隧洞設(shè)置施工支洞時(shí)，支洞的數(shù)目及長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、對(duì)外交通情況、支洞間的隧洞工程量、方便出渣及工期要求等，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，要從工程工期及建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益考慮，施工支洞能充分配合隧洞的施工，形成緊密的聯(lián)系，因此在一定程度上有利于施工。

2.3 確保安全作業(yè)

在工程建設(shè)當(dāng)中布置施工支洞首先滿足工程能順利進(jìn)行，與工程建設(shè)同樣重要的是保護(hù)周圍原始地貌及地類的一種現(xiàn)代化建設(shè)理念，很多情況下雖然我們工程建設(shè)的初衷不是想大面積破壞周圍環(huán)境，但我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)過(guò)程當(dāng)中能通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、管理通過(guò)一系列措施去避免或減少對(duì)周圍環(huán)境的影響是我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)當(dāng)中實(shí)實(shí)在在能做到的。

2.4 保護(hù)生態(tài)環(huán)境和利于施工有機(jī)結(jié)合

在支洞布置和洞口布設(shè)時(shí)要把保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保證施工需要、確保安全作業(yè)，還有減少工程投資等方面互相結(jié)合起來(lái)，不能只顧及某一個(gè)方面，而忽視其它方面，要互為結(jié)合和補(bǔ)充，形成統(tǒng)一的完整體。

3 施工支洞布置原則

3.1 施工支洞布置原則

(1)在綜合考慮地形地質(zhì)條件的情況下，水工隧洞洞線布置必須考慮施工要求，兩項(xiàng)工作要協(xié)調(diào)進(jìn)行，充分結(jié)合水工隧洞洞線與地形的關(guān)系，進(jìn)行施工支洞布置。必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，考慮施工交通的方便性、經(jīng)濟(jì)性及施工通風(fēng)條件等因素，力求施工支洞最經(jīng)濟(jì)[5]。

(2)在沿引水隧洞軸線方向上盡可能均勻的布置各施工支洞，通過(guò)施工支洞來(lái)平衡各段的施工工作量。受各種因素的限制，在施工支洞布置過(guò)程中應(yīng)該盡量縮短控制性引水隧洞洞段的長(zhǎng)度，縮短工程的控制性(直線)工期，達(dá)到加快工程進(jìn)度的目的。

(3)施工支洞布置應(yīng)考慮隧洞開(kāi)挖的施工程序及開(kāi)挖方法。在施工程序中主要有開(kāi)挖及襯砌兩項(xiàng)內(nèi)容。對(duì)于整個(gè)隧洞來(lái)說(shuō)，如何合理安排各個(gè)部位開(kāi)挖和襯砌之間的順序，以及開(kāi)挖和襯砌本身的順序，對(duì)于避免施工干擾，保證施工安全，加快施工速度具有重要的意義。

(4)施工支洞布置應(yīng)考慮機(jī)械化程度。如果機(jī)械化程度低，隧洞施工需要的人力相應(yīng)增加，那么隧洞內(nèi)的施工條件就相應(yīng)要求很高，這就對(duì)施工輔助設(shè)備提出了更高的要求，也限制了施工支洞的間距。如果施工機(jī)械化程度高，開(kāi)挖進(jìn)尺大，施工進(jìn)度快，在滿足施工條件的前提下，就可以減少施工支洞的數(shù)量，提高工程的效益。

3.2 施工支洞布置

施工支洞布置時(shí)應(yīng)考慮因素主要包括盡可能使各工作面承擔(dān)的工作量一致；主要交通運(yùn)輸干線通向支洞口的運(yùn)輸線路工程量要?。槐ＷC良好通風(fēng)，出碴距離不長(zhǎng)；支洞線最短，洞線地質(zhì)條件較好，洞口巖體穩(wěn)定，明挖量較?。恢Ф纯谟袟壊陥?chǎng)地和臨建布置條件；洞口不受洪水影響。

