松树林土洞设计及施工

吴 鸿，王 青，杨元红

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550002)

1 概 况

松树林土洞位于黔中水利枢纽桂松干渠C7 标，经过一片松树林，地形较平缓。原设计为砌石结构输水明渠，经对其中一段进行开挖5 ～8 m深，未见基岩，开挖处为红、红褐色、灰白色黏土，夹少量碎石。进行了结构及经济比较后，确定对原渠道进行轴线调整拉直，并将其中380 m变更土洞进行设计，隧洞进口设置150 m城门洞型暗渠，出口接原明渠;隧洞为浅埋隧洞，最小埋深8 m，最大埋深14 m。隧洞上部为一乡村道路，平时有车辆经过。

2 地质条件

为岩溶剥夷面之上的残丘缓坡地带，渠线及洞线通过残丘垭口平缓地带，地形坡度5°～15°，高差25 m左右，受地形地貌部位及岩性限制，岩体风化深。经地表调查及施工现场分析，底板低于地表5 ～22 m，地表覆盖层厚4～6 m，为残坡积红、红褐色、灰白色黏土，夹少量碎石，可塑状态。下伏基岩为二叠系下统统栖霞组第一段(P1q )灰黑色薄至中厚层砂质泥岩、泥质粉砂岩及泥灰岩，属软质岩。全风化厚6 ～15 m，岩体也全部变色为褐黄色，光泽消失，结构完全破坏，残留有节理痕迹，锤击有松软感已完全呈黏土化，强风化厚8 m左右，岩石大部分变色，组织结构大部分已破坏，节理裂隙相对较发育，锤击声哑。岩层产状5°－15°∠15°－19°。经以上分析得:渠线、洞线位于全强风化岩体类，隧洞开挖应超前支护，及时衬砌。经地表及部分开挖施工调查，渠线及洞线穿越部位富水性差，渠线及洞线位于地下水位附近［1］。

3 土洞设计

3.1 隧洞型式

此段隧洞为土洞，隧洞围岩情况较差，采用受外力较好的圆形隧洞，因进行圆形隧洞开挖难度较大，固开挖采用马蹄形开挖断面。

3.2 隧洞水力计算

隧洞设计流量Q =12.237 m3/s，加大流量Qm= 13.396 m3/s;采用圆形过水断面，隧洞底坡1/3 000;采用加大流量核定过水断面尺寸，隧洞直径3.8 m，设计水深2.706 m，设计流速1.416 m3/s，净空面积比23.8%;加大水深2.920 m，加大流速1.433 m3/s，净空面积比17.5%;原渠道总水头损失0.146 m，土洞进出口水头损失0.006 m，沿程水头损失0.127 m，总水头损失0.131 m，较原渠道水头损失小，满足规范要求。

3.3 隧洞结构计算

隧洞为土洞，不能形成有效的坍落拱，采用全部土体容重计算隧洞外压(考虑外水压力)，隧洞采用C20 混凝土，衬砌厚度0.4 m;隧洞衬砌进出口6 m设置一条永久缝，进出口各3 条，缝内填充橡胶止水带;洞内12 m设置一条施工缝;施工缝间距结合施工设备及浇筑长度设置，但≥6 m，缝内设置BW－Ⅱ遇水膨胀止水条;上下游渐变段设置伸缩缝，缝内依次填充沥青油毡、无毒双组份聚硫密封胶、M10 水泥砂浆。

分施工工况、运行工况及特殊工况3 种工况进行计算:①施工工况:衬砌自重+围岩弹性抗力+围岩压力+外水压力+车辆荷载;②运行工况:衬砌自重+围岩弹性抗力+围岩压力+外水压力+内水压力+车辆荷载;③特殊工况:衬砌自重+围岩弹性抗力+围岩压力+ 灌浆压力+ 车辆荷载。经计算，e0/h0＜0.55，按规范要求，对于此种情况下的偏心受压构件，裂缝可不作验算。

