中部引黃工程忻保高速公路改線段設(shè)計(jì)綜述

李佑杰

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

山西省中部引黃工程輸水總干線（總0+000.0—總200+217.17）由1～4號(hào)隧洞、渡槽及沿線分水口等建筑物組成。隧洞長(zhǎng)197.7km，其中施工04標(biāo)包括總干1號(hào)洞樁號(hào)總13+116.20—總15+479.39（改）（長(zhǎng)2446.09m）、總干2號(hào)洞樁號(hào)總15+849.79（改）—總21+182.39段（長(zhǎng)5332.60m）、總干6號(hào)施工支洞及1號(hào)洞出口—2號(hào)洞進(jìn)口建筑物工程土建部分（包括1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)暗涵、保德節(jié)制分水閘、橋頭渡槽）。

04標(biāo)總干1號(hào)隧洞原樁號(hào)總13+719.20（總13+636.30改）—總干2號(hào)隧洞原樁號(hào)總19+045.85（總19+045.85改）段線路跨越朱家川河，穿越神朔鐵路和忻保高速公路，改線段原洞線長(zhǎng)5326.65m，改線后長(zhǎng)5409.55m，長(zhǎng)度增加82.9m。設(shè)計(jì)流量 23.55～22.98m3/s，設(shè)計(jì)縱坡 1/3000。

根據(jù)工程布置情況，總干線04標(biāo)改線段2號(hào)隧洞在樁號(hào)總16+765.46（改）—總16+854.64（改）間穿越忻保高速公路。忻保高速公路為兩條平行的道路，左右兩條道路中心間距58m，左右線路寬度均為12.25m。

2 總干2號(hào)隧洞穿越忻保高速公路改線段設(shè)計(jì)

山西省中部引黃工程總干2號(hào)隧洞初步設(shè)計(jì)在忻保高速公路官地坪2號(hào)隧道下部穿越，洞頂距官地坪2號(hào)隧道底部不足5m，考慮高速公路隧道底部有一定的超挖，間距太小，為避免總干2號(hào)隧洞對(duì)忻保高速公路官地坪2號(hào)隧道基礎(chǔ)的影響，保護(hù)高速公路的安全運(yùn)行，將總干2號(hào)洞線局部調(diào)整。經(jīng)專家評(píng)審，建議采用洞穿高速公路路基方案，并對(duì)高速公路路基采用路面注漿施工方案。

2.1 地質(zhì)情況

山西省中部引黃工程2號(hào)輸水隧洞在樁號(hào)16+765.46（改）—總16+854.64（改）段從忻保高速公路官地坪1號(hào)隧道與2號(hào)隧道之間的石棱灣村西溝底通過(guò)。該段2號(hào)輸水隧洞設(shè)計(jì)底高程1017.84m，設(shè)計(jì)洞頂開(kāi)挖高程1023.3m，洞寬5m、洞高5.5m。

石棱灣村西溝底高程約1026m，山頂高程約1150m，為低中山區(qū)。溝谷兩岸基巖裸露，溝底上覆人工堆積物及第四系松散堆積物。溝寬50～60m，高速公路涵洞位于溝中部。山頂覆蓋第四系及上第三系低液限粉土及低液限黏土層，結(jié)構(gòu)較松散。岸坡坡度40°～70°，下部較陡，上部較緩。出露基巖為奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r、泥灰?guī)r。其中灰?guī)r巖性較堅(jiān)硬，巖體完整性較好，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，在地形上形成陡坎。泥灰?guī)r巖性較軟，巖體完整性差，抗風(fēng)化能力弱，在地形上形成緩坡，出露于溝底及岸坡中上部。奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r巖性較堅(jiān)硬，下伏于峰峰組之下。該處未發(fā)現(xiàn)明顯斷裂等地質(zhì)構(gòu)造，為單斜巖層，巖層產(chǎn)狀N10°W/SW∠7°～12°，局部有輕微褶皺。巖體中主要發(fā)育走向兩組高傾角節(jié)理裂隙。

該段地面高程1031.3～1036m，忻保高速公路路面高程1031.3m。樁號(hào)16+765.46（改）—總 16+854.64（改）段地形平坦，高程1031m，其后有一人工堆積土堆。該段覆蓋層厚度6～10.3m，從鉆孔資料分析，洞線基巖面高程1023～1025m。據(jù)勘察可知，樁號(hào)16+797（改）之前基巖面上覆蓋1～2m厚第四系洪沖積卵石混合土，其余段全部為人工堆積物。該段線路布置3個(gè)探坑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)天然密度及篩分試驗(yàn)可知，人工堆積物顆粒組成為：漂石含量5%～10%，卵粒含量18.5%～23.7%，礫粒含量31.5%～35.7%，砂粒含量26.6%～29.7%，粉黏粒含量5.3%～8.9%，其天然密度1.83～1.92g/cm3，孔隙率24.8%～30.5%。下伏奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組中厚層灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化厚度2～3m。該段輸水隧洞頂高程1023.3m，輸水隧洞洞頂埋深6～11.6m，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(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層中，局部可能為覆蓋層，成洞條件差，建議明挖或采取其他工程處理措施。鉆孔揭露存在層間水，水位埋深14.4m，低于2號(hào)輸水隧洞洞底。鉆孔14.4m以上基巖中存在滯水，施工時(shí)需排水。

