淺埋暗挖法在吉林省中部城市供水工程中的應(yīng)用

溫自明 薛興祖

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 吉林長春 130021）

前言

吉林省中部城市引松供水工程總干線豐滿水庫—飲馬河分水口段位于吉林市永吉縣境內(nèi)，取水口位于豐滿水庫大壩上游1.2km處，經(jīng)腰屯村、雙頂子小屯、下達(dá)村、四間村、馬路溝、林家屯、吳家、興隆川、許大院、大河川、葦子溝、橫土背、宋家窯、常家街，到達(dá)大公屯為連續(xù)隧洞段，全長 71992m。大公屯連續(xù)隧洞出口位于飲馬河左岸國堤內(nèi)，經(jīng)562m長PCCP埋管段到達(dá)飲馬河分水口。

1 工程概況

總干線豐滿水庫取水口—飲馬河分水口段71992m主要采用開敞式 TBM 法施工，分三臺(tái)TBM施工段，共設(shè)8條施工支洞，分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#施工支洞、小河沿施工豎井。其中3#、6#支洞為永久檢修支洞，小河沿施工豎井為處理TBM3局部淺埋段，其他均為臨時(shí)施工交通洞。本段設(shè)3處通風(fēng)豎井。

豐滿水庫取水口位于豐滿水庫大壩 1.2km處，距吉林市 27km。工程主要建筑物包括：巖塞爆破口、集渣坑、閘門井、攔污柵、攔魚設(shè)施及現(xiàn)場(chǎng)管理房。此處交通便利，有豐滿水庫上壩道路通往施工地點(diǎn)。施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在工程地點(diǎn)附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用水庫水。施工用電電源引自豐滿鄉(xiāng)，10kV線路長度2.5km。

1.1 1#施工支洞

1#施工支洞位于永吉縣腰屯村南溝屯東面山溝內(nèi)，距吉林市25km。主要控制支洞1到豐滿水庫取水口段主洞開挖，包括TBM1段拆卸擴(kuò)大段，鉆爆法施工。此處有村村通公路通往南溝屯，但穿過南溝屯段公路需繞開村屯重新修建。南溝屯通往施工場(chǎng)區(qū)為土路，需擴(kuò)建。溝內(nèi)施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活及生產(chǎn)用水采用打井取地下水。施工用電電源引自豐滿鄉(xiāng)，10kV線路長度3.5km。

1.2 2#施工支洞

2#施工支洞位于永吉縣四間村文明屯北側(cè)，距吉林市33km，距永吉縣7km。主要控制支洞2到支洞 1段主洞開挖，包括 TBM1段中間檢修、轉(zhuǎn)場(chǎng)洞段，TBM法施工。此處有公路通往支洞口。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活及生產(chǎn)用水采用打井取地下水。施工用電電源引自永吉縣，66kV線路長度5.0km。

1.3 3#施工支洞

3#施工支洞為永久檢修支洞，位于永吉縣官馬山村S205省道路旁，距吉林市37km，距永吉縣11km。主要控制支洞3到支洞2段主洞開挖，包括TBM1段安裝擴(kuò)大洞段，TBM法施工。此處有S205省道通往支洞口。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用溫德河水。施工用電電源引自支2，66kV線路長度8.0km。

1.4 4#施工支洞

4#施工支洞與支洞3隔溫德河相對(duì)，距吉林市39km，距永吉縣13km。主要控制支洞4到支洞3段主洞開挖，包括TBM2段拆卸擴(kuò)大洞段，鉆爆法施工。此處有 S205省道通往支洞 3，從支洞3有村村通通往支洞口。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用溫德河水。施工用電電源引自支洞5，10kV線路長度10km。

