小斷面洞室工程施工出渣方式優(yōu)化設(shè)計研究

喬永平

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理公司 山西太原 030002）

1 工程簡況

1.1 工程概況

臨汾市引沁入汾和川取水輸水工程包括樞紐工程和輸水工程兩部分。輸水工程在樞紐工程左岸取水，向東南至已建成的草峪嶺隧洞，主要由進水塔和輸水建筑物（包括3座隧洞、2座渡槽、3座明渠和5座涵洞）組成，總長9 826 m，設(shè)計流量17 m3/s。其中3號隧洞進口樁號8+216，出口樁號9+716，洞長1 500 m，洞軸向SW12°，隧洞橫斷面型式為圓拱直墻式，為無壓隧洞，噴混凝土厚8～10 cm，襯砌混凝土厚25～30cm，襯砌后凈斷面3.2 m×3.5 m，屬小斷面洞室。

1.2 地質(zhì)概況

3號隧洞隧洞位于f8背斜東翼，洞身通過主要地層巖性為石千峰組(P2sh)，紫紅、灰紫色、灰綠色細粒長石、石英砂巖；紫紅色砂質(zhì)泥巖。巖層傾角產(chǎn)狀SE30/NE∠8°，主要發(fā)育兩組節(jié)理：①NW20°～30°/NE∠75°～85°；②NE55°～65°/SE∠72°～79°，節(jié)理裂隙與洞線夾角 35°～44°、43°～53°。

隧洞在地面高程以下的埋深19.1～84.6 m，進出口段埋深較淺5.2～13.4 m?；鶐r的透水率q=4.37～5.13 Lu，屬弱透水性。部分洞身位于地下水位以下。洞頂以上為砂質(zhì)泥巖，長石石英砂巖，巖芯完整，成洞條件較好。

圍巖分類詳見表1，進出口段為Ⅴ類，分兩段長104 m，洞身段為Ⅲ類和Ⅳ類，Ⅲ類長411 m，Ⅳ類長985 m，Ⅳ類段屬穩(wěn)定性差～極不穩(wěn)定巖體，易掉塊和楔型體滑移，施工時應及時進行噴混凝土，系統(tǒng)錨桿加固鋼筋網(wǎng)，澆混凝土襯砌。

表1 隧洞圍巖設(shè)計分類

1.3 設(shè)計概況

隧洞開挖后設(shè)計要求進行錨噴一次支護，其中Ⅲ類圍巖噴混凝土厚8 cm，設(shè)4至5根長1.8 mΦ18錨桿；Ⅳ類圍巖噴混凝土厚10 cm，設(shè)7至8根長2.5 mΦ20錨桿；Ⅴ類圍巖噴混凝土厚15 cm，設(shè)10至11根長2.8 mΦ22錨桿，每米設(shè)1榀鋼拱架（GB12工字鋼制作），每2 m設(shè)1排超前錨桿，長3.5 mΦ22，每排17根，鋼拱架間距根據(jù)圍巖情況適當進行調(diào)整。

隧洞開挖后三個月，進行二次混凝土襯砌施工，Ⅲ類、Ⅳ類圍巖襯砌25 cm厚C20素混凝土，每10 m一倉，倉與倉之間按施工縫進行處理，Ⅴ類圍巖襯砌30 cm厚C25鋼筋混凝土，每10 m設(shè)置一道伸縮縫，采用橡膠止水帶止水，內(nèi)填閉孔泡沫板。隧洞襯砌完成后在頂拱120°范圍內(nèi)進行回填灌漿。

2 施工組織

2.1 原初步設(shè)計

根據(jù)工期要求和“規(guī)范”規(guī)定，該標段不設(shè)支洞，從進出口兩上掌子面進行施工，隧洞開挖出渣洞內(nèi)采用有軌運輸，即裝巖機裝渣，電瓶車牽引礦斗車出洞，再用8 t自卸汽車運至棄渣場；一般情況下，氣腿鉆月進尺Ⅲ類圍巖90 m左右，Ⅳ類圍巖為50 m左右，Ⅴ類圍巖為35 m左右，計劃總工期30個月，根據(jù)工期要求，本工程隧洞開挖采用鉆爆法施工，光面爆破，噴錨支護，全斷面開挖方案，臨時支護采用錨噴混凝土支護，二次混凝土襯砌施工，在開挖后三個月進行。

