秦嶺輸水隧洞 3號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)探討

劉國(guó)平

秦嶺輸水隧洞 3號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)探討

劉國(guó)平

針對(duì)秦嶺隧洞 3號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)的工程概況及地質(zhì)條件,介紹了棄渣場(chǎng)的布設(shè)、棄渣場(chǎng)擋墻及排水溝的設(shè)計(jì),對(duì)棄渣邊坡、擋墻進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)是安全的,可為以后類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

勘探試驗(yàn)洞,棄渣場(chǎng),擋墻,穩(wěn)定性分析,排水措施

隧洞在開挖過(guò)程中對(duì)巖體進(jìn)行爆破或者機(jī)械式挖掘,產(chǎn)生松散的巖土物質(zhì),將這些物質(zhì)裝運(yùn)到地表,形成棄渣。因隧洞開挖往往產(chǎn)生大量的棄渣,因此需要尋找一個(gè)合適的場(chǎng)地進(jìn)行堆放,此場(chǎng)地稱為棄渣場(chǎng)。棄渣如果隨地堆棄,將會(huì)侵占農(nóng)田、擠壓河道,造成水土流失、河床淤積、河道阻塞甚至泥石流危害的發(fā)生,嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境[1],因此棄渣場(chǎng)需要精心布設(shè)及設(shè)計(jì)。吳俊[2]、周亮[3]介紹了棄渣場(chǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)需要考慮的內(nèi)容;呂宗強(qiáng)[4]、劉建偉[5]、羅雷[6]對(duì)棄渣場(chǎng)的攔渣擋墻進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。本文就秦嶺 3號(hào)隧洞勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,對(duì)其擋墻穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,以資類似工程借鑒。

1 工程概況

1.1 棄渣場(chǎng)概況

秦嶺隧洞 3號(hào)勘探試驗(yàn)洞長(zhǎng) 3 532m,渣量為 22萬(wàn) m3。渣場(chǎng)位于五根樹村蒲河河灘右岸,渣場(chǎng)現(xiàn)狀主要以旱地和河灘地為主,所處位置相對(duì)平緩,主要涉及的地層為：第四系全新統(tǒng)沖積粉質(zhì)粘土、粗圓礫土、卵石土及漂石土,下伏基巖為片麻巖夾石英巖。

渣場(chǎng)面積約 4.47 hm2,平均堆高 4.9m,可容渣約30萬(wàn)m3。將渣場(chǎng)中間既有公路向臨河岸布設(shè),并設(shè)有C15片石混凝土攔渣墻保護(hù),攔渣墻高 6m～8m。棄渣以攔渣墻頂部高程為界平鋪,堆渣完成后恢復(fù)耕地。根據(jù)場(chǎng)地的天然坡度,在棄渣場(chǎng)南部設(shè)南北向約 0.5%縱坡,在棄渣場(chǎng)北部,以攔渣墻墻頂按 1∶1.75的坡比刷坡堆渣到高程為846m,護(hù)坡高度 3m～4m,復(fù)耕后形成大片耕地,原地面高程為 835m～841m,堆渣后頂面高程為 841m～846m。

1.2 設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

在充分考慮棄渣場(chǎng)所處的地貌形態(tài)基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)際棄渣方量以及防護(hù)區(qū)周圍保護(hù)對(duì)象的規(guī)模等級(jí),參照 GB 50201-94防洪標(biāo)準(zhǔn)[7]與GB 50286-98堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[8]及其他工程規(guī)范進(jìn)行方案比選和布置設(shè)計(jì)。

3號(hào)勘探試驗(yàn)洞渣場(chǎng)為臨河型棄渣場(chǎng),棄渣場(chǎng)面積在4.47hm2左右,堆渣量為 30萬(wàn) m3,規(guī)模較小,結(jié)合秦嶺隧洞棄渣場(chǎng)的設(shè)置,為了保證渣場(chǎng)上下游左右岸鄰近村鎮(zhèn)的安全,因此將洪水標(biāo)準(zhǔn)確定為 30年一遇,50年洪水校核,防護(hù)工程等級(jí)定為 3級(jí)。

