松樹林土洞設(shè)計(jì)及施工

吳 鴻，王 青，楊元紅

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)550002)

1 概 況

松樹林土洞位于黔中水利樞紐桂松干渠C7 標(biāo)，經(jīng)過一片松樹林，地形較平緩。原設(shè)計(jì)為砌石結(jié)構(gòu)輸水明渠，經(jīng)對(duì)其中一段進(jìn)行開挖5 ～8 m深，未見基巖，開挖處為紅、紅褐色、灰白色黏土，夾少量碎石。進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)比較后，確定對(duì)原渠道進(jìn)行軸線調(diào)整拉直，并將其中380 m變更土洞進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧洞進(jìn)口設(shè)置150 m城門洞型暗渠，出口接原明渠;隧洞為淺埋隧洞，最小埋深8 m，最大埋深14 m。隧洞上部為一鄉(xiāng)村道路，平時(shí)有車輛經(jīng)過。

2 地質(zhì)條件

為巖溶剝夷面之上的殘丘緩坡地帶，渠線及洞線通過殘丘埡口平緩地帶，地形坡度5°～15°，高差25 m左右，受地形地貌部位及巖性限制，巖體風(fēng)化深。經(jīng)地表調(diào)查及施工現(xiàn)場(chǎng)分析，底板低于地表5 ～22 m，地表覆蓋層厚4～6 m，為殘坡積紅、紅褐色、灰白色黏土，夾少量碎石，可塑狀態(tài)。下伏基巖為二疊系下統(tǒng)統(tǒng)棲霞組第一段(P1q )灰黑色薄至中厚層砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥灰?guī)r，屬軟質(zhì)巖。全風(fēng)化厚6 ～15 m，巖體也全部變色為褐黃色，光澤消失，結(jié)構(gòu)完全破壞，殘留有節(jié)理痕跡，錘擊有松軟感已完全呈黏土化，強(qiáng)風(fēng)化厚8 m左右，巖石大部分變色，組織結(jié)構(gòu)大部分已破壞，節(jié)理裂隙相對(duì)較發(fā)育，錘擊聲啞。巖層產(chǎn)狀5°－15°∠15°－19°。經(jīng)以上分析得:渠線、洞線位于全強(qiáng)風(fēng)化巖體類，隧洞開挖應(yīng)超前支護(hù)，及時(shí)襯砌。經(jīng)地表及部分開挖施工調(diào)查，渠線及洞線穿越部位富水性差，渠線及洞線位于地下水位附近［1］。

3 土洞設(shè)計(jì)

3.1 隧洞型式

此段隧洞為土洞，隧洞圍巖情況較差，采用受外力較好的圓形隧洞，因進(jìn)行圓形隧洞開挖難度較大，固開挖采用馬蹄形開挖斷面。

3.2 隧洞水力計(jì)算

隧洞設(shè)計(jì)流量Q =12.237 m3/s，加大流量Qm= 13.396 m3/s;采用圓形過水?dāng)嗝妫矶吹灼?/3 000;采用加大流量核定過水?dāng)嗝娉叽?，隧洞直?.8 m，設(shè)計(jì)水深2.706 m，設(shè)計(jì)流速1.416 m3/s，凈空面積比23.8%;加大水深2.920 m，加大流速1.433 m3/s，凈空面積比17.5%;原渠道總水頭損失0.146 m，土洞進(jìn)出口水頭損失0.006 m，沿程水頭損失0.127 m，總水頭損失0.131 m，較原渠道水頭損失小，滿足規(guī)范要求。

3.3 隧洞結(jié)構(gòu)計(jì)算

隧洞為土洞，不能形成有效的坍落拱，采用全部土體容重計(jì)算隧洞外壓(考慮外水壓力)，隧洞采用C20 混凝土，襯砌厚度0.4 m;隧洞襯砌進(jìn)出口6 m設(shè)置一條永久縫，進(jìn)出口各3 條，縫內(nèi)填充橡膠止水帶;洞內(nèi)12 m設(shè)置一條施工縫;施工縫間距結(jié)合施工設(shè)備及澆筑長(zhǎng)度設(shè)置，但≥6 m，縫內(nèi)設(shè)置BW－Ⅱ遇水膨脹止水條;上下游漸變段設(shè)置伸縮縫，縫內(nèi)依次填充瀝青油氈、無(wú)毒雙組份聚硫密封膠、M10 水泥砂漿。

分施工工況、運(yùn)行工況及特殊工況3 種工況進(jìn)行計(jì)算:①施工工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+外水壓力+車輛荷載;②運(yùn)行工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+外水壓力+內(nèi)水壓力+車輛荷載;③特殊工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+ 灌漿壓力+ 車輛荷載。經(jīng)計(jì)算，e0/h0＜0.55，按規(guī)范要求，對(duì)于此種情況下的偏心受壓構(gòu)件，裂縫可不作驗(yàn)算。

3.4 初期支護(hù)設(shè)計(jì)

隧洞開挖強(qiáng)調(diào)采用短進(jìn)尺、分臺(tái)階開挖并及時(shí)支護(hù)的原則，應(yīng)循序漸進(jìn)的進(jìn)行開挖，開挖后及時(shí)支護(hù)。鋼拱架(I14，140－85－5.5)間距80 cm，兩側(cè)Φ25 鎖腳錨桿8 根，單根長(zhǎng)3.0 m，鋼拱架頂拱180°架設(shè)φ42 導(dǎo)管，間距0.3 m，單根長(zhǎng)4.5 m，搭接長(zhǎng)度1.5 m，鋼拱架之間采用Φ25 縱向鋼筋連接，間距1 m，鋼拱架外側(cè)鋪設(shè)單層Φ6@200×200 鋼筋網(wǎng)片，噴C20 混凝土厚10 cm并預(yù)留Φ50 排水管，單根長(zhǎng)50 cm。

