引黄灌溉工程5号隧洞进口段施工设计

王小霞

（山西省水利建筑工程局 山西太原030006）

引黄灌溉工程位于山西省河曲县境内。该工程规划从黄河取水，采用隧洞、暗涵、管道等方式向下游输水至巡镇阳面村，引水线全长33.96km，设计引水流量7.4m3/s，可灌溉农田，同时可供工业取水。该工程由五条隧洞组成。其中5号隧洞是最长的一条隧洞，长3345.0m，施工难度最大，地质条件也最差,尤其是隧洞进口段。

1 5号隧洞进口段地质情况

5号隧洞进口13+000m位于河曲县城东的坪泉村南，地形平坦，地貌上属黄河二级阶地。13+000～13+150m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+540m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。

2 线路及施工方案比较

河曲县引黄灌溉工程5号隧洞进口段13+000～13+470m，由于工程地质条件复杂，隧洞按原设计（土方洞挖）方法施工技术要求高、难度大，存在很大安全隐患，现提出3种线路及施工方案比较。

2.1 线路改在沿黄路东，明挖施工

从引黄线路桩号12+200m始变线至13+550m全长1280m，全部明挖，在13+550m见基岩后做隧洞进口。

优点：可较原线路缩短70m，避免了与沿黄公路的交叉干扰。

缺点：1）开挖存在30～40m的高边坡，且下部7m为含水砂卵石层，仍有安全隐患。

2）工程量显著增加，投资增加较大。

3）隧洞线路施工形成弯道，出渣不便，影响施工进度。

2.2 沿原线路明挖施工

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

优点：30～40m的高边坡开挖段长度较方案一缩短，洞挖长度缩短550m。

缺点：1）仍存在30m以上的高边坡开挖，且下部7m为含水砂卵石层，仍有安全隐患。

2）存在挖断沿黄公路（省道）近100m的交叉干扰。

3）工程量增加，投资增加为方案一的2/3。

2.3 沿原线路明挖结合洞挖施工

即将隧洞13+000～13+290m段明挖，将13+290～13+470m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23m，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。

缺点：采用高喷灌浆或固结灌浆处理砂卵石层，投资需增加。

2.4 综合比较分析

沿原线路明挖结合洞挖施工避免了30～40m的高边坡开挖和与沿黄公路的交叉干扰，投资增加幅度最少，建议采用方案三。

3 推荐施工方案设计

3.1 13+000～13+290m 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，设计对5号隧洞13+000～13+290m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，在开挖后要尽快进行混凝土浇筑，随后回填。考虑5号隧洞下段出渣的通行要求，设计隧洞净断面尺寸与原5号隧洞设计一次喷锚后的断面一致，即2.5m×2.2m。隧洞二次衬砌厚40cm，采用C25混凝土，下设10cm厚C15混凝土垫层。

隧洞开挖底宽考虑部分施工宽度采用4.9m，边坡每10m高设1.5m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1.0m高挡水土堰。13+000～13+230m 仅素喷 C20混凝土，13+230～13+290m 两侧边坡及临时进口洞脸挂钢筋网喷混凝土，即以Φ38mm钢管间排距2m×2m，一排5m长一排3m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12cm×12cm，喷C20混凝土厚8cm。

由于13+145～13+290m段在隧洞顶部3m左右尚有砂卵石层，且有地下水逸出，施工极为困难。为此设计在桩号13+165、13+215和13+265m处两侧各设一眼排水井，共6眼，井内径120cm，井底高程低于洞底1m，施工时先用排水井抽排地下水，再沿周边开挖1m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1.3m，宽0.6m，上下混凝土墙由水平厚0.3m的混凝土搭接，施工要求搭接紧密。

3.2 13+290～13+470m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1m左右，13+290～13+470m段就需工期半年。为此考虑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，设计采用高喷灌浆处理方案。

为加快施工进度，13+290m作为临时隧洞进口，待明挖段洞身工程浇筑完成后回填，隧洞仍从13+000m处出渣。因此此段隧洞净断面尺寸与明挖段断面一致，为2.5m×2.2m。

高喷灌浆应在上段开挖前施工，高喷灌浆起始桩号为13+290m，至基岩线高于隧洞衬砌顶部2m处止，参考桩号13+470m。13+470m后岩石覆盖层仍然较薄，进洞后要小循环施工，随时注意观察。桩号13+470～13+480m为渐变段，桩号13+480m以后隧洞净尺寸为1.7m×1.8m（宽×高）。

13+290～13+380m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40cm。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，参考桩号为13+380～13+470m。

高喷采用旋喷桩，梅花状布置，设计桩径1.0m，孔距75cm，排距86cm，边桩长4.35m，中桩长2.0m，相互搭接成拱形。高喷桩13+290～13+332m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+380m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+418.71m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+470m段1号～7号桩长不变，位置随着基岩线往上升到隧洞顶2m处。13+290～13+418.71m单、双桩各150排，13+418.71～13+470m，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，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，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。

4 结束语

由于该方案的实施，使隧洞掘进、衬砌都在顺利进行，在施工期间未发生任何质量安全事故。但是具体问题应具体分析，只有针对不同的工程地质问题，制定不同的施工方法和措施，才能确保工程质量、进度和安全。