某引黃灌溉工程高邊坡、深基坑開挖作業(yè)安全施工技術(shù)

文 / 常彥妮

1 工程概況

某引黃灌溉工程位于某縣黃河左岸，工程從黃河龍頭樞紐自流提水，通過隧洞、渡槽、暗涵、管道等輸水建筑物引水到下游某村，本輸水線路總長16.96km，其中包括：10段隧洞1766m，12座渡槽825m，24段暗涵3674m，管道10693.9m；另外有節(jié)制閘、分水閘、退水閘、分水閥室、檢修閥室、排水閥室等主要構(gòu)筑物63件。

本工程工作面地形復(fù)雜，局部山體開挖深度較大，箱涵段平均開挖深度在15m左右，局部開挖深度大于20m，管道段土方開挖深度8m左右，屬于高邊坡開挖和深基坑工程。高邊坡及深基坑工程概況詳見表1。

表1 高邊坡及深基坑工程概況

2 工程地質(zhì)條件

2.1 箱涵開挖段地質(zhì)狀況

箱涵段局部開挖面距槽底約30.15m，平均開挖高度在15m以上。箱涵段構(gòu)成地層為二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh），巖性為泥巖與砂巖互層，局部位置上部以砂巖為主，為厚層砂巖，下部以泥巖為主。砂巖風(fēng)化較深，表部強(qiáng)風(fēng)化?；鶐r頂部分布有第四系全新統(tǒng)坡積物（Q4dl），巖性為碎石土。溝谷部分堆積有第四系全新統(tǒng)洪積物（Q4pl），巖性以巖屑、碎石為主，質(zhì)雜，厚度5～10m，工程地質(zhì)條件差，強(qiáng)度低；坡面風(fēng)化層厚度0.5～2m左右。

2.2 隧洞施工段地質(zhì)狀況

6#～11#隧洞段地層巖性為二疊系石千峰組砂巖，泥巖、泥頁巖，水平層狀發(fā)育或者互層狀發(fā)育，破碎結(jié)構(gòu)、強(qiáng)風(fēng)化，夾薄層灰色細(xì)砂巖，工程地質(zhì)條件較好，隧洞進(jìn)口及出口段為Ⅳ類圍巖，洞身段為Ⅲ類圍巖，總體Ⅳ類圍巖占30%，Ⅲ類圍巖占70%。

12#隧洞段地層巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組泥巖，厚度大，泥巖與砂巖互層發(fā)育，巖層較平緩，巖體較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，工程地質(zhì)條件較好，總體Ⅳ類圍巖占50%，Ⅲ類圍巖占50%。

13#隧洞段、14#隧洞段地層巖性為二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh），巖性為泥巖、砂巖，呈互層，層理發(fā)育，巖層平緩，風(fēng)化較深，為強(qiáng)風(fēng)化，圍巖破碎，工程地質(zhì)條件稍差，圍巖分類為Ⅳ類。

15#隧洞段地層巖性為Q3期黃土及砂卵石，土體結(jié)構(gòu)，Ⅳ（土）圍巖。

隧洞出入口地形較復(fù)雜，局部高差較大，山體較陡，開挖難度大。

2.3 管道施工段地質(zhì)狀況

管道施工段為第四系全新統(tǒng)（a+plQ）沖積物，表層為0.2m厚耕植土，以下為粉質(zhì)黏土，其中上部較松散，含有細(xì)粉砂，下部較密實(shí)，含水量大，巖芯呈圓柱形。

3 工程設(shè)計(jì)方案

3.1 馬道平臺的設(shè)置

土石方開挖每級馬道平臺高度5m，平臺寬1m，以改變邊坡滑動面的位置，部分特殊巖土狀況的邊坡依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況降低每級馬道平臺之間的高度和增加平臺的寬度，防止在開挖過程中發(fā)生高邊坡滑坡。

3.2 放坡系數(shù)的確定

為確保基坑開挖施工安全，基坑開挖采取分段分層臺階式放坡開挖，放坡系數(shù)為：箱涵段及管道段永久性邊坡土石方開挖坡比1∶1；臨時(shí)性邊坡土方開挖坡比1∶1，石方開挖坡比1∶0.5。隧洞洞口邊坡開挖坡比為1∶0.5。局部特殊地形處根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際巖土狀況，經(jīng)相關(guān)單位同意，調(diào)整永久邊坡及臨時(shí)邊坡的坡率，保證施工安全。

