小断面洞室工程施工出渣方式优化设计研究

乔永平

（山西省水利水电工程建设监理公司 山西太原 030002）

1 工程简况

1.1 工程概况

临汾市引沁入汾和川取水输水工程包括枢纽工程和输水工程两部分。输水工程在枢纽工程左岸取水，向东南至已建成的草峪岭隧洞，主要由进水塔和输水建筑物（包括3座隧洞、2座渡槽、3座明渠和5座涵洞）组成，总长9 826 m，设计流量17 m3/s。其中3号隧洞进口桩号8+216，出口桩号9+716，洞长1 500 m，洞轴向SW12°，隧洞横断面型式为圆拱直墙式，为无压隧洞，喷混凝土厚8～10 cm，衬砌混凝土厚25～30cm，衬砌后净断面3.2 m×3.5 m，属小断面洞室。

1.2 地质概况

3号隧洞隧洞位于f8背斜东翼，洞身通过主要地层岩性为石千峰组(P2sh)，紫红、灰紫色、灰绿色细粒长石、石英砂岩；紫红色砂质泥岩。岩层倾角产状SE30/NE∠8°，主要发育两组节理：①NW20°～30°/NE∠75°～85°；②NE55°～65°/SE∠72°～79°，节理裂隙与洞线夹角 35°～44°、43°～53°。

隧洞在地面高程以下的埋深19.1～84.6 m，进出口段埋深较浅5.2～13.4 m。基岩的透水率q=4.37～5.13 Lu，属弱透水性。部分洞身位于地下水位以下。洞顶以上为砂质泥岩，长石石英砂岩，岩芯完整，成洞条件较好。

围岩分类详见表1，进出口段为Ⅴ类，分两段长104 m，洞身段为Ⅲ类和Ⅳ类，Ⅲ类长411 m，Ⅳ类长985 m，Ⅳ类段属稳定性差～极不稳定岩体，易掉块和楔型体滑移，施工时应及时进行喷混凝土，系统锚杆加固钢筋网，浇混凝土衬砌。

表1 隧洞围岩设计分类

1.3 设计概况

隧洞开挖后设计要求进行锚喷一次支护，其中Ⅲ类围岩喷混凝土厚8 cm，设4至5根长1.8 mΦ18锚杆；Ⅳ类围岩喷混凝土厚10 cm，设7至8根长2.5 mΦ20锚杆；Ⅴ类围岩喷混凝土厚15 cm，设10至11根长2.8 mΦ22锚杆，每米设1榀钢拱架（GB12工字钢制作），每2 m设1排超前锚杆，长3.5 mΦ22，每排17根，钢拱架间距根据围岩情况适当进行调整。

隧洞开挖后三个月，进行二次混凝土衬砌施工，Ⅲ类、Ⅳ类围岩衬砌25 cm厚C20素混凝土，每10 m一仓，仓与仓之间按施工缝进行处理，Ⅴ类围岩衬砌30 cm厚C25钢筋混凝土，每10 m设置一道伸缩缝，采用橡胶止水带止水，内填闭孔泡沫板。隧洞衬砌完成后在顶拱120°范围内进行回填灌浆。

2 施工组织

2.1 原初步设计

根据工期要求和“规范”规定，该标段不设支洞，从进出口两上掌子面进行施工，隧洞开挖出渣洞内采用有轨运输，即装岩机装渣，电瓶车牵引矿斗车出洞，再用8 t自卸汽车运至弃渣场；一般情况下，气腿钻月进尺Ⅲ类围岩90 m左右，Ⅳ类围岩为50 m左右，Ⅴ类围岩为35 m左右，计划总工期30个月，根据工期要求，本工程隧洞开挖采用钻爆法施工，光面爆破，喷锚支护，全断面开挖方案，临时支护采用锚喷混凝土支护，二次混凝土衬砌施工，在开挖后三个月进行。

