倪 碩
(福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000)
東山縣島外引水第二水源工程主要任務是東山縣供水。東山縣屬于海島縣,境內(nèi)沒有河流、湖泊,受臺灣山脈的影響,常年降水較少,年降雨量僅為1220 mm,淡水資源匱乏,本工程從詔安縣龍?zhí)端畮煲翓|山縣紅旗水庫,全長約30 km,包括取水口、隧洞、管道、跨海頂管、加壓泵站和出水涵等建筑物,設(shè)計供水流量32萬t/d。
引水隧洞全長1.5 km,位于詔安縣東溪流域干流左岸低山丘陵,其取水口布置在龍?zhí)端畮齑髩紊嫌渭s80 m處,原龍?zhí)妒┕ぶФ磁c主洞交點在樁號0+113.533,進洞口高程19.6 m,施工支洞全長110 m,支洞位于龍?zhí)洞髩巫蟀断掠?,距大壩挑流坎最近處約48 m處,環(huán)境復雜,鉆爆法開挖對大壩產(chǎn)生較大震動。大壩下游左岸施工便道至出渣便道間(見圖1)臨河側(cè)山坡坡度約70°,山勢較陡,邊坡高,不穩(wěn)定問題多,施工支洞出渣便道沿山坡修建難度大,需沿干流左岸布置,河床底部高程5.5~7.4 m,便道需修筑至19.6~13.0 m高程,出渣便道填筑高、斷面大、石方量多,汛期來臨時,大壩需要放水降低庫內(nèi)水位,出渣便道阻礙行洪,支洞口存在洪水倒灌風險,為此需要對原施工支洞空間位置進行調(diào)整。
圖1 龍?zhí)吨Ф雌矫娌贾檬疽鈭D
隧洞沿線地表為低山丘陵地貌,凹溝縱橫發(fā)育,山脊不對稱[1],一般高程在100~250 m,隧洞沿線山體植被發(fā)育,地表為殘坡積層覆蓋,過溪溝段隧洞埋深30~50 m,隧洞沿線穿越的溪溝均與隧洞線呈大角度相交,主要分布燕山早期侵入晶洞花崗巖及第四系含碎塊石砂質(zhì)黏土,局部夾孤滾石等殘坡積層。
選定的施工支洞口為自然山體形成的山凹,成倒梯形,場地較開闊,左側(cè)邊坡開口高程31~36 m,右側(cè)邊坡開口高程31.1~40.2 m,山坡坡度約30°,地面坡度適宜。干涸小溪與支洞軸線相交,從支洞口左側(cè)穿過,洞口處小溪底高程29.3~29.6 m,過溪溝相交處埋深約30 m,小溪左側(cè)完整堅硬巖出露,洞口邊坡有零星孤滾石,山勢較緩,山體附近未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象,邊坡穩(wěn)定性較好,且洞口外棄渣場(原龍?zhí)洞髩瘟鲜瘓觯Ф磁c其位于同一山體)出露的巖體較完整、堅硬,并結(jié)合主洞地質(zhì)報告,初步預判,洞口無不良地質(zhì)構(gòu)造,巖體完整,洞臉和右側(cè)邊坡開挖高度低,邊坡穩(wěn)定,孤滾石、松動巖塊清理后,洞口地質(zhì)較好,具備成洞條件且便于施工區(qū)布置,進洞起始段為Ⅳ類圍巖,其余主要以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主。
東溪流域內(nèi)降雨量由北部山區(qū)向東南沿海遞減,徑流量年內(nèi)分配受季節(jié)性降水制約,有明顯的干枯變化,汛期(5~9月))約占全年的75%,枯水期(11月~第二年3月)約占全年的15%。施工支洞位于東南部,降雨量較少,洞口左側(cè)小溪溝從中穿過,但上游常年干涸,上游匯水面積僅0.058 km2。10年一遇洪水流量為1.44 m3/s、水位為30.22 m,20年一遇洪水流量為1.72 m3/s、水位為30.26 m。支洞口根據(jù)洪水特征進行布置,布置在20年一遇度汛高程以上,能滿足支洞口施工區(qū)導流及度汛要求。
經(jīng)過現(xiàn)場踏勘,考慮地形、地質(zhì)、水文條件,以及交通便利、棄渣場地布置、爆破震動等多方面因素,在引水隧洞下游樁號0+352.011處,選定了新的施工支洞(見圖1),支洞起點選擇在洞口邊坡穩(wěn)定、護坡工程量少、場地開闊處,支洞軸線位置屬沿溪傍山地段,應避免產(chǎn)生偏壓,選擇離小溪溝有一定距離,確保洞側(cè)厚度滿足要求,且選擇穿小溪溝水平距離最短的位置,選定的支洞與主洞斜交75°,長度160 m。
支洞進洞口高程選擇31.1 m,高于20年一遇洪水水位,與主洞交點處底板高程21.5 m,縱坡6%[2]。