據(jù)上計算和分析，設(shè)計工期進口段為22個月，出口段為17.5個月（見表2），3號隧洞工程能夠按設(shè)計計劃工期完成，并能夠為上下游連接建筑物的施工留下足夠時間。

表2 隧洞設(shè)計工期

在工程實施過程中，項目法人根據(jù)需要確定本工程的進度要求為計劃工期18個月，按照上述安排則本隧洞工程不能按要求工期完成，更談不上為上下游連接建筑物的施工留下一定時間。

2.2 實際施工

為滿足進度需要和加快進度，本工程在招標階段分為兩個標段進行招標，分別為進口段標和出口段標，招標后由兩個施工單位進行施工，分別承建750 m。實際施工中圍巖類型如表3，兩標段施工難度基本相當，若按照實際圍巖情況及原設(shè)計月進度計算，所需工期（簡稱計算工期）兩標段均為22個月，達不到計劃工期要求。

表3 實際圍巖情況下按設(shè)計月進度計算的工期（計算工期）

實際施工中，根據(jù)洞室斷面大小允許，兩施工單位均采用裝載機裝渣，自卸汽車出渣。進口段施工單位使用一臺ZL20正翻裝載機裝渣，三輪汽車(1m3)運輸出渣；出口段施工單位使用一臺ZL40側(cè)翻裝載機裝渣，農(nóng)用車(5m3)運輸出渣。開挖和錨噴支護過程中，為運輸車輛和裝載機掉頭和會車均設(shè)置了會（避）車洞，進口段設(shè)置4個，每個體積35m3；出口段也是4個，每個體積75m3。

進口段施工從2008年6月19日開始，開挖后及時進行錨噴支護，2009年1月4日至2009年2月28日放假，2009年5月28日施工到8+966，完成開挖和錨噴支護，歷時288日歷天，折9.6個月；出口段施工從2008年7月1日開始，2009年1月13日開挖支護至8+990，停工放假，2009年3月20日復工，2009年3月30日施工至8+966，歷時206日歷天，折6.9個月。兩標段均按要求工期完成，并為上下游連接建筑物的施工留下2.1～4.9個月的時間。見表4。

表4 實際工期

3 方式選擇

3.1 工期對比

將開挖和錨噴支護的設(shè)計工期、計算工期和實際工期進行對比，見表5。

表5 工期對比

可見，兩標段開挖和錨噴支護的實際工期均比設(shè)計工期要短，為整個標段工程按期完成奠定了基礎(chǔ)。比計算工期分別提前6.2個月和8.9個月，出口段比進口段提前2.7個月。

3.2 費用對比

3.2.1 設(shè)計運輸和實際運輸

設(shè)計運輸和實際運輸費用按《水利建筑工程預算定額》相關(guān)子目計算進行對比，單價分析中人工和材料預算價格采用：工長5.10元/工時、高級工4.74元/工時、中級工4.08元/工時、初級工2.18元/工時、電費0.80元/kWh、風0.12元/m3、柴油7.10元/t，運輸距離洞內(nèi)500 m、洞外1000 m。實際運輸按定額20468和20467子目進行分析，單價為31.67元/m3(20468+20467)；設(shè)計運輸按20535、20536和20462子目進行分析，單價為33.18元/m3(20535+20536*3+20462，不計裝載機和推土機臺時)。實際運輸與設(shè)計運輸費用相差不大。

3.2.2 會（避）車洞

按設(shè)計要求，會（避）車洞在混凝土襯砌前采用M7.5水泥砂漿砌石回填，并對拱頂進行回填灌漿。進口段和出口段避車洞費用如表6。

表6 避車洞費用

實際運輸費用要比設(shè)計運輸費用高出避車洞項目費用26.48萬元，出口段避車洞費用比進口段避車洞費用高出14.35萬元。但工期提前管理費用會節(jié)省很多（管理費用按5萬元/月計，可節(jié)省44.5萬元），可以說施工總體費用會降低。

3.3 結(jié)論

1）采用無軌運輸，即采用裝載機和自卸汽車出渣比采用有軌運輸工期提前8.9個月。

2）采用中型裝渣機械和運輸車輛比小型裝渣機械和運輸車輛工期提前2.7個月。

3）采用無軌運輸，運輸費用增加避車洞部分費用26.48萬元，但工期提前管理費用會節(jié)省44.5萬元，施工總體費用降低。

4）小斷面洞室工程施工出渣宜采用中型裝渣機械和運輸車輛，不宜采用有軌運輸。