(中國(guó)電建集團(tuán) 華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

鄂北水資源配置工程是國(guó)務(wù)院172項(xiàng)重大水利工程之一，旨在從根本上解決鄂北地區(qū)“十年九旱”的干旱缺水問(wèn)題。該工程由丹江口南岸引水至湖北省大悟縣，全長(zhǎng)270 km，灌溉面積24.23萬(wàn)hm2，是湖北省1號(hào)重大戰(zhàn)略民生工程。

唐縣-尚市隧洞布置于湖北省隨州市唐縣鎮(zhèn)崗地地區(qū)(圖1)，是鄂北水資源配置工程中全線最長(zhǎng)的一條隧洞，是控制性工程。該隧洞全長(zhǎng)16.55 km，埋深淺(約20 ～ 65 m)，斷面大(最大開(kāi)挖直徑7.8 m)，穿越地層復(fù)雜，圍巖條件差(其中Ⅴ類圍巖14.7 km，占89 %)，施工難度大[1]。作為鄂北水資源配置工程中地質(zhì)條件最差、單段最長(zhǎng)、難度最大的明流隧洞項(xiàng)目，其復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和較強(qiáng)的地表-隧洞耦聯(lián)特征給工程設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。沿線地貌如圖2所示。

地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜主要表現(xiàn)在：隧洞沿線穿越復(fù)雜的軟弱破碎巖層和土巖復(fù)合地層(強(qiáng)風(fēng)化千枚巖、片麻巖、砂層、巨孤石等)，圍巖完整性差，無(wú)自穩(wěn)能力。其中，強(qiáng)風(fēng)化千枚巖屬于劣質(zhì)巖，遇水軟化嚴(yán)重(軟化系數(shù)可達(dá)到0.3以下)，掌子面極易失穩(wěn)，冒頂塌方威脅突出；砂層無(wú)法自穩(wěn)，易流動(dòng)，且與巖層形成復(fù)合地層，施工開(kāi)挖與爆破控制難度極大；巨孤石體積和重量大，支護(hù)局部受力大，加之爆破振動(dòng)引起附加應(yīng)力，易導(dǎo)致支護(hù)破壞，孤石塌落處理難度大；基坑邊坡體夾淤泥層，嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定。

隧洞施工與地表耦聯(lián)性強(qiáng)主要表現(xiàn)在：隧洞埋深淺，上覆厚度最薄處僅21 m，隧洞近距離下穿20多個(gè)堰塘、河流以及數(shù)個(gè)村莊，隧洞施工與地表環(huán)境和人類生活活動(dòng)耦合作用強(qiáng)烈，關(guān)聯(lián)十分密切。強(qiáng)風(fēng)化千枚巖地層軟化效應(yīng)極為強(qiáng)烈，極易導(dǎo)致地表沉降和塌陷災(zāi)害；砂卵石則為富水層，透水性強(qiáng)，處理不當(dāng)極易導(dǎo)致冒頂突水等重大施工災(zāi)害，甚至可能引起地表水源損失，帶來(lái)惡劣環(huán)境影響；大斷面隧洞開(kāi)挖如產(chǎn)生頂拱沉降過(guò)大、施工爆破振動(dòng)控制不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，均會(huì)對(duì)上部建筑物安全和人民生活帶來(lái)極大負(fù)面影響。

因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)該隧洞沿線復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件所帶來(lái)的工程與環(huán)境問(wèn)題，揭示巖體穩(wěn)定問(wèn)題、滲透安全問(wèn)題及環(huán)境協(xié)調(diào)問(wèn)題的內(nèi)在機(jī)理和響應(yīng)規(guī)律，合理制定應(yīng)對(duì)策略，精準(zhǔn)確定開(kāi)挖、支護(hù)、爆破及其他處理措施的設(shè)計(jì)參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)工程安全高效建設(shè)、“三年通水”目標(biāo)的重要支撐。同時(shí)，對(duì)鄂北供水項(xiàng)目涉及的工程技術(shù)開(kāi)展深入總結(jié)、理論補(bǔ)充，并建立成套技術(shù)工法、控制技術(shù)、分析理論與方法，意義重大。