1.5 5#施工支洞

5#施工支洞位于永吉縣大岔屯南側(cè)，距吉林市51km，距永吉縣25km。主要控制支洞5到支洞4段主洞開挖，包括TBM2段檢修、轉(zhuǎn)場(chǎng)擴(kuò)大洞段，TBM法施工。此處有G202國道通往打岔屯，從大岔屯有農(nóng)道通往支洞口，農(nóng)道需擴(kuò)建。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活、生產(chǎn)用水采用打井取地下水。施工用電電源引自支洞3，66kV線路長度15.0km。

1.6 6#施工支洞

6#施工支洞為永久檢修支洞，位于永吉縣大河川村南側(cè)，距吉林市 62km，距永吉縣 36km。主要控制支洞 6到支洞 5段主洞開挖，包括TBM2段安裝擴(kuò)大洞段，TBM 法施工。此處有村村通道路通往支洞口，目前修建吉草高速經(jīng)過雙河鎮(zhèn)，雙河鎮(zhèn)距支洞口5km。施工到支洞口道路與永久道路相結(jié)合，局部路段需擴(kuò)建，滿足TBM 組件運(yùn)輸需求。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活、生產(chǎn)用水采用打井取地下水。施工用電電源引自支洞5，66kV線路長度10.0km。

1.7 7#施工支洞

7#施工支洞與支洞6隔岔路河相對(duì)，距吉林市65km，距永吉縣39km。主要控制支洞7到支洞6段主洞開挖，包括TBM3段拆卸擴(kuò)大洞段，TBM法施工。此處通過支洞 6洞口后路段，為農(nóng)道，需擴(kuò)建，且需修建垮岔路河臨時(shí)橋。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用岔路河水。施工用電電源引自支洞6，10kV線路長度4.0km。

1.8 8#施工支洞

8#施工支洞位于黃榆水庫上游，距吉林市79km，距永吉縣 53km，距長春市 87km。主要控制支洞 8到支洞 7段主洞開挖，包括 TBM3段檢修、轉(zhuǎn)場(chǎng)擴(kuò)大洞段，TBM 法施工。此處有村村通通往黃榆水庫大壩，黃榆水庫大壩到支洞口為農(nóng)道，需擴(kuò)建。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用黃榆水庫水。施工用電電源引自支洞6，66kV線路長度12.0km。

1.9 小河沿施工豎井

小河沿施工豎井位于黃榆鄉(xiāng)小河沿村常家街附近，距吉林市90km，距永吉縣66km，距長春市92km。主要控制小河沿淺埋段484mV類圍巖。此處有村村通通往施工場(chǎng)區(qū)，施工場(chǎng)地開闊平坦。施工生活、生產(chǎn)用水采用打井取地下水。用電電源引自黃榆鄉(xiāng)，10kV線路長度5.0km。

1.1 0 連續(xù)隧洞飲馬河出口

連續(xù)隧洞飲馬河出口位于大公屯北側(cè)，在飲馬河國堤內(nèi)側(cè)，距吉林市93km，距永吉縣67km，距長春市 82km。主要控制飲馬河出口到支洞 8段主洞開挖，包括TBM3段安裝擴(kuò)大洞段，TBM法施工。此處有村村通通往宋家街，宋家街到大公屯及支洞口為農(nóng)道，需新建、擴(kuò)建道路。洞口施工場(chǎng)地開闊，施工區(qū)布置在支洞口附近。施工生活用水采用打井取地下水，施工生產(chǎn)用水采用飲馬河水。施工用電電源引自金家滿族鄉(xiāng)，66kV線路長度 10.0km。其中 562mPCCP埋管段由飲馬河隧洞出口施工點(diǎn)控制。

2 淺埋暗挖法的應(yīng)用

根據(jù)支洞所處的位置、地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等綜合分析，3#支洞采用淺埋暗挖法施工，6#支洞采用常規(guī)方法施工。

由于隧洞淺埋暗挖法施工工藝在我院乃至我省水利系統(tǒng)還沒有采用，因此簡單介紹一下此次的應(yīng)用。

2.1 淺埋暗挖法簡介

淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的一種方法，主要采用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土施工技術(shù)及變位進(jìn)行反分析計(jì)算的方法，按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的方針，突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)防塌的重要作用，提出在軟弱地層快速施工的理念，適用于軟弱地層的地下工程設(shè)計(jì)、施工方法。

