驮英水库灌区广沙—寨客段输水隧洞出口设计优化

2023-01-03郭继师虞双双

广西水利水电 2022年6期

郭继师,虞双双

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

1 工程概况

广西左江治旱驮英水库及灌区工程开发任务以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用，工程由驮英水库及灌区两部分组成。

广沙～寨客输水隧洞属于总干渠，位于那堪镇广沙村、寨客村之间，长1.021 km，隧洞断面为城门洞型，混凝土衬砌完的断面尺寸宽4 m、高5.1 m，拱顶圆弧半径为2.37 m，输水隧洞坡比1/2000，使用年限50 a。广沙～寨客输水隧洞出口布置在寨客村东南附近的山坡上，该山坡为40°～45°单向斜坡，地表植被发育，种植有树木。地表覆盖3～5 m厚的坡残积土，土体松散，沿斜坡分布；土层下部为粉砂质泥岩、砂岩夹褐红色泥质粉砂岩，全风化～强风化，岩体破碎，属于Ⅴ类围岩。该部位坡体稳定，地下水位位于洞身以下，无不良地质条件。

2 优化前洞口布置

优化前洞口布置见图1。

图1 优化前洞口布置示意图

（1）洞口边坡处理措施。从隧洞桩号Z16+642.241 处、180.126～188.000 m 高程按1∶1.5 边坡进行开挖，在高程188.000 m处设一级马道，马道以上按1∶1.5 开挖到坡顶。开挖完成后，边坡采用网格梁植草皮护坡。

（2）洞脸处理措施。沿洞身方向打双排环向大管棚，钢管直径89 mm、管壁厚10 mm、长20 m，环向间距40 cm，排间距40 cm，Φ42 管式锚杆长3.5 m，挂钢筋网@15 cm×15 cm，喷C20 混凝土，厚度为0.2 cm。

（3）隧洞进口段支护措施。采用钢拱架I16 a，纵向间距0.6 m，钢拱架连接板采用22 cm（长）×26 cm（宽）、厚10 mm的钢板，配M20螺栓连接固定，钢拱架的固定采用锚杆，Φ22 mm 布置在钢拱架的上下游侧，间距2 m，长3 m，外露30 cm；每榀钢拱架之间设纵向连接筋，纵向连接筋，Φ25 mm、长1.5 m，纵向间距1 m。挂，Φ8 mm钢筋网，网片间排距20 cm×20 cm；喷C20混凝土，厚18 cm。

（4）优化前洞脸边坡处理工程量。优化前洞脸边坡处理工程量见表1。

表1 优化前洞脸边坡处理工程量

由于隧洞出口边坡需要大量开挖，破坏了边坡上原有的植被，造成边坡裸露，引起水土流失。为了保护生态环境，拟取消大量边坡开挖，采用钢骨架增加明洞长度等措施对洞口布置进行优化。

3 优化后洞口布置

优化后洞口布置见图2。

图2 优化后洞口布置示意图

（1）取消洞口边坡开挖，仅对隧洞出口洞脸位置进行清理，从洞底高程坡脚处开始按毛洞宽进行开挖，两侧开挖坡比采用（1∶0.75）～（1∶0.50）。隧洞全断面（桩号Z16+642.241处）开挖时，采用I16钢拱架进行支护，底板采用同型号钢拱架进行连接，使其形成整环，拱架间距为0.6 m。待钢拱架顶部岩土体具有大管棚布置空间（桩号为Z16+637）时停止开挖，进行洞脸加固，首先进行大管棚施工（钢管直径89 mm、管壁厚10 mm、长20 m，环向间距40 cm，排间距40 cm），大管棚施工完成后，再进行挂网喷C20混凝土，厚度为0.2 cm；顶部根据现场地形情况设置截水沟。

（2）洞脸加固完成后，浇筑明洞混凝土，混凝土厚50 cm，明洞防护采用城门洞形断面，5.36（宽）×6.28 m（高）。明洞段钢骨架为先前立的I16工字钢，钢拱架之间用，Φ22 钢筋连接，全断面采用，Φ8 mm钢筋挂网，网片间排距15 cm×15 cm。后浇底板C25混凝土，使洞口与大管棚形成一个整体，以增强洞口的整体性，确保施工安全。

（3）明洞混凝土达到龄期后，正式开始洞挖。

（4）优化后洞脸边坡处理工程量。优化后洞脸边坡处理工程量见表2。

表2 优化后洞脸边坡处理工程量

4 注意事项

（1）管棚的方向控制是管棚施工质量的关键。在施工中为保证管棚前段不侵入洞内空间，可以在钻孔时设置适当外插角。外插角的大小应考虑地质条件、钻机型号及管棚下挠等因素。过大的外插角不利于充分发挥管棚的支护效果。过小的外插角又容易使管棚侵入洞内空间，隧洞管棚外插角定为2°。

（2）钻孔导向控制的主要手段是利用导向管，必须保证导向管定位的准确性。导向管可采用全站仪（经纬仪）和水准仪定位，经复核无误后焊接固定在导向墙的钢拱架上。

（3）钻机要牢固定位于钻机平台上，确保钻机轴线与开孔角度一致。架立钻机时可用罗盘、全站仪（经纬仪）、水平尺和挂线相结合进行控制。

（4）管棚注浆的关键是控制浆液密实度和注浆有效范围。对于一定配比的浆液，注浆的密实度和有效范围取决于注浆压力。一般通过现场注浆试验来确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。通过试验确定管棚注浆压力0.5～2.0 MPa，初压0.5～1.0 MPa，终压2.0 MPa。注浆半径一般大于50 cm，钢管间的浆液完全可以渗入岩土孔隙，相互胶结形成整体，并与大管棚共同形成拱形支护承载体系。管棚注浆要严格控制浆液饱满度，浆液可增加管棚刚度，固结周边岩体、充填钢管与孔壁之间的空隙，使管棚与围岩固结紧密。