河曲引黃灌溉工程隧洞豎井施工設(shè)計

王小霞

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 隧洞基本情況

河曲引黃灌溉工程，樁號13+000～16+345，長3 345 m，隧洞縱坡i=1:1000，設(shè)計過水流量2.24 m3/s,斷面形式為城門洞形，斷面尺寸1.7 m×1.8 m（寬×高），洞內(nèi)設(shè)計水深0.99 m，直墻段高0.95 m。本段隧洞Ⅲ類圍巖占46.14%，Ⅳ類圍巖占35.02%、Ⅴ類圍巖占18.83%，但洞線處于地下水位以下，并且要穿越540 m的土層，施工難度較大。

隧洞進(jìn)口位于河曲縣城東的坪泉村南，該處地形平坦，地貌上屬黃河二級階地。隧洞出口位于麻黃溝溝口段，溝谷地形呈“Ⅴ”字型發(fā)育，溝谷底寬60～100 m，溝谷兩岸對稱發(fā)育，坡度較緩。出口位于溝底以下2 m多。溝底有地表水，清水流量小于5 L/s。溝底松散層度厚3 m左右，為第四系全新統(tǒng)洪積砂卵石，有地下水活動，為孔隙潛水，地下水位埋深淺。出口主要底層巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組紫色紅色泥巖，破碎，強(qiáng)風(fēng)化，為軟巖。出口自然邊坡呈緩坡，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖層產(chǎn)狀平緩，傾角小于12°。

隧洞全長3 345 m，進(jìn)出口兩個工作面施工，截至2012年4月底進(jìn)口完成290 m，出口完成1 150 m。隨著隧洞掘進(jìn)的進(jìn)一步深入，隧洞通風(fēng)排煙、二次襯砌的混凝土運輸困難加大，已影響到工程施工進(jìn)度和施工安全，應(yīng)增加隧洞通風(fēng)排煙、二次襯砌的混凝土運輸通道，確保工程如期完成，同時考慮把通風(fēng)豎井作為今后引水口的通道。為此根據(jù)隧洞地質(zhì)勘查、地形測量和現(xiàn)場踏勘等資料，提出隧洞通風(fēng)豎井段設(shè)計方案。

2 隧洞施工通風(fēng)豎井設(shè)計

2.1 位置選擇

通風(fēng)豎井位置選擇的原則是既方便施工，又節(jié)約投資。根據(jù)工程進(jìn)度，結(jié)合地形地質(zhì)條件，按照目前工程需要，隧洞通風(fēng)豎井選在洞軸線14+313 m、14+835 m、15+445 m處。

2.2 水文氣象

河曲縣引黃灌溉工程地處內(nèi)陸深處的黃土高原東北部，屬溫帶季風(fēng)大陸性氣候。冬季時間長，春秋時間短，四季分明。據(jù)河曲氣象站1971-2003年資料統(tǒng)計，多年平均年降水量為386.1 mm，6-9月降水量占全年的76.9%；多年平均氣溫為8.0℃，極端最高氣溫38.6℃，極端最低氣溫-32.8℃；多年平均水面蒸發(fā)量（ф20cm蒸發(fā)皿）為1 750.1 mm；多年平均風(fēng)速為1.3 m/s，最大風(fēng)速為28 m/s，常見的風(fēng)向為西北風(fēng)；最大凍土深度134 cm；最大積雪厚度13 cm。

2.3 工程地質(zhì)

隧洞地質(zhì)鉆孔4個，隧洞施工支洞鐵路東方案鉆孔1個，鐵路西方案鉆孔3個，由此可知3號通風(fēng)豎井工程底層情況基本相同，具體如下：上部為亞砂土、亞砂土與砂卵石覆蓋層，厚度在29 m左右，砂卵石為地下水賦存層。其下則為二疊系上統(tǒng)石千峰組紫紅色泥頁巖，厚度在45 m左右。

2.4 通風(fēng)豎井結(jié)構(gòu)設(shè)計

通風(fēng)豎井主要任務(wù)是通風(fēng)排煙，為隧洞工作面提供安全工作條件，其次要考慮作為混凝土運輸和引水口的通道。為此通風(fēng)豎井?dāng)嗝娌灰颂。O(shè)計開孔直徑600 mm，終孔直徑450 mm。通風(fēng)豎井深度約74 m。

