□趙弟明

山西省中部引黃引水隧洞下穿忻保高速且埋深較淺，既要保證高速公路安全運行，又要保證輸水隧洞安全開挖，在施工過程中堅持“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”原則，取得了較好的效果，現(xiàn)將實施情況逐一介紹，與類似工程建設(shè)進行交流探討。

1.工程概況

山西省中部引黃工程是十二五規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中一項重要工程，工程分為取水工程和輸水工程，取水工程是從保德縣天橋水電站庫區(qū)取水。設(shè)計取水流量23.55m3/ s；水泵設(shè)計揚程200.00m；裝機總?cè)萘?.60 萬kW·h；輸水線路總長384.50km，分為總干線，東干線和西干線，輸水工程按取水工程自流向沿途各市縣輸送水源；工程規(guī)模為大（Ⅱ）型，等級為Ⅱ等。工程輸水總干線由北向南布置，忻保高速公路為東西向。中部引黃工程總干2＃輸水隧洞自忻保高速公路官地坪2#交通隧道進口與公路連接處排水暗涵之間穿越。

忻保高速為兩條平行的道路，右線路寬12.25m，左線路寬12.25m，左、右兩條道路中心間距約58.00m。左洞與暗涵中心之間距離19.41m，右洞與暗涵中心之間距離26.25m，暗涵寬3.80m 。

中部引黃工程2#輸水隧洞設(shè)計為城門式洞型，中部引黃工程總干2#輸水隧洞軸線距官地坪右線2#交通隧道進口最小距離為10.70m；中部引黃工程總干2#輸水隧洞軸線距官地坪左線2#交通隧道進口最小距離7.70m；前后各考慮10.0m 的保護范圍，交叉段樁號范圍為總16+765.46（改）～總16+854.64（改），長約89.18m。見圖1。

2.穿越段水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況

中部引黃工程2#隧洞從忻保高速公路的下部穿越。忻保高速公路路面高程1032m 左右，穿越段輸水隧洞洞頂埋深為6.00～11.60m，輸水隧洞洞頂與高速公路左線最淺埋深為7.17m，與高速公路右線最淺埋深為7.35m。從前期路面鉆孔資料分析，該段引水隧洞圍巖主要為奧陶系上馬家溝組上段灰?guī)r。隧洞洞頂處于強風化灰?guī)r層中，局部也可能為覆蓋層，成洞條件差；鉆孔揭露存在層間水，終孔層間水水位埋深14.40m，低于2#引水隧洞洞底。

圖1 下穿段簡圖

圖2 開挖襯砌斷面圖

圖3 高速觀測點布置簡圖

圖4 洞內(nèi)觀測點布置簡圖

3.具體施工方案

由于輸水隧洞穿越段洞頂埋深較淺，主要覆蓋層為忻保高速交通隧洞開挖石方棄渣，及原有的地面覆土層、風化表層，從前期就接觸高速公路管理局的相關(guān)部門，在2012 年冬天未正式通車之前就進行了路面固結(jié)灌漿，雖經(jīng)過高速通車后約4 年多的重車碾壓，基本處于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定平衡期，但由于要在其下面穿越，破壞其原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以安全風險極高。一旦破壞掉原有結(jié)構(gòu)后，會造成隨時塌方，造成交通中斷，給高速公路造成無可估量的損失。

根據(jù)工程進度安排，穿越段實際于2016 年7 月開始正式穿越，并采取如下具體措施：

3.1 路基固結(jié)灌漿

提前對輸水隧洞總干2#隧洞的總16+765.46（改）～總16+854.64（改）穿越忻保高速公路段高速公路路基進行地面鉆孔固結(jié)灌漿處理施工，灌漿施工完成后采用地質(zhì)雷達法對該段灌漿效果進行檢測，檢測結(jié)果顯示路面以下巖體均較密實，判定結(jié)果為注漿效果較好，方可進行下一步隧道下穿工序。

3.2 雙層大管棚超前支護

根據(jù)施工需要結(jié)合機械作業(yè)面等因素，在管棚施工時需要對斷面進行擴寬，每次擴挖段長 度 為 7.00m， 寬9.38m。超前大管棚采用先成孔后裝管再注漿的施工方法。具體施工工藝如下：

管棚規(guī)格：外徑Φ159mm，壁厚8mm，長度105m，分3 次施打，每次35 m，每次搭接5m；管棚環(huán)向間距31.1cm，管棚環(huán)向排距30.8cm；外插角3°。設(shè)置范圍：拱部180°范圍（起拱線以上部分）。

導(dǎo)向墻施工。為保證管棚的施工角度及精度我們先期施做了管棚導(dǎo)向墻，在開挖輪廓線以外施作導(dǎo)向墻，斷面尺寸為長×厚（1.0m×0.8m），導(dǎo)向墻要保證其基礎(chǔ)穩(wěn)定性，導(dǎo)向墻內(nèi)預(yù)埋Φ 180 × 6mm 套 管，套 管 環(huán) 向 間 距31.10cm，導(dǎo)向管牢固焊接在工字鋼上，最后用噴射混凝土回填。

管棚鉆進。鉆機采用履帶式棚管鉆機，鉆機要求與已設(shè)定好的導(dǎo)向管方向平行。打設(shè)順序由1 臺鉆機由里往外分段施工，采取每間隔1 個孔位跳打。

