小浪底引黃工程地下泵站交通洞洞口施工方案設計

達玫

（山西省小浪底引黃工程建設管理局，山西 運城 044000）

小浪底引黃工程地下泵站交通洞洞口施工方案設計

達玫

（山西省小浪底引黃工程建設管理局，山西 運城 044000）

小浪底引黃工程地下泵站交通洞洞徑大、洞口處埋深淺，工期任務緊以及圍巖地質情況較差，因此選擇合理的施工方案極其重要。對交通洞洞口施工方案進行比選后，確定采用土石方洞挖加鋼拱架支撐及掛網(wǎng)噴護的方案，工程實施后，大大節(jié)省了工期，保護了洞口周圍的生態(tài)環(huán)境。

小浪底引黃工程；地下泵站交通洞；洞挖施工

1 工程概況

小浪底引黃工程位于山西省運城市境內，是自黃河干流上的小浪底水庫向涑水河流域調水的大型引調水工程。工程的主要任務是解決運城市鹽湖區(qū)、聞喜縣、絳縣、夏縣、垣曲縣等5縣（區(qū)）的農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。工程由引水干線、灌區(qū)工程、工業(yè)和城鎮(zhèn)供水工程3部分組成。設計引水流量20m3/s，年設計引水量2.47億m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉1.16億m3、工業(yè)供水和城鎮(zhèn)生活用水1.16億m3、生態(tài)用水0.15億m3。

引水干線起始于垣曲縣境內的小浪底水庫庫區(qū)內板澗河入黃口上游約600m的黃河左岸處，終止于聞喜縣呂上窯村東北0.5km的呂莊水庫，引水干線線路總長59.6km。引水干線主要建筑物包括取水口進水塔、輸水隧洞、地下泵站、板澗河調蓄水庫、末端出水池等。1號輸水隧洞為圓形有壓隧洞，洞徑4.5m，隧洞長5.95km，布置于取水口與地下泵站之間。地下泵站內安裝水泵機組6臺，設計提水流量20m3/s，設計揚程254m，總裝機容量84000kW。

地下泵站1號交通洞進口位于板澗河左岸解峪鄉(xiāng)政府附近，進口段的施工區(qū)位于果樹經(jīng)濟林，地面附著物包括1趟解峪鄉(xiāng)農(nóng)村電網(wǎng)線、1趟解峪鄉(xiāng)通訊電纜線、1趟施工用10KV電線、以及10余座墳墓，墳墓分布分散、影響范圍廣。

2 施工方案比選

2.1 大開挖方案

1號交通洞洞口土洞段采用土石方明挖、混凝土襯砌完成后土方回填復原，明挖段長約120m。交0+ 000.00m樁號為設計石方洞挖的起始樁號。交0-089.68m樁號以外是1號交通洞洞口平臺，為土石方明挖段，底板高程為EL290.8m，邊坡開挖坡比為1∶1.5。交0-089.68m～交0+000.00m段為槽挖段，底寬10m，兩側邊坡開挖坡比為1∶0.75，交0+00.00m樁號的底板高程為EL291.8m，向外形成1.1%坡度。槽挖段設城門洞型襯砌混凝土，混凝土厚60cm，成型后的凈斷面尺寸為7m×8m（寬×高），襯砌施工完成后，土方回填至原始地面線。

2.2 洞挖方案

1號交通洞土洞段調整后的施工方案采用土石方洞挖加鋼支撐和掛網(wǎng)噴護，必要時采用超前小導管，土洞段后期采用混凝土襯砌成型。改0+000m樁號為設計土洞的起始樁號，開挖底板高程為290.5m，預計土方洞挖總長110m。改0-032m～改0+000m段為明挖段，邊坡開挖坡比為1∶0.75，底板形成3.13%的坡度防止洪水倒灌。改0+000m～改0+015m段為土洞平洞開挖段，底板高程為EL290.5m，改0+015m樁號以后隧洞的開挖坡度定為9%。土洞開挖尺寸為8.52m×9.16m（寬×高），襯砌后的凈斷面尺寸為7m×8m（寬×高）。

2.3 方案比選結果

2.3.1 經(jīng)濟性對比

1號交通洞口若采用大開挖方案，需與周邊村民協(xié)調征用果樹經(jīng)濟林、改線或移動附著地面的3趟線纜、以及遷移10余座墳墓。果樹林是當?shù)卮迕裰匾氖杖雭碓矗瑩p毀后無法復原，會造成嚴重的經(jīng)濟損失；遷墳也需根據(jù)政府相應的文件規(guī)定，給與村民一定的補償。

2.3.2 工程進度對比

該標段于2014年12月開始施工，根據(jù)當?shù)亓曀祝w墳需等到來年清明節(jié)以后，至少會影響4～5個月的工期；移動線纜也需聯(lián)系當?shù)匾苿?、供電等部門，由專業(yè)人員進行施工改線，嚴重影響了施工進度。

2.3.3 環(huán)保對比

土石方開挖需進行大面積開挖和回填，對周邊環(huán)境擾動較大，植被破壞面積廣，不易復原，不利于環(huán)境保護。

綜上所述，土石方洞挖既可以避免征用果樹林、改線、遷墳等帶來的經(jīng)濟損失，還可以大大縮短工期，加快施工進度，同時還減小了對周邊環(huán)境的破壞。建議將1號交通洞洞口段由明挖調整為洞挖。

