某引黄灌溉工程高边坡、深基坑开挖作业安全施工技术

文 / 常彦妮

1 工程概况

某引黄灌溉工程位于某县黄河左岸，工程从黄河龙头枢纽自流提水，通过隧洞、渡槽、暗涵、管道等输水建筑物引水到下游某村，本输水线路总长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；另外有节制闸、分水闸、退水闸、分水阀室、检修阀室、排水阀室等主要构筑物63件。

本工程工作面地形复杂，局部山体开挖深度较大，箱涵段平均开挖深度在15m左右，局部开挖深度大于20m，管道段土方开挖深度8m左右，属于高边坡开挖和深基坑工程。高边坡及深基坑工程概况详见表1。

表1 高边坡及深基坑工程概况

2 工程地质条件

2.1 箱涵开挖段地质状况

箱涵段局部开挖面距槽底约30.15m，平均开挖高度在15m以上。箱涵段构成地层为二叠系上统石千峰组（P2sh），岩性为泥岩与砂岩互层，局部位置上部以砂岩为主，为厚层砂岩，下部以泥岩为主。砂岩风化较深，表部强风化。基岩顶部分布有第四系全新统坡积物（Q4dl），岩性为碎石土。沟谷部分堆积有第四系全新统洪积物（Q4pl），岩性以岩屑、碎石为主，质杂，厚度5～10m，工程地质条件差，强度低；坡面风化层厚度0.5～2m左右。

2.2 隧洞施工段地质状况

6#～11#隧洞段地层岩性为二叠系石千峰组砂岩，泥岩、泥页岩，水平层状发育或者互层状发育，破碎结构、强风化，夹薄层灰色细砂岩，工程地质条件较好，隧洞进口及出口段为Ⅳ类围岩，洞身段为Ⅲ类围岩，总体Ⅳ类围岩占30%，Ⅲ类围岩占70%。

12#隧洞段地层岩性为二叠系上统石千峰组泥岩，厚度大，泥岩与砂岩互层发育，岩层较平缓，岩体较完整，节理裂隙不发育，工程地质条件较好，总体Ⅳ类围岩占50%，Ⅲ类围岩占50%。

13#隧洞段、14#隧洞段地层岩性为二叠系上统石千峰组（P2sh），岩性为泥岩、砂岩，呈互层，层理发育，岩层平缓，风化较深，为强风化，围岩破碎，工程地质条件稍差，围岩分类为Ⅳ类。

15#隧洞段地层岩性为Q3期黄土及砂卵石，土体结构，Ⅳ（土）围岩。

隧洞出入口地形较复杂，局部高差较大，山体较陡，开挖难度大。

2.3 管道施工段地质状况

管道施工段为第四系全新统（a+plQ）冲积物，表层为0.2m厚耕植土，以下为粉质黏土，其中上部较松散，含有细粉砂，下部较密实，含水量大，岩芯呈圆柱形。

3 工程设计方案

3.1 马道平台的设置

土石方开挖每级马道平台高度5m，平台宽1m，以改变边坡滑动面的位置，部分特殊岩土状况的边坡依据现场实际情况降低每级马道平台之间的高度和增加平台的宽度，防止在开挖过程中发生高边坡滑坡。

3.2 放坡系数的确定

为确保基坑开挖施工安全，基坑开挖采取分段分层台阶式放坡开挖，放坡系数为：箱涵段及管道段永久性边坡土石方开挖坡比1∶1；临时性边坡土方开挖坡比1∶1，石方开挖坡比1∶0.5。隧洞洞口边坡开挖坡比为1∶0.5。局部特殊地形处根据现场实际岩土状况，经相关单位同意，调整永久边坡及临时边坡的坡率，保证施工安全。

3.3 洞顶截水沟

隧洞顶部设置洞顶永久性截水沟。截水沟为矩形沟，采用M7.5浆砌片石，净空尺寸为40cm×40cm。截水沟必须在边仰坡施工前完成，确保坡面的稳定，截水沟采用人工开挖和砌筑，自低处向高处分段开挖和砌筑，同时做好安全防护工作。修砌完成后，对沟壁回填压实，确保截水沟的稳定。

3.4 洞顶边仰坡

洞顶边仰坡采用1∶0.5边坡，边仰坡开挖到3m时进行锚杆施工，挂网喷射混凝土，洞口开挖与支护同时进行，边开挖边防护。支护采用8cm厚C20喷射混凝土，钢筋采用直径为Ф6钢筋网片，网眼间距20cm×20cm，锚杆采用Ф20长度2m的砂浆锚杆，锚杆间距1m，梅花型布置。

4 施工工艺技术

本工程边坡施工包括24段暗涵3674m的土石方开挖、20处隧洞口的洞脸开挖及边坡喷锚支护以及10693.9m管道段土方开挖等。在开挖过程中尽量减少地基土的扰动。

4.1 箱涵段土石方开挖

本施工段土石方开挖采用反铲挖掘机、装载机进行施工，开挖至岩石层后采用破碎锤进行破碎，挖掘机清理，配合人工修坡。开挖时遵循先深后浅的施工程序，自上而下水平分段分层进行，土方开挖时每层厚度不超过4m，石方开挖时每层厚度不超过1m，每个开挖段长度为150m～200m，局部土质不好的地段开挖长度控制在100m左右，这样形成一个四周支撑的稳定体系，保证在开挖过程中基坑的稳定。

