中部引黄工程忻保高速公路改线段设计综述

李佑杰

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

山西省中部引黄工程输水总干线（总0+000.0—总200+217.17）由1～4号隧洞、渡槽及沿线分水口等建筑物组成。隧洞长197.7km，其中施工04标包括总干1号洞桩号总13+116.20—总15+479.39（改）（长2446.09m）、总干2号洞桩号总15+849.79（改）—总21+182.39段（长5332.60m）、总干6号施工支洞及1号洞出口—2号洞进口建筑物工程土建部分（包括1号、2号、3号暗涵、保德节制分水闸、桥头渡槽）。

04标总干1号隧洞原桩号总13+719.20（总13+636.30改）—总干2号隧洞原桩号总19+045.85（总19+045.85改）段线路跨越朱家川河，穿越神朔铁路和忻保高速公路，改线段原洞线长5326.65m，改线后长5409.55m，长度增加82.9m。设计流量 23.55～22.98m3/s，设计纵坡 1/3000。

根据工程布置情况，总干线04标改线段2号隧洞在桩号总16+765.46（改）—总16+854.64（改）间穿越忻保高速公路。忻保高速公路为两条平行的道路，左右两条道路中心间距58m，左右线路宽度均为12.25m。

2 总干2号隧洞穿越忻保高速公路改线段设计

山西省中部引黄工程总干2号隧洞初步设计在忻保高速公路官地坪2号隧道下部穿越，洞顶距官地坪2号隧道底部不足5m，考虑高速公路隧道底部有一定的超挖，间距太小，为避免总干2号隧洞对忻保高速公路官地坪2号隧道基础的影响，保护高速公路的安全运行，将总干2号洞线局部调整。经专家评审，建议采用洞穿高速公路路基方案，并对高速公路路基采用路面注浆施工方案。

2.1 地质情况

山西省中部引黄工程2号输水隧洞在桩号16+765.46（改）—总16+854.64（改）段从忻保高速公路官地坪1号隧道与2号隧道之间的石棱湾村西沟底通过。该段2号输水隧洞设计底高程1017.84m，设计洞顶开挖高程1023.3m，洞宽5m、洞高5.5m。

石棱湾村西沟底高程约1026m，山顶高程约1150m，为低中山区。沟谷两岸基岩裸露，沟底上覆人工堆积物及第四系松散堆积物。沟宽50～60m，高速公路涵洞位于沟中部。山顶覆盖第四系及上第三系低液限粉土及低液限黏土层，结构较松散。岸坡坡度40°～70°，下部较陡，上部较缓。出露基岩为奥陶系中统峰峰组灰岩、泥灰岩。其中灰岩岩性较坚硬，岩体完整性较好，抗风化能力较强，在地形上形成陡坎。泥灰岩岩性较软，岩体完整性差，抗风化能力弱，在地形上形成缓坡，出露于沟底及岸坡中上部。奥陶系中统上马家沟组灰岩岩性较坚硬，下伏于峰峰组之下。该处未发现明显断裂等地质构造，为单斜岩层，岩层产状N10°W/SW∠7°～12°，局部有轻微褶皱。岩体中主要发育走向两组高倾角节理裂隙。

该段地面高程1031.3～1036m，忻保高速公路路面高程1031.3m。桩号16+765.46（改）—总 16+854.64（改）段地形平坦，高程1031m，其后有一人工堆积土堆。该段覆盖层厚度6～10.3m，从钻孔资料分析，洞线基岩面高程1023～1025m。据勘察可知，桩号16+797（改）之前基岩面上覆盖1～2m厚第四系洪冲积卵石混合土，其余段全部为人工堆积物。该段线路布置3个探坑，经现场天然密度及筛分试验可知，人工堆积物颗粒组成为：漂石含量5%～10%，卵粒含量18.5%～23.7%，砾粒含量31.5%～35.7%，砂粒含量26.6%～29.7%，粉黏粒含量5.3%～8.9%，其天然密度1.83～1.92g/cm3，孔隙率24.8%～30.5%。下伏奥陶系中统上马家沟组中厚层灰岩，强风化厚度2～3m。该段输水隧洞顶高程1023.3m，输水隧洞洞顶埋深6～11.6m，围岩主要为奥陶系上马家沟组上段灰岩。隧洞洞顶处于强风化灰岩层中，局部可能为覆盖层，成洞条件差，建议明挖或采取其他工程处理措施。钻孔揭露存在层间水，水位埋深14.4m，低于2号输水隧洞洞底。钻孔14.4m以上基岩中存在滞水，施工时需排水。