已有學(xué)者對(duì)隧洞工程[2-3]或復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道工程展開(kāi)了系列研究[4-5]，取得了豐碩的研究成果。本文在前人研究基礎(chǔ)上，針對(duì)鄂北供水工程的實(shí)際工

圖1 唐縣-尚市隧洞布置及沿線圍巖質(zhì)量Fig.1 Layout and surrounding rock quality of the tunnel from Tangxian to Shangshi

程特點(diǎn)和解決具體工程問(wèn)題的需求，開(kāi)展了淺埋復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下特長(zhǎng)調(diào)水工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究。通過(guò)對(duì)施工方案、開(kāi)挖設(shè)計(jì)、灌漿及排水設(shè)計(jì)、基坑防護(hù)、特殊洞段處理等方面關(guān)鍵技術(shù)難題的深入研究，最終找到了合理的解決方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，保證了項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的安全性、高效性和經(jīng)濟(jì)性。

圖2 隧洞沿線地形地貌Fig.2 Topography along the tunnel

1 唐縣-尚市隧洞設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)體系

根據(jù)環(huán)境地質(zhì)條件可知，唐縣-尚市隧洞沿線上覆地層條件惡劣，尤以砂卵石層和巨孤石地層最具獨(dú)特性和代表性，其流動(dòng)砂層和質(zhì)重體大孤石給工程支護(hù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，冒頂、塌方等現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性高；隧洞進(jìn)洞口地層防滲水防突水問(wèn)題難度大，地層富水性和透水性強(qiáng)，且與地表河、堰等相互耦合，極可能發(fā)生透水、流沙和坍塌事故，導(dǎo)致洞口報(bào)廢。隧洞沿線布置有6個(gè)施工支洞, 支洞洞口開(kāi)挖形成深基坑, 其地質(zhì)體松散破碎，且?jiàn)A有緩傾淤泥質(zhì)黏土，嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性，是整個(gè)隧道工程安全運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。

因此，如何通過(guò)超前支護(hù)、分步開(kāi)挖、初期支護(hù)等措施有效控制圍巖及支護(hù)的變形破壞，降低對(duì)地面建筑物的影響；采取何種有效防滲措施，并優(yōu)化開(kāi)挖支護(hù)方案以降低對(duì)地層的擾動(dòng)；如何評(píng)估淤泥質(zhì)黏土層對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響效應(yīng)與控制作用，實(shí)現(xiàn)支護(hù)方案與邊坡角的協(xié)同優(yōu)化等，是工程面臨的巨大挑戰(zhàn)和亟待系統(tǒng)深入研究的難題。關(guān)鍵問(wèn)題研究路線如圖3所示。

2 輸水隧洞施工方案簡(jiǎn)介

為克服項(xiàng)目地勢(shì)平緩、無(wú)較低河谷地形利用的難題，選擇了高運(yùn)輸效率、高開(kāi)挖工效、高永久襯砌效率、高保通率、洞內(nèi)危險(xiǎn)情況下逃生速度快的平洞施工方式。平洞施工方案的施工要點(diǎn)如下所述。

(1) 為避免進(jìn)洞后的過(guò)長(zhǎng)土洞開(kāi)挖問(wèn)題，在支洞口采用明挖方法，將洞口基本降至基巖后再進(jìn)洞。雖然施工后在洞口形成了較深土基基坑，但可將土洞開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為更為可控的基坑明挖防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 為避免支洞線路過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致投資增加過(guò)大的問(wèn)題，將重車通行最大縱坡坡比控制在12%以內(nèi)，中間設(shè)置5%的緩坡平段，以便中途緩沖，隧洞綜合坡比控制在10%以內(nèi)。

(3) 支洞采用倒坡洞形式，通過(guò)在洞口處設(shè)置集水井解決排水問(wèn)題。

按此原則，該項(xiàng)目中布置6條平洞(見(jiàn)圖1)，將主洞分成7段分別施工，施工支洞凈斷面尺寸設(shè)計(jì)為6.0 m × 6.5 m。按照該方案實(shí)施后發(fā)現(xiàn)，平洞方案非常有利于后期施工組織，開(kāi)工后隧洞開(kāi)挖單工作面最快達(dá)到6 m/d，最慢4 m/d，進(jìn)入主洞后，僅用時(shí)一年半即安全順利地實(shí)現(xiàn)了全線貫通。