管棚安裝。鉆孔成孔完成后，隨后裝管入孔，并隨之安裝導(dǎo)漿管。

管棚注漿。安設(shè)孔口密封裝置，開始注漿。漿液采用普通泥漿泵灌注。外層管棚選擇體積比為1:1～1:0.8 的水泥—水玻璃雙液漿，內(nèi)層管棚選擇1:1的M20 水泥漿，水泥選用P042.5 普通硅酸鹽水泥。注漿壓力控制在0.3～0.5MPa。

3.3 下穿段的開挖以及支護

由于下穿段埋深淺，結(jié)合高速管理部門相關(guān)意見，經(jīng)過綜合考慮下穿段采用機械破碎開挖加人工風鎬修整施工工藝，嚴禁使用炸藥。具體工藝如下：

洞身開挖。穿越段以齊拱線為界采用上下分層臺階法進行開挖。開挖時，上臺階首次掘進2m 后停止掘進，隨后使用4cm 厚C20 混凝土封閉掌子面。在完成支護后，開始挖下臺階，先左后右法，每0.3 米一支護，如此往復(fù)。

初期支護。鋼拱架的安裝：在初噴混凝土終凝后進行鋼拱架安裝，采用20a 工字鋼，鋼拱架間距0.3m。為了增強鋼拱架的支撐能力，鋼拱架底部加設(shè)仰拱使拱架閉合成環(huán)，拱架弦高0.6 m，仰拱與兩側(cè)直墻段螺栓連接，仰拱內(nèi)澆筑C25 素混凝土；鎖腳錨桿的安裝：鎖腳錨桿加固鋼拱架拱腳處，避免開挖時造成鋼拱架失穩(wěn)及影響巖體完整性，鎖腳錨桿用Φ42mm、長2.5m 注漿鎖腳小導(dǎo)管代替，安設(shè)角度為斜向下45°，每榀8 根；鋼筋網(wǎng)的安裝：采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距150×150mm，單層設(shè)置，網(wǎng)片搭接長度不少于1 個網(wǎng)格。安裝網(wǎng)片在初噴混凝土終凝后進行；噴射混凝土：C20 噴射混凝土厚度為20 cm（即滿噴包裹鋼拱架）。先初噴混凝土厚度5cm，分段，分片，分層，由下而上進行，分段長度不大于4m。初噴在開挖后及時進行，為提高混凝土的附著力，可先噴一層水泥砂漿，待終凝后在噴射混凝土。

3.4 混凝土襯砌

按中部引黃輸水隧洞設(shè)計要求，采用40cm 厚全斷面C25 鋼筋混凝土襯砌。由于下穿段埋深較淺，穿越段襯砌混凝土緊跟初期支護，每循環(huán)5m，即在開挖及初期支護完成5m 后，立即做襯砌混凝土，待本段襯砌混凝土施工完成達到終凝強度后拆模，然后繼續(xù)向前開挖。見圖2。

襯砌混凝土采用小塊組合拼裝鋼模板+滿堂支架體系進行施工。

4.安全防護措施

穿越工程既要安全順利實施，又要保證忻保高速正常運營，工程中做了以下防護措施：一是在總干2#輸水隧洞與高速公路交叉處延高速公路方向兩端各1km 范圍內(nèi)每隔100m 設(shè)置安全反光警示牌；提醒行車速度不大于20km/h。二是24 小時派專人值守，如發(fā)現(xiàn)沉降或路面開裂立即停止施工。三是地表沉降變形觀測。在交叉段兩條高速公路路面及中央隔離帶分別布置地表變形觀測點，每日定時觀測，如有變化及時停止施工。最終根據(jù)觀測記錄查看，均無沉降變形。

觀測路基變形情況。地表變形觀測點埋設(shè)，見圖3。

洞內(nèi)收斂與沉降觀測?？偢?#輸水隧洞在下穿忻保高速段屬于Ⅴ級圍巖，斷面縱向間距采用5m，測點布置見圖4。根據(jù)觀測記錄查看，基本洞內(nèi)在前期收斂變形不大，約為1～2mm，后期混凝土緊跟后無變化。

5.施工控制要點

一是管棚施工時嚴格控制施設(shè)角度，同時注漿漿液必須充滿鋼管及周圍的空隙并密實。

二是開挖過程中嚴格按照審核通過的機械開挖施工工藝，減小對高速公路路基的擾動。

三是嚴格控制進尺，每開挖一循環(huán)并盡快施作初期支護。做到“管超前、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”。

四是加強監(jiān)控量測，及時總結(jié)圍巖收斂情況，以便及時做出調(diào)整，確保施工安全。

五是二次襯砌的施工，必須嚴格按照實施方案及時跟進，不得讓中間支護段大于5m。

6.結(jié)語

基于“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測、緊襯砌”的施工原則，以中部引黃工程穿越忻保高速段為實際案例，驗證了此項淺埋深引水隧洞下穿高速公路施工工藝的優(yōu)越性、可靠性。施工結(jié)果表明：通過采用該工藝，此次輸水隧洞下穿高速公路施工項目，在保障高速公路安全運行的前提下，盡可能地實現(xiàn)了減少工期、節(jié)約成本、各項指標符合標準等預(yù)期設(shè)計要求。該工藝具有經(jīng)濟、安全、高效、普適以等特點，除了可以為山西引黃工程項目的順利實施提供的技術(shù)支撐外，還可為其他相關(guān)工程項目提供有益的借鑒和參考。□