4 支洞布置及洞口位置選擇

根據(jù)地形地質(zhì)條件、主洞布置、工程量、施工期限、施工方法及機(jī)械化程度等具體情況，同時(shí)考慮支洞的支護(hù)型式、運(yùn)輸方式、運(yùn)輸強(qiáng)度和運(yùn)距等條件，全程共布置16條施工支洞，總長(zhǎng)度為11.58km，為工程運(yùn)行期間檢修需要，將1- 2#、1- 9#、2- 2#、2- 5#、3- 1#設(shè)置為永久支洞。柴河供水施工支洞均布置為平支洞，其中1- 2#支洞最大坡度為14.09%。各支洞口位置距離國(guó)、省干路較近，對(duì)外交通便利，支洞口與外界交通路聯(lián)通通暢，多數(shù)利用已有鄉(xiāng)、村道路，進(jìn)行適當(dāng)加寬路面整修即可，新修道路長(zhǎng)度較短，不僅減少了在道路設(shè)施上投入的人力、財(cái)力，同時(shí)減少了修建道路設(shè)施而破壞的耕地、林地，降低了工程對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，其中1- 1#支洞需要新建道路1077m，雖然1- 1#支洞為臨時(shí)支洞，但此段路為取水頭部永久進(jìn)場(chǎng)路設(shè)計(jì)區(qū)間，將此段路與1- 1#進(jìn)場(chǎng)路相結(jié)合不僅有效的改善了1- 1#支洞的交通條件，避免了施工期間對(duì)村民的生活干擾，同樣2- 2#、2- 5#支洞為永久支洞，永、臨結(jié)合的道路布置形式，降低了工程投資。通過(guò)實(shí)踐，柴河供水工程支洞的合理布置及洞口位置的恰當(dāng)選擇，充分利用現(xiàn)有道路資源，既滿足了工程需要，又將工程對(duì)周圍環(huán)境的影響降到最低，同時(shí)降低了工程造價(jià)。

5 施工支洞洞口形式分類及布置

由于柴河供水工程本身地形地貌較為復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，同時(shí)受工期、施工條件等制約，以及礦產(chǎn)壓覆、軍事管理區(qū)等客觀條件的影響，支洞口位置地形多種多樣，根據(jù)各洞口的地形、地貌條件，將16條施工支洞洞口分為緩坡土洞式洞口、巖石陡邊坡式洞口、平坦河灘地深基坑式洞口、巖、土結(jié)合緩邊坡式洞口4類。

5.1 緩坡土洞式洞口

2- 1#、2- 2#、2- 5#、2- 6#、3- 2#支洞口坡腳均為耕地，洞頂以上為林地，植被茂盛，山體坡度較緩，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖揭露均為第四系全新統(tǒng)坡積黏土、粉質(zhì)黏土，穩(wěn)定程度較差，故歸類為緩坡土洞式洞口。如采用明挖開(kāi)槽，并滿足范規(guī)定的1.5倍洞徑覆土厚度的情況下，由于各洞口處上坡坡度較緩，明挖開(kāi)槽長(zhǎng)度將大大增加，同時(shí)粉質(zhì)粘土的開(kāi)挖邊坡為1∶1.25，開(kāi)槽的上開(kāi)口寬度較大，因此勢(shì)必造成較大規(guī)模土方明挖，造成大量植被的破壞，有違環(huán)保綠色型支洞布置理念。為此，提出明洞暗挖的施工方法，即先做明洞，后開(kāi)挖明洞內(nèi)土體。此施工方法不僅降低洞臉處的邊坡開(kāi)挖高度，縮短明挖開(kāi)槽的長(zhǎng)度，并減少對(duì)土體的卸荷擾動(dòng)，保證洞段土體的自然穩(wěn)定，同時(shí)考慮到土洞的洞挖可用反鏟等機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖，無(wú)需爆破，對(duì)土體震動(dòng)很小，因此擬定當(dāng)空口覆土達(dá)到1.5m時(shí)，即可開(kāi)始進(jìn)洞。