2.2 设计过程

2.2.1 平面布置

本工程2号输水总干线由北向南布置，2号隧洞自忻保高速公路官地坪2号隧道进口与公路连接处排水暗涵之间穿越，左洞与暗涵中心之间距离19.41m，右洞与暗涵中心之间距离26.25m。

山西省中部引黄工程2号隧洞在桩号总16+775.71（改）和总16+786.07（改）处与新建的忻保高速公路右线交叉，交叉角为84.42°，中部引黄工程2号隧洞轴线距官地坪右线2号隧道进口最小距离为11.788m；桩号总 16+834.77（改）和总 16+853.85（改）处与新建的忻保高速公路左线交叉，交叉角为79.28°，中部引黄工程2号隧洞轴线距官地坪左线2号隧道进口最小距离8.713m；前后各考虑10m的保护范围，交叉段长约89.18m。

2.2.2 竖向布置

山西省中部引黄工程2号隧洞从忻保高速公路下部穿越洞顶与高速公路左线间距7.65m，与右线间距7.83m。忻保高速公路路面高程1031.10m（左），1031.30m（右）；忻保高速公路路基下方暗涵底高程1027.0m（左），1026.40m（右）；本工程 2号隧洞洞顶开挖高程1023.45m（左），1023.47m（右）；本工程2号隧洞洞底高程1017.83m（左），1017.85m（右）。

2.2.3 交叉段断面设计

交叉段采用先对忻保高速公路路基灌浆后进行洞挖方案。

根据实际情况，固结灌浆范围沿输水隧洞轴线方向从桩号总 16+765.46（改）—总16+854.64（改），垂直输水隧洞轴线方向宽20.784~14.284m。孔位采用梅花型错孔布置，间距1.5m，分三序孔，间隔布置，按顺序灌浆。灌浆深度须穿透强风化层，灌浆宜在有混凝土覆盖的情况下进行，钻孔灌浆必须在相应部位的混凝土达到50%设计强度后方可开始。灌浆压力应通过灌浆试验确定，施工中可先采用不大于1MPa的压力，在灌浆过程中调整确定。灌浆孔深小于6m时，采用全孔一次灌浆法，大于6m时，采用分段灌浆法。灌浆孔相互串浆时，采用群孔并联灌注，孔数不宜多于3个，并应控制压力，防止路面抬动。

2号隧洞穿越段桩号为总16+765.46（改）—总16+854.64（改），全长89.18m。隧洞为岩石洞段，采用城门洞形断面。洞净宽4.2m，净高5.1m，直墙段高3.0m，设计水深3.52m，顶拱中心角180°，半径2.1m，衬砌厚度0.4m。

洞穿路基方案衬砌方式：除底板外，内挂直径8mm的钢筋网（150mm×150mm），喷12cm厚C20混凝土；顶拱范围内设直径25mm的系统锚杆，长2.0m，间排距1.0m，梅花型布置；全断面C25钢筋混凝土衬砌，顶拱100°范围内回填灌浆，灌浆压力0.2MPa。局部地段根据围岩破碎程度，采用18a工字钢加直径25mm的超前锚杆或18a工字钢加直径42mm的超前小导管超前支护。

3 设计概算

04标总干2号隧洞（桩号总15+849.79（改）—总19+045.85（改））改线段设计概算仅比较计算了主体建筑工程，未计施工临时工程如轨道、施工道路、房屋等，工程量采用改线设计工程量。单价采用原初步设计批复概算单价，个别项目（直径100mm的PVC排水管、钢拱架、超前小导管及注浆、4m宽泥结石路面道路改线、直径100mm的钢绞线波纹套管）原批复概算无单价，采用招标设计控制价单价。

改线段概算投资4751万元，原批复初步设计相应部分概算4430万元，增加321万元，其中钢拱架、超前锚杆及小导管增加111.3万元。

4 结语

通过对山西省中部引黄工程总干2号隧洞穿越忻保高速公路线路进行综合优化比选设计，可有效保护忻保高速公路的安全。在施工期间，应保证公路的正常运营，尽量减少施工期的干扰，降低施工难度，保证施工周期和工程质量。