4.1.1 施工工艺流程

工程定位→中心线位置桩的埋设→原始地貌横断面联合测量→临时施工道路的铺设→撒土方开挖灰线→土方开挖→清底、修边。

土石方开挖放坡见图1。箱涵段部分典型土石方开挖断面参见图2。

图1 土石方开挖放坡图

图2 箱涵部分典型土石方开挖断面图

4.1.2 工艺要求

（1）挖土机作业时运行路线对准基槽开挖中心线，但应根据土质情况和操作形式适当调整；

（2）开挖时应先边后内，先远后近，上口白灰线挖留各半。先挖上层后挖下层，铲铲相连逐层加深，直至设计标高；

（3）侧面挖土时，挖土机开行路线平行于沟侧，且距沟边应有一定的安全距离；

（4）挖至接近基底标高时，将标高、控制轴线移入槽底。提示挖土机下铲，白灰线跟上挖土进度；

（5）挖至槽底标高后，由两端轴线引桩拉通线，检查距坑边尺寸，然后修槽、清底。

4.2 隧洞洞口施工

采用台阶式开挖，自上而下水平分段分层进行，每层厚度不超过3m，隧洞进出口留设1∶0.5的混凝土喷护永久性边坡。

在开挖时采取边开挖边喷护的方式，即每开挖3m左右及时进行喷护，采用挂网喷射混凝土配合锚杆的喷护方式。待混凝土达到一定强度后再进行下部开挖，保证施工安全及边坡的稳定。

4.2.1 施工工艺流程

测量放样→边坡开挖（路面截水沟和开挖排水沟施工）→钻孔-锚杆安装→注浆→挂网→混凝土喷射→下一步工序。隧洞进出口土方开挖及边坡支护见图3。

图3 隧洞进出口土方开挖及边坡支护示意图

4.2.2 工艺要求

（1）根据设计要求测量放出开挖线，用白石灰撒在坡面上，标注孔点；

（2）钻孔过程中应尽量避免孔斜，如发现孔斜，应向孔斜段注入一定量的水泥砂浆，并高出孔斜段至少0.5m，待水泥砂浆达到2.5MPa后再实施钻进；

（3）人工修整边坡，钢筋网与坡面间隙宜大于10mm，挂网过程中应保证喷射混凝土时钢板网不晃动；

（4）自上而下喷射混凝土，喷头与受喷面垂直，且保持0.6m～0.8m的距离，水灰比0.5，保持混凝土表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。

4.3 管道段土石方开挖

管道段地势平缓，主要以耕地为主，开挖深度8m左右，土质较松散，开挖难度不大。采用挖掘机、装载机分层分段开挖，放坡比例1∶1，每段开挖长度150m～200m， 开挖高度每5m设置1m～1.5m宽平台，以改变边坡滑动面的位置，防止在开挖过程中发生滑坡。开挖时要保证运土道路畅通无阻。临时性放坡待管道安装完成验收合格后即可进行回填。

4.3.1 施工工艺流程

工程定位→中心线位置桩的埋设→原始地貌横断面联合测量→临时施工道路的铺设→撒土方开挖灰线→土方开挖→清底、修边。

4.3.2 工艺要求

（1）挖土机作业时运行路线对准基槽开挖中心线，但应根据土质情况和操作形式适当调整；

（2）开挖时先边后内，先远后近，上口白灰线挖留各半。先挖上层后挖下层，每层开挖高度约4m，铲铲相连，逐层加深，直至设计标高；

（3）开挖至基底后清除浮土，及时联系相关单位进行验槽，合格后及时进行垫层施工。

5 监测及巡视检查

本工程为山体高边坡及深基坑工程，整个施工过程对边坡的变形监测尤为重要。土方开挖施工前，测量员对周边地形高程、坐标进行观测，开挖过程中变形观测的内容：边坡的水平位移、垂直位移监测、周边地表裂缝情况监测。基坑监测点布置平面及立面见图4。

图4 基坑监测平面及立面布置图

基坑工程整个施工期内，每天设专人进行巡视检查，以目测为主，辅以锤、钎、量尺等工具。巡视检查若发现异常和危险情况，及时通知相关单位，在情况未明确之前严禁工人擅自作业。

6 结语

该引黄灌溉工程成功克服了工作面地形复杂局部山体开挖深度大的施工难题，通过合理设置马道平台、分段分层台阶式放坡、合理确定放坡系数、洞顶设置截水沟及边仰坡喷锚支护等技术，有效降低了施工安全风险。在整个高边坡开挖和深基坑工程施工过程中，经监测，未发现监测数据超警戒值的情况，现场巡视无异常情况发生，整个施工过程安全可控。为类似地形复杂山体开挖施工提供了一个经济、安全、合理的解决方案，具有较强的施工借鉴作用。