河曲引黄灌溉工程5号隧洞进口段施工

于跃伟

（定襄县水利设计室 山西定襄 035400）

1 河曲引黄灌溉工程概况

河曲引黄灌溉工程从河曲县境内黄河上游的龙口水利枢纽左岸坝段取水，设计输水干线一条，采用隧洞、暗涵、渡槽、管道等方式向下游输水到巡镇阳面村，全长33.96 km，设计流量渠首7.4 m3/s。可灌溉农田6787 hm2，同时可供工业用水1500万m3。5号隧洞在整体输水线路的中部河曲县城段，从13+000 至 16+345，全长 3345 m,其进口段 13+000～13+470，长度470 m。工程等级：三等。主要永久建筑物3级；次要建筑物4级；临时建筑物5级。输水方式：无压流。设计流量：5号隧洞2.24 m3/s。

2 5号隧洞进口段地质情况

5号隧洞进口13+000 m位于县城东的坪泉村南，地形平坦，地貌上属黄河二级阶地。13+000～13+150 m段地层岩性为黄土---风成或水成，具中等压缩性和非自重湿陷性，具大孔隙，地下水活动弱或无，强度极低，围岩类型为Ⅴ类。13+150～13+540 m地层岩性为第四系上更新统冲洪积砂卵石，分选性好，磨圆差，泥质充填，散体结构，地下水活动有或强烈，围岩类别为Ⅴ类，稳定性极差。

工程区存在有地表水和地下水，地表水有麻黄沟等沟中的流水，平时流量不大，雨季洪水流量较大；地下水主要有松散层孔隙潜水和基岩裂隙水及碳酸盐岩岩溶水。

3 线路及施工方案的确定

河曲县引黄灌溉工程5号隧洞进口段13+000～13+470 m由于工程地质条件复杂，隧洞按原设计新奥法施工技术要求高、难度大，存在安全问题，提出了3种施工方案供比较采用。

3.1 线路改在沿黄路东，明挖施工

从引黄线路桩号12+200 m（移动信号塔西）始变线至13+550 m（观礼台东南），全长1280 m，全部明挖，在13+550 m见基岩后做隧洞进口。

优点：可较原线路缩短70 m，避免了与沿黄公路的交叉干扰（原线路在12+400和13+400分别与沿黄公路交叉）。

缺点：1）开挖存在30～40 m的高边坡，且下部7 m为含水砂卵石层，仍有安全隐患。2）工程量显著增加，投资加大幅度较大。3）隧洞线路产生弯道，出渣不便。

3.2 沿原线路明挖施工

即将隧洞13+000～13+550 m段全部明挖，在13+550 m见基岩后做隧洞进口。

优点：30～40 m的高边坡开挖段长度较方案一缩短，洞挖长度缩短550 m。

缺点：1）仍存在30 m以上的高边坡开挖，且下部7 m为含水砂卵石层，仍有安全隐患。2）存在挖断沿黄公路近100 m的交叉干扰。3）投资仍然较大。

3.3 沿原线路明挖结合洞挖施工

即将隧洞13+000～13+290 m段明挖，将13+290～13+470 m高喷灌浆或固结灌浆处理后洞挖。

优点：1）边坡开挖最大高度23 m，且下部没有含水砂卵石层，安全度较高，施工容易。2）仅钻孔时与沿黄公路有部分交叉干扰。

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缺点：采用高喷灌浆或固结灌浆处理砂卵石层，投资需增加。

经过对上述三个方案技术和经济比较，我们认为第三方案比较安全可行，利用高喷与明挖时间的搭接，可缩短工期；同时投资增加幅度也最少；利用高喷固结增加围岩稳定，提高了施工的安全性。在河曲引黄灌溉工程13+000～13+470 m段采用第三方案施工。

4 具体施工方案

4.1 13+000～13+290 m明挖段

为减少工程施工对沿黄公路的交叉干扰，保证工程开挖边坡不影响沿黄公路的安全通行，5号隧洞13+000～13+290 m段明挖施工。此段隧洞为避免基槽开挖后长时间暴露影响安全，同时尽量缩短回填土方占用土地的时间，在开挖后就很快进行混凝土浇筑，随后回填。为满足5号隧洞下段出渣的通行要求，明洞净断面尺寸 为扩大断面，即2.5 m×2.2 m。隧洞二次衬砌厚40 cm，采用C25混凝土，下设10 cm厚C15混凝土垫层。