根據(jù)地質(zhì)條件通風(fēng)豎井分為2段：

（1）上部沙土、砂卵石段。本段鉆孔直徑600 mm，由地面鉆孔穿越砂卵石層深入基巖5.0 m，鉆孔深度34 m。由于砂卵石層含有地下水，需要對此段進(jìn)行水泥封閉。方法為成孔后下內(nèi)徑450 mm鋼管（壁厚8 mm），至底部后上提5 cm，然后清理巖渣，利用注漿管從鋼管底部注入水泥漿，控制水泥漿用量。

（2）基巖段。本段從鋼管與孔壁之間溢出到地面，為保證封閉效果，鋼管周壁纏繞橡膠止水帶。鉆孔直徑450 mm，在上段結(jié)束后進(jìn)行鉆進(jìn)，直至隧洞頂部，設(shè)內(nèi)徑384 mm（樁號15+445 m處364 mm）鋼管（壁厚8 mm）至隧洞頂部，與上段內(nèi)徑460 mm鋼管以下1 m漸變段連接，并伸入上部鋼管1 m，鋼管下部焊接支撐鋼圈與豎井正下方2榀拱架焊接。鉆孔深度包括上部水泥封閉段共74 m。

3 隧洞通風(fēng)豎井段斷面支護(hù)及引水口結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 井下斷面支護(hù)

隧洞通風(fēng)豎井段長3 m，共設(shè)置6榀I14工字鋼拱架，每榀間距0.6 m，跨距3.021 m、3.552 m和3.757 m拱架各2榀，拱架間用ф20連接筋連接，一次支護(hù)除鋼拱架外，另鋪設(shè)ф6雙層鋼筋網(wǎng)，并噴射C20混凝土20 cm，待整條隧洞貫通后，二次襯砌厚25 cm鋼筋混凝土。

承重鋼管在鋼管下部焊接支撐鋼圈與豎井正下方2榀拱架焊接。

3.2 引水口結(jié)構(gòu)設(shè)計

在隧洞工程完成后，通風(fēng)豎井并將做為一個引水口。在通風(fēng)豎井正下方鑿一深5 m，直徑80 cm的井，井底襯砌20 cm厚的混凝土防護(hù)。井內(nèi)設(shè)潛水泵將水提至地面，潛水泵出水管由豎井通向地面。為防止污物堵塞，在通風(fēng)豎井下部與主洞連接處設(shè)置一長3 m、高1.8 m網(wǎng)格5 cm×5 cm的鋼制攔污柵。

3.3 地面防護(hù)設(shè)計

豎井護(hù)欄必須焊接牢固，自地面起高度不小于2 m，水平護(hù)欄不少于20道，所用護(hù)欄均刷紅白漆，兩種顏色間距50 cm，并沿護(hù)欄掛綠色護(hù)網(wǎng)。護(hù)網(wǎng)底部必須固定牢固，豎井周圍砌漿砌石排水渠，保證排水通暢。

4 隧洞豎井施工

4.1 測量定位

根據(jù)設(shè)計樁號在各部位施工之前，先使用全站儀進(jìn)行測量定位，根據(jù)測量放線結(jié)果在施工范圍撒放白灰作明顯標(biāo)志，且釘木樁作為鉆孔中心。

4.2 鉆機(jī)到位

鉆機(jī)到位，按照測量定位中心擺放平整，保證不產(chǎn)生移動或者搖動。上部29 m沙土、砂卵石段，采用短螺旋鉆具，泥漿護(hù)壁；下部45 m基巖段，采用巖石螺旋鉆頭。

4.3 成孔下管

先埋設(shè)鋼護(hù)筒，使用全站儀定位，保證護(hù)筒中心與鉆孔中心重合，并且需保證護(hù)筒的垂直度。在以上工序安排就緒后開始鉆孔，使用不同的鉆頭對不同的地質(zhì)條件進(jìn)行鉆孔施工。對隧洞已經(jīng)施工的鉆通就可以了，但對剩余的2個未掘進(jìn)隧洞的孔位達(dá)到了設(shè)計標(biāo)高（即隧洞頂部），對孔深、孔徑、孔壁、垂直度等進(jìn)行檢查，然后采用吊車設(shè)備下管。

5 結(jié)束語

由于該方案的實施，使隧洞掘進(jìn)、襯砌和通風(fēng)都能順利進(jìn)行，在施工期間未發(fā)生任何質(zhì)量安全事故。但是，具體問題應(yīng)具體分析，只有針對不同的工程地質(zhì)問題，制定不同的施工方法和措施，才能確保工程質(zhì)量、進(jìn)度和安全。