3 洞挖施工方案分析

3.1 進口處開挖與支護施工方案

1號交通洞進口處采用明挖方式，現(xiàn)場測量放線后，按設計坡比開挖，洞口為垂直面便于土洞開口成型。用1.2m3挖掘機根據(jù)開挖線從上至下開挖，20t自卸汽車直接運至渣場。

洞口改0-004m～改0+000m段在開挖后用鋼拱架進行支護，鋼拱架的結構尺寸與土洞段一致。每間隔0.6m～1m設置一榀I16鋼拱架，拱架間環(huán)向用直徑22mm鋼筋間隔1m連接；拱架兩側掛直徑8mm鋼筋網(wǎng)，間距20cm×20cm；頂拱范圍用直徑22mm鋼筋加密形成加強鋼筋網(wǎng)，間距20cm×20cm；拱架外表面綁扎竹跳板進行封閉，噴射16cm厚C20混凝土，噴混凝土完成3天后拆除竹跳板并補噴4cm外表面來完成進口處的防護。

洞頂拱上方的泥夾砂礫石條帶采用超前小導管作固結處理，固結范圍在土洞邊墻開挖輪廓線以外3m處，小導管長6m，角度平行洞軸線；間排距0.3m× 0.5m，梅花型布置，灌漿壓力0.3～0.8MPa。

3.2 土洞段開挖與支護施工方案

土洞段開挖與支護方案的施工順序為：洞口段施工，一個循環(huán)土洞開挖，鋼支撐加掛網(wǎng)噴護的方式進行一期支護，進行下一個循環(huán)，二期采用C25鋼筋混凝土襯砌。

3.2.1 土洞開挖

土洞開挖每一輪進尺5m～10m，進洞前先采用短進尺開挖。根據(jù)設計開挖斷面放樣后，土洞采用挖掘機直接全斷面開挖，預留10cm～20cm保護層人工開挖和處理。開挖過程中安排專人觀察洞內的情況，一旦發(fā)現(xiàn)險情立即撤離，如果土質不穩(wěn)定，可采取分臺階開挖法和預留芯體開挖法進行開挖，并縮短每一循環(huán)的作業(yè)長度。

3.2.2 洞內一期支護

開挖完成一個循環(huán)后立即人工安裝鋼拱架支撐，拱架采用I16工字鋼。拱架間距0.6m～1m，環(huán)向用直徑22mm鋼筋間隔1m連接，噴射12cm厚C20混凝土，拱腳鉆入直徑48mm鋼管，入基1.5m，外露部分與拱架焊接。

3.2.3 洞內二期襯砌

底板澆筑20cm厚的C25混凝土固定鋼支撐，底板混凝土從軸線分左右2塊跳倉澆筑，每倉澆筑長20m，土洞段開挖完成后即可施工。

洞內二期襯砌結構參考原設計方案，襯砌厚度60cm，采用C25二級配混凝土，巖石洞開挖進尺50m后開始施工。

3.3 超前小導管施工

根據(jù)需要，現(xiàn)場增加超前小導管進行預先支護，小導管的施工參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況來確定，超前小導管的施工方案如下：

3.3.1 施工準備

現(xiàn)場布置好所有灌漿設備、材料和動力設施，各種管線安裝就位。

3.3.2 小導管安裝

首先放樣定位出小導管的安裝位置，根據(jù)設計方案用YT28手風鉆鉆孔，控制孔的角度和深度（超鉆20cm），清理孔后安裝導管。

3.3.3 灌漿

施工前進行配和比試驗及現(xiàn)場試驗，確定注漿參數(shù)；同時進行注漿設備準備、管材加工、材料準備、機具準備等。漿液水灰比為1∶1、0.5∶1（質量比），先用1∶1的水泥漿試驗，然后用0.5∶1水泥漿進行試驗，壓力從0.3MPa、0.5MPa和0.8MPa逐步加壓。灌漿試驗孔間距不小于2m，洞內灌漿前要先噴射16cm的掛網(wǎng)混凝土封閉，避免漏漿，注漿前先沖洗管內沉積物，注漿順序為由下至上，注漿量先大后小。

單根小導管及鎖腳錨管理論注漿量采用下式計算：

式中：L——注漿段長度，m；

R——漿液擴散半徑，取0.6L0，（L0為管體間距，

取40cm）；

n——地層孔隙率，風化巖層取2～3%、巖石破碎帶取5～8%、砂土取40～60%、粘土取20～40%計算；

α——漿液有效充填率，取值85%；

β——漿液損耗系數(shù)，取值1.05。

經(jīng)計算，單根小導管的注漿量為45.2L，在規(guī)定壓力0.5～0.8MPa下，灌漿段的吸漿量不大于0.4L/min，持續(xù)灌注10～15min，灌漿即可結束。

4 結語

小浪底引黃工程是山西大水網(wǎng)4大骨干工程之一，地下泵站作為樞紐部分，交通洞的開挖進度直接關系到整個工程的進展，因此在保證安全和質量的前提下，工期尤為重要。本工程最終采用土石方洞挖、鋼拱架支撐以及掛網(wǎng)噴護，有效的節(jié)省了工期，并且為埋深淺、跨度大的同類型隧洞開挖提供了參考。

TV5

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1004-7042（2017）07-0046-02

達玫（1990-），女，2013年畢業(yè)于西安理工大學水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-05-15；

2017-06-27