2.2 淺埋暗挖法施工

淺埋暗挖隧道施工時(shí)要使用一些輔助工法，如注漿法、降水法、超前小導(dǎo)管法、長管棚法、水平旋噴法、注漿—冷凍法。有時(shí)采用一種或幾種一起使用。

淺埋暗挖法施工時(shí)常采用一些特殊的開挖方法，如全斷面法、正臺(tái)階法、上半斷面臨時(shí)封閉正臺(tái)階法、正臺(tái)階環(huán)形開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑正臺(tái)階法、中隔墻法、交叉中隔墻法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法等。

2.3 淺埋暗挖法施工案例

3#施工支洞采用城門洞型結(jié)構(gòu)，洞身凈寬7.2m，凈高 6.8m，支洞與主洞交角為 137.5°，洞長429.35m。洞口覆蓋層巖性為碎塊石含粘性土，深度7～9m，下伏巖體為凝灰?guī)r，巖體風(fēng)化較嚴(yán)重，全風(fēng)化巖層深度13～19m，強(qiáng)風(fēng)化巖層深度13～15m。

按常規(guī)方法進(jìn)行施工進(jìn)洞，洞臉開挖邊坡高度將達(dá) 60多米，進(jìn)口開挖、支護(hù)量較大，對(duì)周邊環(huán)境影響大。因此采用淺埋暗挖隧道施工比較合適。

根據(jù) 3#施工支洞進(jìn)口引道邊坡開挖后覆蓋層現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，3#施工支洞進(jìn)口段淺埋暗挖隧洞的設(shè)計(jì)方案為：

（1）進(jìn)口洞臉采用鋼筋混凝土拱圈結(jié)合漿砌石擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行鎖口。

（2）進(jìn)口土方洞段采用超前長管棚加固頂拱，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和上半斷面臨時(shí)封閉正臺(tái)階法開挖，采用格柵鋼筋拱架噴混凝土臨時(shí)支護(hù)和鋼筋混凝土襯砌二次支護(hù)結(jié)合的復(fù)合支護(hù)型式。

（3）V、Ⅳ類圍巖洞段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和上半斷面臨時(shí)封閉正臺(tái)階法開挖，采用格柵鋼筋拱架噴混凝土臨時(shí)支護(hù)和鋼筋混凝土襯砌二次支護(hù)結(jié)合的復(fù)合支護(hù)型式。

現(xiàn)場(chǎng)采用設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，目前隧洞進(jìn)尺已達(dá)16m，穿過土方洞段。

3#施工支洞原地形地貌圖見圖1：

圖1 3#施工支洞地形地貌圖

3#施工支洞設(shè)計(jì)的主要斷面見圖2和圖3。

施工過程中的情況見圖4-圖9。

圖3 進(jìn)口土洞段支護(hù)斷面圖

圖4 進(jìn)口鋼筋格柵拱架安裝

圖5 鋼筋格柵與管棚的相對(duì)位置

圖6 進(jìn)口施工正面

圖7 進(jìn)口施工測(cè)面

圖8 3#施工支洞進(jìn)口全景

圖9 3#施工支洞完工后的側(cè)面

3 小結(jié)

地下工程淺埋暗挖法是王夢(mèng)恕院士在長期科研與實(shí)踐的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的，它特別適合于我國北方地區(qū)地下水較低條件下的淺埋隧道的暗挖施工，現(xiàn)在淺埋暗挖法已被確立為國家級(jí)工法。

本次在中部供水工程中采用的淺埋暗挖法設(shè)計(jì)，參考了《地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論》（王夢(mèng)恕著）、《中國隧道及地下工程修建技術(shù)》（王夢(mèng)恕等著），同時(shí)也參考了新疆八十一達(dá)坂水工隧洞等工程經(jīng)驗(yàn)，在此一并致謝。