3.3 洞頂截水溝

隧洞頂部設(shè)置洞頂永久性截水溝。截水溝為矩形溝，采用M7.5漿砌片石，凈空尺寸為40cm×40cm。截水溝必須在邊仰坡施工前完成，確保坡面的穩(wěn)定，截水溝采用人工開挖和砌筑，自低處向高處分段開挖和砌筑，同時(shí)做好安全防護(hù)工作。修砌完成后，對溝壁回填壓實(shí)，確保截水溝的穩(wěn)定。

3.4 洞頂邊仰坡

洞頂邊仰坡采用1∶0.5邊坡，邊仰坡開挖到3m時(shí)進(jìn)行錨桿施工，掛網(wǎng)噴射混凝土，洞口開挖與支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，邊開挖邊防護(hù)。支護(hù)采用8cm厚C20噴射混凝土，鋼筋采用直徑為Ф6鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)眼間距20cm×20cm，錨桿采用Ф20長度2m的砂漿錨桿，錨桿間距1m，梅花型布置。

4 施工工藝技術(shù)

本工程邊坡施工包括24段暗涵3674m的土石方開挖、20處隧洞口的洞臉開挖及邊坡噴錨支護(hù)以及10693.9m管道段土方開挖等。在開挖過程中盡量減少地基土的擾動。

4.1 箱涵段土石方開挖

本施工段土石方開挖采用反鏟挖掘機(jī)、裝載機(jī)進(jìn)行施工，開挖至巖石層后采用破碎錘進(jìn)行破碎，挖掘機(jī)清理，配合人工修坡。開挖時(shí)遵循先深后淺的施工程序，自上而下水平分段分層進(jìn)行，土方開挖時(shí)每層厚度不超過4m，石方開挖時(shí)每層厚度不超過1m，每個(gè)開挖段長度為150m～200m，局部土質(zhì)不好的地段開挖長度控制在100m左右，這樣形成一個(gè)四周支撐的穩(wěn)定體系，保證在開挖過程中基坑的穩(wěn)定。

4.1.1 施工工藝流程

工程定位→中心線位置樁的埋設(shè)→原始地貌橫斷面聯(lián)合測量→臨時(shí)施工道路的鋪設(shè)→撒土方開挖灰線→土方開挖→清底、修邊。

土石方開挖放坡見圖1。箱涵段部分典型土石方開挖斷面參見圖2。

圖1 土石方開挖放坡圖

圖2 箱涵部分典型土石方開挖斷面圖

4.1.2 工藝要求

（1）挖土機(jī)作業(yè)時(shí)運(yùn)行路線對準(zhǔn)基槽開挖中心線，但應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況和操作形式適當(dāng)調(diào)整；

（2）開挖時(shí)應(yīng)先邊后內(nèi)，先遠(yuǎn)后近，上口白灰線挖留各半。先挖上層后挖下層，鏟鏟相連逐層加深，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高；

（3）側(cè)面挖土?xí)r，挖土機(jī)開行路線平行于溝側(cè)，且距溝邊應(yīng)有一定的安全距離；

（4）挖至接近基底標(biāo)高時(shí)，將標(biāo)高、控制軸線移入槽底。提示挖土機(jī)下鏟，白灰線跟上挖土進(jìn)度；

（5）挖至槽底標(biāo)高后，由兩端軸線引樁拉通線，檢查距坑邊尺寸，然后修槽、清底。

4.2 隧洞洞口施工

采用臺階式開挖，自上而下水平分段分層進(jìn)行，每層厚度不超過3m，隧洞進(jìn)出口留設(shè)1∶0.5的混凝土噴護(hù)永久性邊坡。

在開挖時(shí)采取邊開挖邊噴護(hù)的方式，即每開挖3m左右及時(shí)進(jìn)行噴護(hù)，采用掛網(wǎng)噴射混凝土配合錨桿的噴護(hù)方式。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下部開挖，保證施工安全及邊坡的穩(wěn)定。