2 棄渣場(chǎng)布設(shè)原則

1)棄渣場(chǎng)按滿足環(huán)保和水土保持的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),不對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞,不污染環(huán)境,不造成水土流失。2)棄渣應(yīng)遵循就近分散,盡量利用荒坡、荒溝堆棄。渣腳設(shè)擋墻進(jìn)行防護(hù),渣頂整平綠化。3)沿河、溝棄渣盡量不占或少占河床,并設(shè)擋護(hù)工程收坡,坡面設(shè)防護(hù);利用沖溝棄渣時(shí),做好防護(hù)工程并預(yù)留渣頂水溝,避免棄渣流失。4)棄渣場(chǎng)占地按占地面積、復(fù)墾面積、綠化面積,并按河灘、荒溝、旱地、水澆地、果園、林地分別計(jì)列。

3 棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)

3.1 棄渣場(chǎng)墻址及擋墻形式選擇

擋渣墻的平面布置沿著河道方向布設(shè),并順應(yīng)地形,以盡可能圓順,不至于引起水流形態(tài)變化過(guò)大,造成新的異地沖刷為準(zhǔn)。擋墻形式采用浸水重力式擋墻,并對(duì)俯斜式、仰斜式、垂直式、衡重式四種形式墻背進(jìn)行比較,由于仰斜式墻背具有斷面經(jīng)濟(jì)、墻背所受土壓力較小、開挖和回填量較小、墻身通體與邊坡貼合較緊密等特點(diǎn),因此采用仰斜式墻背。

3.2 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定分析

根據(jù) GB 50433-2008開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范[9],為滿足渣體穩(wěn)定性及水土保持要求,對(duì)棄渣堆置邊坡需進(jìn)行必要的穩(wěn)定性分析驗(yàn)算,渣體穩(wěn)定安全系數(shù)取 1.1,擋渣墻抗滑安全系數(shù)取 1.3,擋渣墻抗傾覆系數(shù)取 1.5。

1)棄渣特性。棄渣由碎石、土和少量有機(jī)質(zhì)組成,碎石占主要成分,棄渣粘聚力低。隨著棄渣的分層壓實(shí)及降水入滲,棄渣的粘聚力提高,底層粒徑較大。

2)計(jì)算假定。根據(jù)棄渣的組成及物理力學(xué)特性,假定渣場(chǎng)為無(wú)粘性土,棄渣的凝聚力c=0,棄渣料單一均勻,滑裂面形狀為直線型;不計(jì)馬道對(duì)平均渣體坡度的降低作用,不計(jì)擋墻對(duì)渣體的支撐作用。

3)棄渣及基礎(chǔ)物理力學(xué)參數(shù)。渣體粘聚力 c=0,內(nèi)摩擦角 φ取35°,基礎(chǔ)參數(shù)φ取21°,c取30 kPa。

4)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。由于堆渣體粘聚力為零,堆渣為無(wú)粘性土,堆渣體穩(wěn)定性分析采用直線滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如下：

其中,Fs為穩(wěn)定安全系數(shù);i為土條編號(hào);W為土條重量;θ為土條沿劃裂面的坡角;φ為土條內(nèi)摩擦角。

采用北京理正巖土計(jì)算軟件 5.5版計(jì)算渣體本身及基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,按照直線滑動(dòng)法公式檢算渣體邊坡穩(wěn)定性。計(jì)算得到的棄渣邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為 1.26,滑動(dòng)面為棄渣體接近表面處,大于穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.10。

5)擋渣墻穩(wěn)定性計(jì)算。壓力按庫(kù)侖土壓力計(jì)算,充分采取排水措施。采用直線滑動(dòng)法求安全系數(shù)。

采用式(2)計(jì)算水平基底的滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)：

其中,kc為沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù);W為擋土墻的自重重力,kN; Ey為擋土墻承受的土壓力豎向分力,kN;Ex為擋土墻承受的土壓力水平分力,kN;f為擋土墻墻底摩擦系數(shù)。

采用式(3)計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)：

其中,ko為擋土墻繞墻址或基礎(chǔ)趾點(diǎn)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù);W為擋土墻的自重重力,kN;Ex為擋土墻的土壓力在水平方向的分力,kN;Ey為擋土墻的土壓力在豎直方向的分力,kN;ZW為擋土墻的自重重力的重心到傾覆計(jì)算點(diǎn)的水平距離,m;Zy為擋土墻的土壓力在水平方向的分力到傾覆計(jì)算點(diǎn)的豎向距離,m。