3 隧洞開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)

隧洞開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)是唐縣-尚市隧洞施工設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)體系的首要突破點(diǎn)。該隧洞惡劣的地質(zhì)條件給隧洞開(kāi)挖與支護(hù)帶來(lái)了巨大困難，隧洞施工和維護(hù)面臨極大挑戰(zhàn)，選擇合理有效的開(kāi)挖方法、安全穩(wěn)定的岔洞口設(shè)計(jì)，保證隧洞正常工作的支護(hù)形式成為隧洞順利施工和運(yùn)行的關(guān)鍵。

針對(duì)該地區(qū)地質(zhì)條件，從特殊段開(kāi)挖方式、岔洞口形式到主體隧洞開(kāi)挖支護(hù)，再到隧洞永久支護(hù)，最終形成了可行性高、安全性強(qiáng)的隧洞開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)體系。

3.1 劣質(zhì)段隧洞開(kāi)挖方式選擇

輸水隧洞中間約4.2 km長(zhǎng)的洞段主要由片巖、千枚巖和少量石英砂巖構(gòu)成，屬軟弱破碎巖層和土巖復(fù)合地層，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=3.710～5.032 MPa，以極軟巖為主。該洞段開(kāi)挖以后，雖已采用強(qiáng)支護(hù)措施保證隧洞圍巖穩(wěn)定性，但掌子面作為臨空面時(shí)經(jīng)常沿正向發(fā)生坍塌。即便每個(gè)循環(huán)中采用臨時(shí)錨噴支護(hù)等措施對(duì)掌子面進(jìn)行了加固[4]，支護(hù)效果仍不明顯，對(duì)洞內(nèi)施工初期支護(hù)和繼續(xù)開(kāi)挖掘進(jìn)造成了很大的困難。

圖3 關(guān)鍵問(wèn)題研究路線Fig.3 Research route of key problem

考慮到核心土留設(shè)對(duì)隧道掌子面穩(wěn)定性影響顯著[5]以及地質(zhì)條件的惡劣性，對(duì)開(kāi)挖方案進(jìn)行調(diào)整，即采用安全性好、施工速度快[6]的分層開(kāi)挖預(yù)留核心土方法：先在頂拱和兩側(cè)墻局部開(kāi)挖，并完成超前預(yù)注漿和初期支護(hù)；然后進(jìn)行分層開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)注意預(yù)留核心土并及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺小于1 m。具體開(kāi)挖方法如圖4所示，開(kāi)挖順序?yàn)棰駞^(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)→Ⅳ區(qū)。

圖4 預(yù)留核心土分層開(kāi)挖Fig.4 Layered excavation method by reserving core soil

開(kāi)挖方案調(diào)整后，整體開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)展順利，有效解決了掌子面坍塌問(wèn)題，既保證了隧洞開(kāi)挖安全，也保證了施工作業(yè)人員安全，如圖5所示。

3.2 施工支洞岔洞口門架設(shè)計(jì)

輸水隧洞的每條施工支洞與主洞岔洞口存在跨度大、體型復(fù)雜和圍巖條件差等系列難題，如何保證開(kāi)挖期間岔洞口圍巖穩(wěn)定成為亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。經(jīng)數(shù)值分析研究，借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)[8-11]，并考慮到具體施工條件，提出了一種新型地下洞室丁字型交叉口開(kāi)挖支護(hù)施工方法——新型鋼門架開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)[12]，以確保岔洞口安全穩(wěn)定。

圖5 預(yù)留核心土分層開(kāi)挖施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 Construction site of layered excavation method with reserved core soil

數(shù)值模擬中，計(jì)算模型考慮開(kāi)挖輪廓以外10 m范圍圍巖，頂部施加巖體自重應(yīng)力，周圍采用法向約束。由計(jì)算結(jié)果可知：鋼拱架拉應(yīng)力小于153 MPa；壓應(yīng)力大部分范圍內(nèi)小于190 MPa；Mises應(yīng)力大部分范圍內(nèi)小于188 MPa，均滿足規(guī)范要求。門架上部巖體最大位移量不超過(guò)4 mm，最大值發(fā)生在門架中部位置，位移云圖如圖6所示。