3.4 初期支护设计

隧洞开挖强调采用短进尺、分台阶开挖并及时支护的原则，应循序渐进的进行开挖，开挖后及时支护。钢拱架(I14，140－85－5.5)间距80 cm，两侧Φ25 锁脚锚杆8 根，单根长3.0 m，钢拱架顶拱180°架设φ42 导管，间距0.3 m，单根长4.5 m，搭接长度1.5 m，钢拱架之间采用Φ25 纵向钢筋连接，间距1 m，钢拱架外侧铺设单层Φ6@200×200 钢筋网片，喷C20 混凝土厚10 cm并预留Φ50 排水管，单根长50 cm。

3.5 进口暗渠及洞脸设计

进口暗渠采用城门洞型，暗渠与隧洞进口连接渐变段长10 m，隧洞出口与明渠连接渐变段长12 m。进、出口洞脸采用1 m厚钢筋混凝土作为永久性洞脸加固。暗渠边坡每6 m高设置一级马道，马道宽2 m。隧洞进口暗渠边坡作为临时施工边坡，挂单层Φ6@200 ×200 钢筋网片，喷射C20 混凝土厚100 mm，设置3 m长锚杆，间距3 m，排距3 m。隧洞出口明渠边坡坡比采用1∶1.1，坡面挂单层Φ6@200 ×200 钢筋网片，喷射C20 混凝土厚100 mm。隧洞出口正面边坡坡比1∶1.5，坡面采用格构梁护坡，梁格尺寸0.3 m×0.3 m，间距2 m，梁格交汇处设置4.5 m长锚杆，梁格间填充干砌毛石。所有边坡上部均设置0.3 m ×0.3 m的排水沟。

4 土洞施工

4.1 施工准备

根据设计图纸，组织施工人员及机械进场;联系钢材及水泥等厂家，进行施工材料准备，报监理开工申请后准备施工。

4.2 进洞施工

从隧洞出口进洞，采用隧洞出口明渠作为进洞通道，暗渠边坡坡比1∶1.1，采用锚喷支护，厚100 mm，挂网钢筋采用Φ6.5@200 ×200。洞脸架设14#工字钢并进行超前支护，超前支护采用Φ42 导管沿洞顶圆弧段布置一排，间距0.3 m，外插角控制在3°～5°。

4.3 边坡排水

在洞脸及暗渠边坡采用C15 混凝土修建0.3 m×0.3 m的排水沟，确保施工期边坡排水，避免地表水对边坡冲刷。

4.4 隧洞开挖及支护

隧洞开挖采用短开挖强支护原则，每次进尺控制在1 m范围内，根据情况可进行适当优化调整。坚持弱爆破结合人工风镐开挖，尽量减少对洞室围岩的扰动，施工中对已开挖洞段及时支护，合理组织施工工序时间，尽量在保证安全前提下及时进行有效的隧洞围岩初期支护。隧洞前40 m隧洞支护采用设计的初期支护，随后因地质条件变化，浅埋隧洞洞顶掉块严重，对支护参数作出了调整。采用Φ42 导管，间距0.2 m，沿洞顶圆弧段布置一圈，导管内注射水泥浆，搭接长度为2 ～2.5 m，外插角控制在3° ～5°;喷混凝土厚15 cm，采用Φ6.5 间距200 ×200 双层钢筋网;14#工字钢间距调整为50 cm，钢支撑底部加横向支撑，并对较软基础进行混凝土置换。

4.5 隧洞特殊情况处理

隧洞为浅埋隧洞，地质条件较差，在开挖过程中顶拱以上出现了不同程度的掉块现场;隧洞上部为乡村公路，考虑到安全因素，地表立警示牌，拉警示线，并设置必要的安全监测及安全专员进行值守。对掉块部位优先采用超前长锚杆穿透至较好岩层，对已垮塌部位采用短间距钢支撑支护，拱顶以上采用圆木及喷射C20 混凝土进行回填;针对洞顶垮塌围岩较薄处，人工开挖使其冒顶，设置短间距钢支撑，钢支撑上部设置Φ6.5 间距200 ×200，喷射C20混凝土厚100 mm，然后于地面进行回填处理。

5 结 语

洞口边坡稳定，未有垮塌发生，未对安全、进度造成不良影响;洞内开挖后及时支护，未见有钢支撑变形;对洞顶垮塌部位进行安全监测，避免出现人员财产伤亡，并对掉块部位及时处理，保证施工安全及进度。

［1］邢莉，李宏卓. 土洞设计和施工中的若干问题［J］. 安徽建筑，2004(03):39－40．