5.2 巖石陡邊坡式洞口

1- 3#、1- 4#、1- 7#洞口位置山坡坡度較陡，高度較高，能夠保證洞頂足夠的覆蓋層厚度，進(jìn)洞條件較好，歸類為巖石陡邊坡洞口。洞口為高邊坡巖石洞口，綜合進(jìn)洞條件較好，但由于山體坡度較陡，且高度較高，其中1- 3#洞口坡頂位置局部突出，形成小范圍反坡。巖石條件下進(jìn)洞通過(guò)爆破進(jìn)行開(kāi)挖，會(huì)引起山體的震動(dòng)，雖然通過(guò)先進(jìn)行欲裂爆破等手段，可減輕對(duì)山體的擾動(dòng)，但仍然存在石塊塌落的風(fēng)險(xiǎn)，由于山坡坡面較陡，三個(gè)洞口上坡坡比接近1∶0.75，其中1- 4#支洞山坡體坡度更大，因此如按照常規(guī)做法對(duì)山體進(jìn)行削坡，并結(jié)合噴錨支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)，需要對(duì)洞口以上大面積山坡進(jìn)行支護(hù)，此舉不僅造成原山坡大面積的植被破壞，同時(shí)后期山體的恢復(fù)將非常困難。如此會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成無(wú)法挽回的惡性破壞。為此，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，考慮以上三個(gè)高邊坡巖石洞口山坡坡體形成時(shí)間較長(zhǎng)，已達(dá)到自穩(wěn)能力，施工過(guò)程中應(yīng)充分利用這一點(diǎn)，以減少支護(hù)范圍。并通過(guò)控制爆破強(qiáng)度的方法，減少對(duì)山體的擾動(dòng)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)，制定洞臉部位的防護(hù)方案。

5.3 平坦河灘地深基坑式洞口

1- 5#支洞口位置為耕地和草坪種植區(qū)，地勢(shì)平坦，且位于位于汎河右側(cè)200m左右，同時(shí)根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)情況，地基巖性為砂卵礫石，為進(jìn)洞安全，洞頂覆土必須滿足規(guī)范規(guī)定的1.5倍洞徑(7.5m)，由于洞口位置頂面平坦，因此洞口開(kāi)挖形成深基坑，故歸結(jié)為平坦河灘地深基坑洞口。因?yàn)槎纯谖恢门R近汎河，地下水位較高，為做基坑開(kāi)挖的防水工作，在開(kāi)挖基坑的外圍2m處設(shè)置擺噴帷幕，通過(guò)高噴灌漿，及噴具的噴嘴擺動(dòng)，在砂卵礫石層中形成防滲墻，達(dá)到防滲的目的。為保證防滲效果，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔深度，鉆孔深度為入巖1m。

5.4 巖土結(jié)合緩邊坡式洞口

除以上洞口分類外，剩余的洞口歸類為巖、土結(jié)合緩邊坡洞口，此類洞口處上坡坡度一般較緩，洞臉上部存在一定厚度的坡積、殘積黏土夾碎石，下部問(wèn)強(qiáng)風(fēng)化巖，受地形及風(fēng)化不均勻影響，接觸面有一定起伏變化，上部坡積、殘積土厚度局部變化較大，圍巖類別均為Ⅴ類。洞臉開(kāi)挖方面，與緩坡土洞式洞口相似，巖、土結(jié)合緩邊坡式洞口山坡坡度大部分較緩，如果按照規(guī)范規(guī)定的1.5倍洞徑覆蓋層厚度要求進(jìn)洞的情況下，需要開(kāi)挖較長(zhǎng)的溝槽，才能達(dá)到規(guī)范的要求?？紤]以上洞口的地質(zhì)條件，下部雖然為巖石，但全部為強(qiáng)風(fēng)化巖，且風(fēng)化程度較高，開(kāi)挖時(shí)，可利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行開(kāi)挖，不需要爆破。因此為減少開(kāi)槽長(zhǎng)度，當(dāng)洞頂覆蓋層厚度達(dá)到2m時(shí)，即可以開(kāi)始進(jìn)洞，洞臉處開(kāi)挖坡比取1∶0.75，結(jié)合噴錨支護(hù)，保證安全。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)遼寧省重點(diǎn)輸水工程柴河供水支線工程施工支洞布置和綠色環(huán)保型洞口布設(shè)的實(shí)踐，累計(jì)減少占地4.8畝，優(yōu)化后占地面積為按照規(guī)范設(shè)計(jì)占地面積的50.0%，形成了四種不同類型洞口的洞口布置形式，針對(duì)不同的地質(zhì)條件，總結(jié)其特點(diǎn)，綜合考量、協(xié)調(diào)布置，制定經(jīng)濟(jì)合理的進(jìn)洞方案，在保證安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保型支洞布置理念。