2.2 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.2.1 平面布置

本工程2號(hào)輸水總干線由北向南布置，2號(hào)隧洞自忻保高速公路官地坪2號(hào)隧道進(jìn)口與公路連接處排水暗涵之間穿越，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。

山西省中部引黃工程2號(hào)隧洞在樁號(hào)總16+775.71（改）和總16+786.07（改）處與新建的忻保高速公路右線交叉，交叉角為84.42°，中部引黃工程2號(hào)隧洞軸線距官地坪右線2號(hào)隧道進(jìn)口最小距離為11.788m；樁號(hào)總 16+834.77（改）和總 16+853.85（改）處與新建的忻保高速公路左線交叉，交叉角為79.28°，中部引黃工程2號(hào)隧洞軸線距官地坪左線2號(hào)隧道進(jìn)口最小距離8.713m；前后各考慮10m的保護(hù)范圍，交叉段長(zhǎng)約89.18m。

2.2.2 豎向布置

山西省中部引黃工程2號(hào)隧洞從忻保高速公路下部穿越洞頂與高速公路左線間距7.65m，與右線間距7.83m。忻保高速公路路面高程1031.10m（左），1031.30m（右）；忻保高速公路路基下方暗涵底高程1027.0m（左），1026.40m（右）；本工程 2號(hào)隧洞洞頂開(kāi)挖高程1023.45m（左），1023.47m（右）；本工程2號(hào)隧洞洞底高程1017.83m（左），1017.85m（右）。

2.2.3 交叉段斷面設(shè)計(jì)

交叉段采用先對(duì)忻保高速公路路基灌漿后進(jìn)行洞挖方案。

根據(jù)實(shí)際情況，固結(jié)灌漿范圍沿輸水隧洞軸線方向從樁號(hào)總 16+765.46（改）—總16+854.64（改），垂直輸水隧洞軸線方向?qū)?0.784~14.284m?？孜徊捎妹坊ㄐ湾e(cuò)孔布置，間距1.5m，分三序孔，間隔布置，按順序灌漿。灌漿深度須穿透強(qiáng)風(fēng)化層，灌漿宜在有混凝土覆蓋的情況下進(jìn)行，鉆孔灌漿必須在相應(yīng)部位的混凝土達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開(kāi)始。灌漿壓力應(yīng)通過(guò)灌漿試驗(yàn)確定，施工中可先采用不大于1MPa的壓力，在灌漿過(guò)程中調(diào)整確定。灌漿孔深小于6m時(shí)，采用全孔一次灌漿法，大于6m時(shí)，采用分段灌漿法。灌漿孔相互串漿時(shí)，采用群孔并聯(lián)灌注，孔數(shù)不宜多于3個(gè)，并應(yīng)控制壓力，防止路面抬動(dòng)。

2號(hào)隧洞穿越段樁號(hào)為總16+765.46（改）—總16+854.64（改），全長(zhǎng)89.18m。隧洞為巖石洞段，采用城門洞形斷面。洞凈寬4.2m，凈高5.1m，直墻段高3.0m，設(shè)計(jì)水深3.52m，頂拱中心角180°，半徑2.1m，襯砌厚度0.4m。

洞穿路基方案襯砌方式：除底板外，內(nèi)掛直徑8mm的鋼筋網(wǎng)（150mm×150mm），噴12cm厚C20混凝土；頂拱范圍內(nèi)設(shè)直徑25mm的系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)2.0m，間排距1.0m，梅花型布置；全斷面C25鋼筋混凝土襯砌，頂拱100°范圍內(nèi)回填灌漿，灌漿壓力0.2MPa。局部地段根據(jù)圍巖破碎程度，采用18a工字鋼加直徑25mm的超前錨桿或18a工字鋼加直徑42mm的超前小導(dǎo)管超前支護(hù)。

3 設(shè)計(jì)概算

04標(biāo)總干2號(hào)隧洞（樁號(hào)總15+849.79（改）—總19+045.85（改））改線段設(shè)計(jì)概算僅比較計(jì)算了主體建筑工程，未計(jì)施工臨時(shí)工程如軌道、施工道路、房屋等，工程量采用改線設(shè)計(jì)工程量。單價(jià)采用原初步設(shè)計(jì)批復(fù)概算單價(jià)，個(gè)別項(xiàng)目（直徑100mm的PVC排水管、鋼拱架、超前小導(dǎo)管及注漿、4m寬泥結(jié)石路面道路改線、直徑100mm的鋼絞線波紋套管）原批復(fù)概算無(wú)單價(jià)，采用招標(biāo)設(shè)計(jì)控制價(jià)單價(jià)。

改線段概算投資4751萬(wàn)元，原批復(fù)初步設(shè)計(jì)相應(yīng)部分概算4430萬(wàn)元，增加321萬(wàn)元，其中鋼拱架、超前錨桿及小導(dǎo)管增加111.3萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)山西省中部引黃工程總干2號(hào)隧洞穿越忻保高速公路線路進(jìn)行綜合優(yōu)化比選設(shè)計(jì)，可有效保護(hù)忻保高速公路的安全。在施工期間，應(yīng)保證公路的正常運(yùn)營(yíng)，盡量減少施工期的干擾，降低施工難度，保證施工周期和工程質(zhì)量。