隧洞开挖底宽部分施工富裕度4.9 m，边坡每10 m高设1.5 m宽马道，从上至下坡比依次为：1:1.5、1:1.75、1：2.0。为防止外部雨水流入，基槽上部四周地面设1.0 m高挡水土堰。13+000～13+230 m仅素喷C20混凝土，13+230～13+290 m两侧边坡及临时进口洞脸挂钢筋网喷混凝土，即以φ38钢管间排距2 m×2 m，一排5 m长，一排3 m长,成梅花状布置，钢管以尖端形式钉入开挖面，钢筋网钢筋直径φ6,网格12 cm×12 cm,喷C20混凝土厚8 cm。

由于13+145～13+290 m段在隧洞顶部3 m左右尚有砂卵石层，且有地下水逸出，施工极为困难。为此在桩号13+165、13+215和13+265 m处两侧各钻打一眼排水井，共6眼，井内径120 cm，井底高程低于洞底1 m，施工时先用排水井抽排地下水，再沿周边开挖1 m深沟槽，然后浇筑边坡挡护混凝土，最后挖除中间砂卵石。下一层按前述步骤依次施工,逐层开挖到隧洞设计底面后浇筑混凝土垫层。边坡挡护混凝土墙采用C20，高1.3 m，宽0.6 m，上下混凝土墙由水平厚0.3 m的混凝土搭接，施工过程中要求搭接紧密。

4.2 13+290～13+470 m高喷灌浆处理后洞挖段

此段隧洞地层岩性为第四系上更新统冲洪积砂卵石，且地下水活动有或强烈，如用超前小导管注浆、或瓦楞板超前支护等施工方法虽也可对围岩起到保护作用，费用也较节省，但施工进度缓慢，据同类工程经验每天进尺仅1 m左右，13+290～13+470 m段就需工期半年，为此采用高喷灌浆或固结灌浆处理后再洞挖，可与前段明挖工期搭接。固结灌浆由于地层影响难以确定形成的砂卵石固结范围和强度，且施工速度慢，而高喷灌浆则可以克服上述缺点，从工程安全和进度考虑，施工时采用高喷灌浆处理方案。

高喷灌浆在上段开挖前施工，高喷注浆起始桩号为13+290 m，至基岩线高于隧洞衬砌顶部2 m处止，该段岩石覆盖层仍然较薄，进洞后小循环施工，随时观察洞内地质变化。桩号13+470～13+480 m为渐变段,桩号13+480 m以后隧洞净尺寸改为 1.7 m×1.8 m(宽×高）。

13+290～13+380 m高喷灌浆处理后洞挖段隧洞不再进行喷锚支护，直接采用C20混凝土衬砌，厚40 cm。高喷段从基岩线与隧洞拱脚交接处至高喷段终止桩号按Ⅴ类围岩进行支护。

高喷采用旋喷桩，梅花状布置，桩径1.0 m，孔距75 cm，排距86 cm，边桩长4.35 m，中桩长2.0 m，相互搭接成拱形。高喷桩13+290～13+332 m段1号～7号桩长不变，桩底高程随着洞线纵坡而降低。13+332～13+380 m段2号～6号桩长不变，1号、7号桩长随着基岩界线提高而缩短。13+380～13+418.71 m段1号～7号桩位置随着基岩线往上升到隧洞顶处。13+418.71～13+470 m段1号～7号桩长不变，位置随着基岩线往上升到隧洞顶2 m处。13+290-13+418.71 m单、双桩各150排，13+418.71-13+470 m，高喷注浆桩随着基岩线向上移动,单、双桩各60排。

高喷注浆采用三管法喷射注浆，施工执行《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》，要求钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50 mm,钻孔有效深度应超过设计墙底深度0.3 m,钻孔孔径应大于喷射管外径20 mm以上,钻孔斜率不大于孔深的1%；将注浆管插入土层时为防止泥沙堵塞喷嘴，可以边射水边插管，水压力不大于1.0 MPa；喷浆时技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录，绘制作业过程曲线。

高喷施工完毕，可按照普通V类围岩土洞的施工方法进行洞挖和衬砌。

5 结束语

该段施工采用方案三进行是科学的，既缩短了工期，又克服了砂砾石含水土洞不好施工的难度，解决了该段施工的安全隐患。