据上计算和分析，设计工期进口段为22个月，出口段为17.5个月（见表2），3号隧洞工程能够按设计计划工期完成，并能够为上下游连接建筑物的施工留下足够时间。

表2 隧洞设计工期

在工程实施过程中，项目法人根据需要确定本工程的进度要求为计划工期18个月，按照上述安排则本隧洞工程不能按要求工期完成，更谈不上为上下游连接建筑物的施工留下一定时间。

2.2 实际施工

为满足进度需要和加快进度，本工程在招标阶段分为两个标段进行招标，分别为进口段标和出口段标，招标后由两个施工单位进行施工，分别承建750 m。实际施工中围岩类型如表3，两标段施工难度基本相当，若按照实际围岩情况及原设计月进度计算，所需工期（简称计算工期）两标段均为22个月，达不到计划工期要求。

表3 实际围岩情况下按设计月进度计算的工期（计算工期）

实际施工中，根据洞室断面大小允许，两施工单位均采用装载机装渣，自卸汽车出渣。进口段施工单位使用一台ZL20正翻装载机装渣，三轮汽车(1m3)运输出渣；出口段施工单位使用一台ZL40侧翻装载机装渣，农用车(5m3)运输出渣。开挖和锚喷支护过程中，为运输车辆和装载机掉头和会车均设置了会（避）车洞，进口段设置4个，每个体积35m3；出口段也是4个，每个体积75m3。

进口段施工从2008年6月19日开始，开挖后及时进行锚喷支护，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，完成开挖和锚喷支护，历时288日历天，折9.6个月；出口段施工从2008年7月1日开始，2009年1月13日开挖支护至8+990，停工放假，2009年3月20日复工，2009年3月30日施工至8+966，历时206日历天，折6.9个月。两标段均按要求工期完成，并为上下游连接建筑物的施工留下2.1～4.9个月的时间。见表4。

表4 实际工期

3 方式选择

3.1 工期对比

将开挖和锚喷支护的设计工期、计算工期和实际工期进行对比，见表5。

表5 工期对比

可见，两标段开挖和锚喷支护的实际工期均比设计工期要短，为整个标段工程按期完成奠定了基础。比计算工期分别提前6.2个月和8.9个月，出口段比进口段提前2.7个月。

3.2 费用对比

3.2.1 设计运输和实际运输

设计运输和实际运输费用按《水利建筑工程预算定额》相关子目计算进行对比，单价分析中人工和材料预算价格采用：工长5.10元/工时、高级工4.74元/工时、中级工4.08元/工时、初级工2.18元/工时、电费0.80元/kWh、风0.12元/m3、柴油7.10元/t，运输距离洞内500 m、洞外1000 m。实际运输按定额20468和20467子目进行分析，单价为31.67元/m3(20468+20467)；设计运输按20535、20536和20462子目进行分析，单价为33.18元/m3(20535+20536*3+20462，不计装载机和推土机台时)。实际运输与设计运输费用相差不大。

3.2.2 会（避）车洞

按设计要求，会（避）车洞在混凝土衬砌前采用M7.5水泥砂浆砌石回填，并对拱顶进行回填灌浆。进口段和出口段避车洞费用如表6。

表6 避车洞费用

实际运输费用要比设计运输费用高出避车洞项目费用26.48万元，出口段避车洞费用比进口段避车洞费用高出14.35万元。但工期提前管理费用会节省很多（管理费用按5万元/月计，可节省44.5万元），可以说施工总体费用会降低。

3.3 结论

1）采用无轨运输，即采用装载机和自卸汽车出渣比采用有轨运输工期提前8.9个月。

2）采用中型装渣机械和运输车辆比小型装渣机械和运输车辆工期提前2.7个月。

3）采用无轨运输，运输费用增加避车洞部分费用26.48万元，但工期提前管理费用会节省44.5万元，施工总体费用降低。

4）小断面洞室工程施工出渣宜采用中型装渣机械和运输车辆，不宜采用有轨运输。