圖6 岔洞口門架支護(hù)位移云圖(單位：dm)Fig.6 Displacement nephogram of the portal of the cave tunnel

新型鋼門架開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)施工要點(diǎn)為：首先在岔洞口布置足夠強(qiáng)度鋼門架；之后對(duì)岔洞口巖石進(jìn)行逐步開(kāi)挖與支護(hù)；最后將局部臨時(shí)支撐逐步拆除，然后進(jìn)行下一步作業(yè)。該技術(shù)可較好地解決岔洞口圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，成本低，施工周期短，其平、剖面圖如圖7～8所示。

圖7 岔洞口平面Fig.7 Plane diagram of fork opening

圖8 岔洞口剖面Fig.8 Profile diagram of fork opening

3.3 主體隧洞開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)

隧洞沿線圍巖整體以V類圍巖為主，V類、Ⅳ類、Ⅲ類圍巖比例分別為82.8 %、15 %、2.2 %。其中V類圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖及粉砂巖，局部洞段揭露的千枚巖、板巖。圍巖條件差，開(kāi)挖支護(hù)風(fēng)險(xiǎn)高，沿線約2.2 %的Ⅲ類圍巖洞段可采用錨噴支護(hù)，其余洞段則采用型鋼拱架、小導(dǎo)管、局部大管棚等強(qiáng)支護(hù)措施[13-14]。

強(qiáng)支護(hù)措施雖能保證安全性，但施工速度慢，考慮到項(xiàng)目工期較短、推進(jìn)速度快的特點(diǎn)，需根據(jù)圍巖變化情況對(duì)支護(hù)方案實(shí)時(shí)作出調(diào)整。通過(guò)對(duì)各段地質(zhì)條件的判斷及圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析，確定如下支護(hù)原則。

(1) 隧洞進(jìn)口、各施工支洞洞口的土洞或全強(qiáng)風(fēng)化巖石洞段，距進(jìn)洞口20～30 m范圍采用大管棚加型鋼拱架支護(hù)方案。

(2) 洞內(nèi)Ⅴ類圍巖段，采用拱架+小導(dǎo)管+系統(tǒng)錨噴支護(hù)，Ⅳ圍巖段支護(hù)方案與其基本相同，但拱架間距、錨桿密度、噴混凝土厚度均有調(diào)整。Ⅴ類和Ⅳ類拱架間距分別為50 ～100 cm和80 ～100 cm，錨桿間距分別為1.0 m和1.2 m，噴混凝土厚度分別為20 cm及10 cm。

(3) 距洞口約400 m處存在Ⅲ1類圍巖隧洞段，采用系統(tǒng)錨噴支護(hù)。

具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 隧洞初期支護(hù)參數(shù)Tab.1 Initial support parameters of the tunnel

3.4 隧洞運(yùn)行期襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隧洞設(shè)計(jì)引用流量為20.2 m3/s，縱坡1/11000，過(guò)水?dāng)嗝鏋樗男膱A馬蹄形斷面，襯后斷面直徑為5.8 m×5.8 m，設(shè)計(jì)流速0.58 m/s。為滿足洞內(nèi)通風(fēng)條件，洞內(nèi)明流水面以上預(yù)留凈高為1.62 m，占隧洞斷面面積的21.6%；同時(shí)在隧洞2號(hào)、4號(hào)施工支洞位置，偏離主洞正上方25 m處布置兩個(gè)直徑為3 m的通風(fēng)豎井，以加強(qiáng)隧洞通風(fēng)。隧洞轉(zhuǎn)彎段轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計(jì)為150 m。

隧洞永久支護(hù)為全襯砌方案，襯砌混凝土標(biāo)號(hào)為C25W6F150，并根據(jù)圍巖類別采用不同襯砌厚度(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別為40，50，80 cm)。鑒于襯后斷面直徑保持恒定(5.8 m)，隧洞沿線開(kāi)挖斷面時(shí)，將根據(jù)圍巖條件選擇合適開(kāi)挖斷面直徑，其中最大開(kāi)挖斷面為V類圍巖洞段，直徑為7.4 m，開(kāi)挖直徑變化的洞段采用1∶3緩坡漸變過(guò)渡。襯砌每隔12 m設(shè)一道施工縫，在施工支洞和主洞連接部位布置結(jié)構(gòu)縫。