4.2.1 施工工藝流程

測量放樣→邊坡開挖（路面截水溝和開挖排水溝施工）→鉆孔-錨桿安裝→注漿→掛網(wǎng)→混凝土噴射→下一步工序。隧洞進(jìn)出口土方開挖及邊坡支護(hù)見圖3。

圖3 隧洞進(jìn)出口土方開挖及邊坡支護(hù)示意圖

4.2.2 工藝要求

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求測量放出開挖線，用白石灰撒在坡面上，標(biāo)注孔點(diǎn)；

（2）鉆孔過程中應(yīng)盡量避免孔斜，如發(fā)現(xiàn)孔斜，應(yīng)向孔斜段注入一定量的水泥砂漿，并高出孔斜段至少0.5m，待水泥砂漿達(dá)到2.5MPa后再實(shí)施鉆進(jìn)；

（3）人工修整邊坡，鋼筋網(wǎng)與坡面間隙宜大于10mm，掛網(wǎng)過程中應(yīng)保證噴射混凝土?xí)r鋼板網(wǎng)不晃動；

（4）自上而下噴射混凝土，噴頭與受噴面垂直，且保持0.6m～0.8m的距離，水灰比0.5，保持混凝土表面平整、濕潤光澤，無干斑或流淌現(xiàn)象。

4.3 管道段土石方開挖

管道段地勢平緩，主要以耕地為主，開挖深度8m左右，土質(zhì)較松散，開挖難度不大。采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)分層分段開挖，放坡比例1∶1，每段開挖長度150m～200m， 開挖高度每5m設(shè)置1m～1.5m寬平臺，以改變邊坡滑動面的位置，防止在開挖過程中發(fā)生滑坡。開挖時(shí)要保證運(yùn)土道路暢通無阻。臨時(shí)性放坡待管道安裝完成驗(yàn)收合格后即可進(jìn)行回填。

4.3.1 施工工藝流程

工程定位→中心線位置樁的埋設(shè)→原始地貌橫斷面聯(lián)合測量→臨時(shí)施工道路的鋪設(shè)→撒土方開挖灰線→土方開挖→清底、修邊。

4.3.2 工藝要求

（1）挖土機(jī)作業(yè)時(shí)運(yùn)行路線對準(zhǔn)基槽開挖中心線，但應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況和操作形式適當(dāng)調(diào)整；

（2）開挖時(shí)先邊后內(nèi)，先遠(yuǎn)后近，上口白灰線挖留各半。先挖上層后挖下層，每層開挖高度約4m，鏟鏟相連，逐層加深，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高；

（3）開挖至基底后清除浮土，及時(shí)聯(lián)系相關(guān)單位進(jìn)行驗(yàn)槽，合格后及時(shí)進(jìn)行墊層施工。

5 監(jiān)測及巡視檢查

本工程為山體高邊坡及深基坑工程，整個(gè)施工過程對邊坡的變形監(jiān)測尤為重要。土方開挖施工前，測量員對周邊地形高程、坐標(biāo)進(jìn)行觀測，開挖過程中變形觀測的內(nèi)容：邊坡的水平位移、垂直位移監(jiān)測、周邊地表裂縫情況監(jiān)測。基坑監(jiān)測點(diǎn)布置平面及立面見圖4。

圖4 基坑監(jiān)測平面及立面布置圖

基坑工程整個(gè)施工期內(nèi)，每天設(shè)專人進(jìn)行巡視檢查，以目測為主，輔以錘、釬、量尺等工具。巡視檢查若發(fā)現(xiàn)異常和危險(xiǎn)情況，及時(shí)通知相關(guān)單位，在情況未明確之前嚴(yán)禁工人擅自作業(yè)。

6 結(jié)語

該引黃灌溉工程成功克服了工作面地形復(fù)雜局部山體開挖深度大的施工難題，通過合理設(shè)置馬道平臺、分段分層臺階式放坡、合理確定放坡系數(shù)、洞頂設(shè)置截水溝及邊仰坡噴錨支護(hù)等技術(shù)，有效降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。在整個(gè)高邊坡開挖和深基坑工程施工過程中，經(jīng)監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超警戒值的情況，現(xiàn)場巡視無異常情況發(fā)生，整個(gè)施工過程安全可控。為類似地形復(fù)雜山體開挖施工提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)、安全、合理的解決方案，具有較強(qiáng)的施工借鑒作用。