3.5 進(jìn)口暗渠及洞臉設(shè)計(jì)

進(jìn)口暗渠采用城門洞型，暗渠與隧洞進(jìn)口連接漸變段長(zhǎng)10 m，隧洞出口與明渠連接漸變段長(zhǎng)12 m。進(jìn)、出口洞臉采用1 m厚鋼筋混凝土作為永久性洞臉加固。暗渠邊坡每6 m高設(shè)置一級(jí)馬道，馬道寬2 m。隧洞進(jìn)口暗渠邊坡作為臨時(shí)施工邊坡，掛單層Φ6@200 ×200 鋼筋網(wǎng)片，噴射C20 混凝土厚100 mm，設(shè)置3 m長(zhǎng)錨桿，間距3 m，排距3 m。隧洞出口明渠邊坡坡比采用1∶1.1，坡面掛單層Φ6@200 ×200 鋼筋網(wǎng)片，噴射C20 混凝土厚100 mm。隧洞出口正面邊坡坡比1∶1.5，坡面采用格構(gòu)梁護(hù)坡，梁格尺寸0.3 m×0.3 m，間距2 m，梁格交匯處設(shè)置4.5 m長(zhǎng)錨桿，梁格間填充干砌毛石。所有邊坡上部均設(shè)置0.3 m ×0.3 m的排水溝。

4 土洞施工

4.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，組織施工人員及機(jī)械進(jìn)場(chǎng);聯(lián)系鋼材及水泥等廠家，進(jìn)行施工材料準(zhǔn)備，報(bào)監(jiān)理開工申請(qǐng)后準(zhǔn)備施工。

4.2 進(jìn)洞施工

從隧洞出口進(jìn)洞，采用隧洞出口明渠作為進(jìn)洞通道，暗渠邊坡坡比1∶1.1，采用錨噴支護(hù)，厚100 mm，掛網(wǎng)鋼筋采用Φ6.5@200 ×200。洞臉架設(shè)14#工字鋼并進(jìn)行超前支護(hù)，超前支護(hù)采用Φ42 導(dǎo)管沿洞頂圓弧段布置一排，間距0.3 m，外插角控制在3°～5°。

4.3 邊坡排水

在洞臉及暗渠邊坡采用C15 混凝土修建0.3 m×0.3 m的排水溝，確保施工期邊坡排水，避免地表水對(duì)邊坡沖刷。

4.4 隧洞開挖及支護(hù)

隧洞開挖采用短開挖強(qiáng)支護(hù)原則，每次進(jìn)尺控制在1 m范圍內(nèi)，根據(jù)情況可進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整。堅(jiān)持弱爆破結(jié)合人工風(fēng)鎬開挖，盡量減少對(duì)洞室圍巖的擾動(dòng)，施工中對(duì)已開挖洞段及時(shí)支護(hù)，合理組織施工工序時(shí)間，盡量在保證安全前提下及時(shí)進(jìn)行有效的隧洞圍巖初期支護(hù)。隧洞前40 m隧洞支護(hù)采用設(shè)計(jì)的初期支護(hù)，隨后因地質(zhì)條件變化，淺埋隧洞洞頂?shù)魤K嚴(yán)重，對(duì)支護(hù)參數(shù)作出了調(diào)整。采用Φ42 導(dǎo)管，間距0.2 m，沿洞頂圓弧段布置一圈，導(dǎo)管內(nèi)注射水泥漿，搭接長(zhǎng)度為2 ～2.5 m，外插角控制在3° ～5°;噴混凝土厚15 cm，采用Φ6.5 間距200 ×200 雙層鋼筋網(wǎng);14#工字鋼間距調(diào)整為50 cm，鋼支撐底部加橫向支撐，并對(duì)較軟基礎(chǔ)進(jìn)行混凝土置換。

4.5 隧洞特殊情況處理

隧洞為淺埋隧洞，地質(zhì)條件較差，在開挖過程中頂拱以上出現(xiàn)了不同程度的掉塊現(xiàn)場(chǎng);隧洞上部為鄉(xiāng)村公路，考慮到安全因素，地表立警示牌，拉警示線，并設(shè)置必要的安全監(jiān)測(cè)及安全專員進(jìn)行值守。對(duì)掉塊部位優(yōu)先采用超前長(zhǎng)錨桿穿透至較好巖層，對(duì)已垮塌部位采用短間距鋼支撐支護(hù)，拱頂以上采用圓木及噴射C20 混凝土進(jìn)行回填;針對(duì)洞頂垮塌圍巖較薄處，人工開挖使其冒頂，設(shè)置短間距鋼支撐，鋼支撐上部設(shè)置Φ6.5 間距200 ×200，噴射C20混凝土厚100 mm，然后于地面進(jìn)行回填處理。

5 結(jié) 語(yǔ)

洞口邊坡穩(wěn)定，未有垮塌發(fā)生，未對(duì)安全、進(jìn)度造成不良影響;洞內(nèi)開挖后及時(shí)支護(hù)，未見有鋼支撐變形;對(duì)洞頂垮塌部位進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)人員財(cái)產(chǎn)傷亡，并對(duì)掉塊部位及時(shí)處理，保證施工安全及進(jìn)度。

［1］邢莉，李宏卓. 土洞設(shè)計(jì)和施工中的若干問題［J］. 安徽建筑，2004(03):39－40．