明流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)水壓力小，是襯砌承載次要控制因素，結(jié)構(gòu)計(jì)算主要考慮外水壓力作用[15]，折減系數(shù)[16-17]取0.2。根據(jù)計(jì)算成果，Ⅲ、Ⅳ類圍巖襯砌應(yīng)力均在控制值以內(nèi)，采用單層構(gòu)造配筋即可；Ⅴ類圍巖最大壓應(yīng)力為9.86 MPa，也在控制值以內(nèi)，但底部局部拉應(yīng)力最大為4.89 MPa(見(jiàn)圖9)，超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度，局部配筋需加強(qiáng)，其余部位可采用單層配筋，受拉鋼筋(φ28@20 cm)滿足結(jié)構(gòu)要求。隧洞進(jìn)口處Ⅴ類圍巖存在特殊富水砂層，采用雙層配筋，以增強(qiáng)其防滲性。

圖9 V類圍巖洞段襯砌外壓作用應(yīng)力云圖(單位：Pa)Fig.9 Stress nephogram of lining subjected to external pressure in V-type surrounding rock

經(jīng)過(guò)計(jì)算研究，V類圍巖洞段采用單層配筋，可滿足結(jié)構(gòu)防裂及安全要求，該方案減少了每倉(cāng)混凝土外層鋼筋綁扎量，極大提高了永久襯砌施工效率。

4 巖體透水防滲控制技術(shù)

隧洞地表水資源豐富，地層透水性高，在開(kāi)挖和支護(hù)安全順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上，如何有效防滲，保證隧洞滲透穩(wěn)定性是另一項(xiàng)需克服的難題。

巖體透水防滲控制技術(shù)體系主要包含施工前期基坑開(kāi)挖防滲控制技術(shù)、施工期隧洞開(kāi)挖防滲控制技術(shù)以及施工后襯砌運(yùn)行期防滲控制技術(shù)。

4.1 基坑開(kāi)挖防滲設(shè)計(jì)

輸水隧洞主進(jìn)洞口位于魯城河左岸，進(jìn)洞口深基坑邊坡最大高度為23 m。為防止施工期內(nèi)魯城河水上漲導(dǎo)致河水倒灌，于基坑正前方布置了施工圍堰。然而，進(jìn)口區(qū)域還是存在厚約1～8 m砂層，該砂層透水性強(qiáng)，基坑開(kāi)挖時(shí)魯城河水可透過(guò)砂層進(jìn)入基坑，且基坑水位與河水水位齊平，形成連通(見(jiàn)圖10(a))，極大影響隧道施工進(jìn)程。為防治砂層透水現(xiàn)象，針對(duì)該隧洞實(shí)際地質(zhì)條件，對(duì)基坑砂層采取了高噴防滲墻防滲措施[18-20]，并強(qiáng)化了高度、孔距、厚度等特征參數(shù)。

砂層防滲處理采用高壓旋噴+擺噴結(jié)合的防滲方案：河床卵礫石分布廣泛部位采用高壓旋噴防滲，其余砂層部位采用高壓擺噴防滲。防滲墻頂面須高出中粗砂層和砂礫層至少1 m，墻底面須穿過(guò)強(qiáng)透水砂層和砂礫層，并進(jìn)入弱透水砂礫巖或粉砂巖不小于50 cm?？组g距0.8 ～ 0.9 m，成墻厚度不小于25 cm，滲透系數(shù)K≤10-5cm/s。高噴防滲墻繞進(jìn)洞口一周封閉布置，實(shí)施后防滲效果顯著，隧洞進(jìn)口基坑深挖后，基本無(wú)河水滲入現(xiàn)象發(fā)生(見(jiàn)圖10(b))。

圖10 基坑防滲對(duì)照Fig.10 Anti-seepage comparison of foundation pit

4.2 隧洞開(kāi)挖防滲設(shè)計(jì)