洞口場地土方平整至高程31.1 m,場地壓實后進行硬化,小溪溝進行清底疏浚,洞口施工場地沿小溪溝邊設(shè)置高1 m袋裝土圍堰,小溪溝下穿施工便道處設(shè)置DN600排水管。洞臉垂直面開挖5 m左右,揭露面為全風化巖層,成洞條件好,采用人工洞口先行進洞,C25鋼筋混凝土鎖口,洞口為城門型。
支洞口正面、右側(cè)邊坡零星孤滾石采用挖掘機清理,機械分層開挖后揭示土層為全風化層砂質(zhì)黏土,邊坡坡度采用1∶1,邊坡高程31.1~40.2 m,分二級開挖,坡頂設(shè)截水溝,分級馬道式平臺設(shè)置在36.0 m高程處,平臺1 m寬,坡腳設(shè)置C25混凝土擋墻,墻趾處設(shè)置排水溝,防排相結(jié)合。邊坡采用掛網(wǎng)錨噴混凝土支護,砂漿錨桿Φ22@200 cm,長2.0 m,掛鋼筋網(wǎng)Φ6@200 cm×200 cm,噴C25混凝土,厚10 cm,Φ50排水管間排距100 cm,長0.5 m,梅花形布置[3]。
支洞口施工場地左側(cè)邊坡離進洞口有一定的安全距離,邊坡緩且較穩(wěn)定,保留其植被,僅對零星邊坡進行修整,修整后采用樹苗進行種植。
支洞洞身采用風鉆鉆孔、全斷面、光面爆破法施工,城門型,支洞施工正值枯水期,洞內(nèi)水量少,為防止爆破震動波對大壩的影響,爆破采用小藥量控制爆破,圍巖差的地段短開挖、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測,洞渣采用扒渣機裝渣,電瓶車牽引有軌梭式礦車運渣。
開挖后根據(jù)現(xiàn)場實際素描情況(見表1)進行初期支護,IV類圍巖開挖過程采用I14型鋼拱架+超前錨桿支護,超前錨桿直徑Φ25 mm,長4.0 m,仰角10°~15°,布置在頂拱180°范圍內(nèi),環(huán)向間距40 cm,縱向搭接2.0 m;鋼拱架間距50 cm;鎖腳錨桿直徑Φ25 mm,長2.5 m,間距50 cm,排距1.0 m;縱向聯(lián)系鋼筋采用Φ25@1000,鋼筋網(wǎng)采用Φ6@250 cm×250 cm,噴C25混凝土,厚20 cm;Ⅲ類圍巖采用掛網(wǎng)錨噴混凝土支護,砂漿錨桿為Φ22@150 cm,長3.0 m,掛鋼筋網(wǎng)Φ6@200 cm×200 cm,噴C25混凝土,厚10 cm,Ⅰ、Ⅱ類圍巖不需要初期支護。
表1 施工支洞地質(zhì)素描成果
支洞開挖后,IV類圍巖占25%,Ⅱ、Ⅲ類圍巖占75%,起始段46 m靠小溪邊、洞側(cè)圍巖壁較薄,洞內(nèi)巖層較破碎,支洞過小溪溝段無大破碎斷裂帶,整體圍巖穩(wěn)定性較好,Ⅱ、Ⅲ類圍巖光面爆破成孔率高,成洞效果好。洞內(nèi)坡度較緩,洞外出渣便道僅需修筑簡易便道,棄渣礦車出洞后20 m外直接往下卸料,與原沿干流左岸布置長距離、大斷面填筑出渣便道相比,運輸距離短,出渣效率高,不受度汛季節(jié)影響,可全時段不間斷出渣。
選定的支洞長度較原支洞長50 m,但圍巖整體更完整,洞內(nèi)支護工程量減少,洞口邊坡僅正面和右側(cè)需要噴混凝土防護,工程量少,經(jīng)測算總造價更低,選定的支洞交叉點離出洞口更近,支洞開挖后往上下游布置更合理,能夠加快隧洞貫通進度[4],且選定后的施工支洞離大壩相對較遠,開挖采用小藥量控制爆破,震動波對大壩無影響,且洞口上游匯水面積小,施工期經(jīng)歷了多個臺風,水量很小,可避免洪水倒灌,安全性更高。
龍?zhí)妒┕ぶФ磳儆谂R時交通洞工程,使用結(jié)束后采用混凝土進行封堵。對臨時施工支洞空間位置的調(diào)整,由施工單位結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范、設(shè)計意圖、施工經(jīng)驗,進行支洞空間位置的調(diào)整布置,同時在參建單位的協(xié)作下,順利完成了施工支洞空間位置的調(diào)整布置方案,經(jīng)現(xiàn)場實施后證明此次位置調(diào)整方案經(jīng)濟合理、技術(shù)可行,滿足規(guī)范和引水洞施工期度汛、通風、開挖、震動、出渣、運料等要求,調(diào)整后,加快了全線貫通的步伐,為下一步襯砌施工提供了充裕的時間,可供設(shè)計支洞洞線的選擇及施工中遇到類似情況時參考。
(責任編輯:竇波元)