河曲引黄工程5#隧洞支洞施工方法

张耀栋

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

引黄灌溉工程01标5#隧洞洞线总长3 345m，设计过水流量2.24m3/s，断面为城门洞形，净宽×净高为1.7×1.8m。5#隧洞是本标段最长的一条隧洞，并且断面最小，施工中通风排烟困难，非常不利于机械化施工，作业循环周期长,整条隧洞处于地下水位以下，并且要穿越540m土层和砂砾料层，施工难度较大，因而5#隧洞成为制约01标总工期目标的一个“瓶颈”。为创造5#隧洞主体工程的施工作业面，从而加快施工进度，保证按期完工，根据需要，在本标段5#隧洞所控制的范围内增设一条支洞。

2 制约工期进度的原因分析

2.1 断面小，开挖支护及后期衬砌工作面很难施工

由于5#隧洞设计断面为1.7×1.8m，开挖断面比较小。掌子面钻孔、装药及出渣等各项工序都无法加入更多的劳动力，在施工进度上就会有所缓慢。在开挖贯通后的衬砌也同样存在这样的问题，以致影响总工期。

2.2 隧洞长，出渣时间过长，排烟困难

由于隧洞太长，则导致每次开挖完成后的石方，不能及时运出洞外；洞内的烟雾也不能在最短的时间内排出洞外。在掘进距离的加长，出渣、排烟的时间也会随着增长，无法按工期完成。

2.3 地质情况不好

黄土段洞长150m，土质松散，地下水活动弱或无，围岩类别为Ⅴ（土）类，稳定性差。砂卵石段洞长400m，顶、边墙支撑能力极差，地下水活动强烈，围岩类别为Ⅴ类，稳定性极差。

在围岩类别好的情况下，可以边开挖边支护并行作业；而在土洞段或砂卵石段稳定性差的条件下掘进，只能是在开挖完成后及时支护，这也将增长每个循环的时间，也就意味着每天的进尺在缩短。

3 支洞的初步设计

3.1 支洞位置的选择

位置选择的原则是既方便施工，又节约投资。根据现场勘察结果，拟将支洞设在5#隧洞中下游部位（桩号约为15+195）的一个砂坑内，砂坑深度18m左右。支洞洞口布置在砂坑底部，以有效减小支洞的长度。

根据现场测量数据，结合施工方案的机械配置，优选出合理的支洞设计方案。支洞轴线与5#隧洞轴线成53°04′17″的角度相交，总长度为218.755m，其中洞外明挖段长度为16.831m，洞内斜井段长度为195.924m，水平段长度为6m。支洞垂直深度为53.186m，从起坡到坡段结束，向下倾角为 14°28′36″。

如果支洞轴线和主洞轴线正交，坡比将达到32.5%，必须考虑有轨出渣的方式。支洞长度是缩短了，但是支洞施工费用和出渣费用将会增加，同时加大了安全风险。

支洞建成后，5#隧洞洞体可分为3个掌子面开挖：可从进口开挖1 200m，出口开挖1 150m，支洞掌子面向上游开挖，开挖主洞长度计划为995m，能有效缓减5#隧洞工期压力。

3.2 支洞开挖断面及结构设计

经参考有关的设计、施工技术规范及招标设计图纸，并考虑到施工车辆和人员进出、风水电布置等各方面因素，初步确定支洞开挖断面采用城门洞型断面。净断面为2.5×2.6m。

由于支洞缺少地质勘察资料，其地质情况只能根据支洞所处位置的地形条件，结合施工图纸进行初步分析，将支洞大致为3段：

3.2.1 洞颈段

支洞进洞部位主要为沙土，土质完整性极差，长度确定为20m，桩号支0+016.831～支0+036.831。在开挖前进行固结灌浆，然后进行开挖，开挖后即进行拱架支撑和挂网喷浆、混凝土衬砌等支护工作。

开挖完成后喷浆，厚度确定为20 cm。先初喷C20混凝土5 cm；然后注锚杆，锚杆规格L＝3m，直径Ф20，采用II级钢，间排距为80 cm；同时进行挂网和立格栅拱架，网筋规格准6×准6-200×200，拱架间距80 cm，拱架之间采用Ф20钢筋连接，连接筋环向间距50 cm；最后进行复喷，直至厚度达到20 cm。在具体施工过程中，如遇岩石比较破碎或其他不稳定岩层段，则根据实际情况采取超前锚杆等支护措施，以保证施工安全。

一次支护完成后，进行混凝土衬砌，采用C20混凝土，全断面衬砌，厚度30 cm。

3.2.2 斜井段

长度确定为175.922m，桩号支0+036.831～支0+212.755。该段为V类围岩或IV类围岩，在开挖完成后喷浆，厚度确定为15 cm。先初喷C20混凝土5 cm；然后注锚杆，锚杆规格L＝2m，直径Ф20，采用II级钢，间排距为60 cm；同时进行挂网，网筋规格准6×准6-200×200；最后进行复喷，直至厚度达到15 cm。

该段不考虑混凝土衬砌。

3.2.3 水平段

长度为6m，桩号支0+212.755～支0+218.755，为III类围岩或IV类围岩，为方便出碴车辆掉头转弯，该段净断面扩大至4.5m宽，3.6m高，并加强支护。

开挖完成后喷浆，厚度确定为20 cm。先初喷C20混凝土5 cm；然后注锚杆，锚杆规格L＝3m，直径Ф20，采用II级钢，间排距为80 cm；同时进行挂网和立格栅拱架，网筋规格准6×准6-200×200，拱架间距80 cm，拱架之间采用Ф20钢筋连接，连接筋环向间距50 cm；最后进行复喷，直至厚度达到20 cm。

该段不考虑混凝土衬砌。

最终各类围岩的分布范围以开挖为准。

3.3 洞外明挖段结构设计

洞外明挖段长度为16.831m，桩号支0+000～支0+016.831；洞外衬砌5m，桩号支0+011.831～支0+016.831，。洞脸以外部位用M7.5浆砌石砌筑成重力式挡土墙形式。

3.4 洞外边坡防护

明洞段由桩号支0+000开挖至支0+011.831处，挖深达到4.2m，边坡以1∶1放坡，喷浆C20混凝土5 cm。在地面开挖边线外侧1m作浆砌石挡墙，防止边坡流沙灌入和施工安全。

4 结束语

由于该方案的实施，使隧洞掘进顺利完成，在施工期间未发生安全事故。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。

[1] 《水工隧洞设计规范（SL279—2002）》，中国水利水电出版社出版.

[2] 《水工混凝土钢筋施工规范（DL/T5169—2002）》，中国人民共和国国际经济贸易委员会发布.