該隧洞埋深淺，高富水性洞段主要為地表分布水塘洞段。隧洞沿線地表分布水塘多，儲(chǔ)水量大，為避免隧洞穿水塘段出現(xiàn)大量涌水或滲水現(xiàn)象，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)[21-23]，對(duì)過(guò)水塘段采取了控制單循環(huán)進(jìn)尺及超前預(yù)注漿方法，并加強(qiáng)觀測(cè)。根據(jù)地表水塘大小和埋深，控制單循環(huán)進(jìn)尺在0.5 ～ 1.5 m范圍內(nèi)。

輸水隧洞洞頂正上方存在約有160 m范圍砂層洞段，厚度約6 m，對(duì)隧洞開(kāi)挖安全構(gòu)成較大威脅：砂層強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，開(kāi)挖后易發(fā)生坍塌；在地下水作用下易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致隧洞冒頂。針對(duì)此問(wèn)題形成如下設(shè)計(jì)方案。

首先，除防滲墻采取一般防滲措施外[24]，在隧洞開(kāi)挖前，隧洞洞頂正上方新增設(shè)兩排帷幕灌漿和固結(jié)灌漿，以減少地下水滲透對(duì)砂層穩(wěn)定性的影響。灌漿孔由地面向下施工，穿過(guò)砂層深入基巖0.5 m。灌漿布置如圖11所示。

圖11 隧洞頂部砂層洞段地表灌漿布置Fig.11 Surface grouting arrangement of sand layer at top of tunnel

其次，隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，除采用大管棚支護(hù)措施外，另增加型鋼拱架+雙層小導(dǎo)管支護(hù)，并對(duì)砂層進(jìn)行頂部預(yù)注漿加固。其中雙層小導(dǎo)管錯(cuò)開(kāi)布置，一層向上傾角為40°，另一層上傾10°，以增大預(yù)注漿覆蓋范圍，保證更好的注漿效果。砂層洞段雙層小導(dǎo)管布置見(jiàn)圖12。

圖12 砂層洞段雙層小導(dǎo)管布置Fig.12 Double-layer small conduit layout in sand tunnel section

方案實(shí)施后的實(shí)際效果表明，隧洞整體開(kāi)挖過(guò)程中，未出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象，局部出現(xiàn)少量滲水，對(duì)隧洞施工未產(chǎn)生影響，可保證洞頂砂層的穩(wěn)定性以及開(kāi)挖過(guò)程的順利和安全。

4.3 永久襯砌后防滲設(shè)計(jì)

永久襯砌后，隧洞防滲措施以灌漿為主，其中固結(jié)灌漿包含Ⅴ類圍巖洞段及Ⅲ、Ⅳ類圍巖的局部洞段，入巖3.5 m，灌漿壓力0.5 MPa。考慮到無(wú)壓明流隧洞內(nèi)水外滲問(wèn)題不明顯，高強(qiáng)度灌漿除防滲外也有加固圍巖作用，增強(qiáng)圍巖承載能力，解決襯后頂拱脫空問(wèn)題。

工程永久運(yùn)行后，為解決襯砌表面滲滴水侵蝕襯砌混凝土表面問(wèn)題，根據(jù)(SL279-2002))《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》[25]，后期在襯砌上頂拱布置系統(tǒng)排水孔，將可能滲漏地下水集中引排至洞內(nèi)，緩解滲滴水侵蝕作用并降低隧洞外水壓力。

5 夾淤泥深基坑邊坡支護(hù)技術(shù)

夾淤泥基坑邊坡是唐縣-尚市隧洞施工支洞的獨(dú)特地貌，該地區(qū)地質(zhì)體松散破碎，風(fēng)化嚴(yán)重，中間夾緩傾淤泥質(zhì)黏土，抗剪強(qiáng)度低，對(duì)邊坡穩(wěn)定起著控制性作用，在雨季、汛期、暴雨等條件下更為突出。并且，為加快施工進(jìn)度，并使部分支洞作為運(yùn)行期檢修使用，施工支洞洞口開(kāi)挖形成深基坑，深基坑邊坡高度為20 m，若邊坡失穩(wěn)將直接堵塞支洞洞口，封堵主洞作業(yè)人員逃生通道，運(yùn)行期邊坡失穩(wěn)將導(dǎo)致檢修通道失效，需要投入大量人力財(cái)力來(lái)處理，甚至直接導(dǎo)致檢修通道失效，嚴(yán)重影響整個(gè)鄂北供水工程安全運(yùn)行。