計(jì)算得到棄渣場(chǎng)擋渣墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為 2.01～2.73,大于允許值 1.3;抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為4.77～5.66,大于允許值1.5,表明該擋渣墻是穩(wěn)定的。

3.3 排水措施設(shè)計(jì)

棄渣場(chǎng)上游設(shè)置截排水溝,以攔截棄渣場(chǎng)上游匯水,截水溝采用梯形斷面,采用M7.5漿砌石砌筑,厚度30 cm,截水溝的過(guò)流斷面根據(jù)設(shè)計(jì)洪水流量確定。

截水溝過(guò)流能力采用謝才公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如下：

其中,A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;C為謝才系數(shù),C=R1/6/n;R為水力半徑,m。

截(排)水溝排坡面水用漿砌石渠道,糙率 n取 0.013。渣場(chǎng)截(排)水溝設(shè)計(jì)斷面過(guò)水能力計(jì)算成果見表 1。

表1 渣場(chǎng)截(排)水溝設(shè)計(jì)斷面過(guò)水能力

3.4 沉降縫及伸縮縫

為避免擋墻基礎(chǔ)不均勻沉陷而引起墻身開裂,需按墻高和基底巖性情況設(shè)置沉降縫。同時(shí)避免因澆筑混凝土收縮硬化和溫度變化作用而產(chǎn)生裂縫,需設(shè)置伸縮縫。在本設(shè)計(jì)中,變形縫和伸縮縫合設(shè),每隔 10m～15m設(shè)縫一道,縫寬 0.02m,沿墻頂、內(nèi)、外三邊填塞瀝青麻筋,填塞深度 0.2m。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)秦嶺隧洞3號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹,對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡、擋墻的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,取得了以下兩點(diǎn)主要結(jié)論：

1)本渣場(chǎng)為臨河型渣場(chǎng),渣場(chǎng)地形大部分為比較平緩的河灘臺(tái)地,為減少可能產(chǎn)生的水土流失,將棄渣場(chǎng)與河道整治防護(hù)結(jié)合起來(lái),利用棄渣堆筑壓實(shí)后,一方面用作施工生產(chǎn)場(chǎng)地,另一方面造出更大、更平整的復(fù)耕地。

2)對(duì)棄渣邊坡、擋墻的穩(wěn)定性分析表明：棄渣邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為 1.26;擋渣墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為 2.01～2.73,抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為 4.77～5.66;上述計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求,表明棄渣邊坡、擋墻是穩(wěn)定的。

[1] 胡清波.遙感技術(shù)在鐵路隧道棄渣場(chǎng)地調(diào)查中的應(yīng)用[J].鐵路航測(cè),2000(4)：29-32.

[2] 吳 俊,趙 峰,張曉平.南水北調(diào)中線一期工程棄土棄渣場(chǎng)布置研究[J].人民長(zhǎng)江,2009(24)：44-45.

[3] 周 亮,王 競(jìng),阮 正.黔中水利樞紐一期工程棄渣場(chǎng)選擇及治理措施分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2008(4)：95-98.

[4] 呂宗強(qiáng),雷孝章.西南山區(qū)水電建設(shè)項(xiàng)目河灘地棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)探討[J].人民長(zhǎng)江,2009(20)：11-12,23.

[5] 劉建偉,史東梅,馬曉剛,等.棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性特征分析[J].水土保持學(xué)報(bào),2007,21(5)：192-195.

[6] 羅 雷,何丙輝,王銳亮.棄渣場(chǎng)堆渣及擋渣墻穩(wěn)定性分析[J].水土保持研究,2006,13(2)：253-256.

[7] GB 50201-94,防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[8] GB 50286-98,堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[9] GB 50433-2008,開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on design of spoil site of Qinling tunnel No.3 exp loration test holes

LIU Guo-ping

According to the p rojectoverview and geological conditions of spoil site of Qin ling tunnel No.3 exploration test holes,the layout as well as retaining wall and d rainage ditch design of spoil site are introduced,the stability of spoil slopeand retainingwall are calculated,and the results show that the engineering is safe.The design provides a reference work to the similar engineering.

exploration test holes,spoil site,retaining wall,stability analysis,drainage measures

U 459.6

A

1009-6825(2011)09-0222-02

2010-11-28

劉國(guó)平(1980-),男,助理工程師,中鐵隧道股份有限公司,河南鄭州 450000