夾淤泥基坑邊坡支護(hù)技術(shù)以淤泥層處理為重心，并輔以深基坑邊坡支護(hù)和排水措施，形成較全面的施工支洞深基坑邊坡安全防護(hù)技術(shù)。

5.1 深基坑邊坡淤泥層處理

3號(hào)、4號(hào)施工支洞進(jìn)洞口基坑邊坡表層耕植土下存在厚約7 m的淤泥質(zhì)黏土層，該層強(qiáng)度低，極易發(fā)生坍滑現(xiàn)象，對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定性影響較大，是基坑邊坡穩(wěn)定性主要控制因素。受征地范圍限制，邊坡坡率必須控制在一定范圍內(nèi)，間接增加了邊坡穩(wěn)定控制難度。以3號(hào)洞為例(見(jiàn)圖13)，淤泥層凝聚力c=13 kPa，內(nèi)摩擦角φ=10°，邊坡坡率為1∶1.25。飽和條件下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)僅為0.87，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合考慮地質(zhì)條件和方案比較后，最終選擇了微型鋼管樁支護(hù)方案[26-27]。該方案于一級(jí)馬道布置一排內(nèi)插3Φ28鋼筋樁的Φ110 m鋼管。驗(yàn)算分析后可知，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)提高為1.05左右，滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

圖13 3號(hào)洞左側(cè)邊坡淤泥層邊坡穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位：m)Fig.13 Calculation diagram for stability of silt layer slope on the left side slope of 3# tunnel

5.2 深基坑邊坡支護(hù)及排水設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑土坡穩(wěn)定性分析，除實(shí)施特殊支護(hù)措施的隧洞進(jìn)口砂層和3號(hào)、4號(hào)邊坡淤泥層，其余洞段皆以粉質(zhì)黏性土坡為主，按自然穩(wěn)定坡率1∶1.2～1∶1.5削坡，每隔5～8 m高度設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬度為2 m。邊坡表面進(jìn)行系統(tǒng)錨噴，以錨固表層混凝土。

基坑長(zhǎng)200～300 m，積水面積大，而支洞采用倒坡邊布置，導(dǎo)致積水對(duì)邊坡影響程度增大。為有效處理基坑積水問(wèn)題，將邊坡排水措施組成排水系統(tǒng)，坡外緣設(shè)截水溝，坡面設(shè)排水孔，坡內(nèi)每級(jí)馬道設(shè)排水溝匯入基坑道路兩側(cè)總排水渠，并最終匯至洞口兩側(cè)集水井，并由抽水設(shè)備定期向坡外抽排。

6 結(jié) 論

鄂北水資源配置工程中唐縣-尚市隧洞建設(shè)于地形平緩的崗地地區(qū)，屬淺埋、長(zhǎng)輸水隧洞，地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境條件差，Ⅳ、Ⅴ類圍巖占比高達(dá)98%，存在多項(xiàng)技術(shù)難題，并且屬于國(guó)家重點(diǎn)投資水利民生工程，工程質(zhì)量要求高，工程建設(shè)極具有挑戰(zhàn)性。

為保證唐縣-尚市隧洞安全、高效、順利的施工，以及盡快投入使用，選擇了適合工程特點(diǎn)的平洞施工方式，并克服其惡劣地質(zhì)條件，形成了由特殊洞段、岔洞口以及隧洞主體相互協(xié)同的獨(dú)特開(kāi)挖支護(hù)方案；設(shè)計(jì)了基坑開(kāi)挖防滲、隧洞開(kāi)挖及永久襯砌防滲系列防滲支護(hù)方式，構(gòu)建了完整的水工隧洞砂層防滲技術(shù)措施；設(shè)計(jì)了夾淤泥層深基坑邊坡安全處理方式，建立了基坑邊坡淤泥層防治技術(shù)，保證了基坑邊坡穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)方案吸取了以往山區(qū)及平原地區(qū)類似隧洞工程經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案加以改進(jìn)，使其更適合工程特點(diǎn)，以有利于更快、更好地完成此項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)期間未發(fā)生人員死亡事故，隧洞成型較好，建設(shè)期間獲得多項(xiàng)榮譽(yù)。