小浪底引黄工程地下泵站交通洞洞口施工方案设计

达玫

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 运城 044000）

小浪底引黄工程地下泵站交通洞洞口施工方案设计

达玫

（山西省小浪底引黄工程建设管理局，山西 运城 044000）

小浪底引黄工程地下泵站交通洞洞径大、洞口处埋深浅，工期任务紧以及围岩地质情况较差，因此选择合理的施工方案极其重要。对交通洞洞口施工方案进行比选后，确定采用土石方洞挖加钢拱架支撑及挂网喷护的方案，工程实施后，大大节省了工期，保护了洞口周围的生态环境。

小浪底引黄工程；地下泵站交通洞；洞挖施工

1 工程概况

小浪底引黄工程位于山西省运城市境内，是自黄河干流上的小浪底水库向涑水河流域调水的大型引调水工程。工程的主要任务是解决运城市盐湖区、闻喜县、绛县、夏县、垣曲县等5县（区）的农业灌溉、工业及城镇生活、生态用水问题。工程由引水干线、灌区工程、工业和城镇供水工程3部分组成。设计引水流量20m3/s，年设计引水量2.47亿m3，其中农业灌溉1.16亿m3、工业供水和城镇生活用水1.16亿m3、生态用水0.15亿m3。

引水干线起始于垣曲县境内的小浪底水库库区内板涧河入黄口上游约600m的黄河左岸处，终止于闻喜县吕上窑村东北0.5km的吕庄水库，引水干线线路总长59.6km。引水干线主要建筑物包括取水口进水塔、输水隧洞、地下泵站、板涧河调蓄水库、末端出水池等。1号输水隧洞为圆形有压隧洞，洞径4.5m，隧洞长5.95km，布置于取水口与地下泵站之间。地下泵站内安装水泵机组6台，设计提水流量20m3/s，设计扬程254m，总装机容量84000kW。

地下泵站1号交通洞进口位于板涧河左岸解峪乡政府附近，进口段的施工区位于果树经济林，地面附着物包括1趟解峪乡农村电网线、1趟解峪乡通讯电缆线、1趟施工用10KV电线、以及10余座坟墓，坟墓分布分散、影响范围广。

2 施工方案比选

2.1 大开挖方案

1号交通洞洞口土洞段采用土石方明挖、混凝土衬砌完成后土方回填复原，明挖段长约120m。交0+ 000.00m桩号为设计石方洞挖的起始桩号。交0-089.68m桩号以外是1号交通洞洞口平台，为土石方明挖段，底板高程为EL290.8m，边坡开挖坡比为1∶1.5。交0-089.68m～交0+000.00m段为槽挖段，底宽10m，两侧边坡开挖坡比为1∶0.75，交0+00.00m桩号的底板高程为EL291.8m，向外形成1.1%坡度。槽挖段设城门洞型衬砌混凝土，混凝土厚60cm，成型后的净断面尺寸为7m×8m（宽×高），衬砌施工完成后，土方回填至原始地面线。

2.2 洞挖方案

1号交通洞土洞段调整后的施工方案采用土石方洞挖加钢支撑和挂网喷护，必要时采用超前小导管，土洞段后期采用混凝土衬砌成型。改0+000m桩号为设计土洞的起始桩号，开挖底板高程为290.5m，预计土方洞挖总长110m。改0-032m～改0+000m段为明挖段，边坡开挖坡比为1∶0.75，底板形成3.13%的坡度防止洪水倒灌。改0+000m～改0+015m段为土洞平洞开挖段，底板高程为EL290.5m，改0+015m桩号以后隧洞的开挖坡度定为9%。土洞开挖尺寸为8.52m×9.16m（宽×高），衬砌后的净断面尺寸为7m×8m（宽×高）。

2.3 方案比选结果

2.3.1 经济性对比

1号交通洞口若采用大开挖方案，需与周边村民协调征用果树经济林、改线或移动附着地面的3趟线缆、以及迁移10余座坟墓。果树林是当地村民重要的收入来源，损毁后无法复原，会造成严重的经济损失；迁坟也需根据政府相应的文件规定，给与村民一定的补偿。

2.3.2 工程进度对比

该标段于2014年12月开始施工，根据当地习俗，迁坟需等到来年清明节以后，至少会影响4～5个月的工期；移动线缆也需联系当地移动、供电等部门，由专业人员进行施工改线，严重影响了施工进度。

2.3.3 环保对比

土石方开挖需进行大面积开挖和回填，对周边环境扰动较大，植被破坏面积广，不易复原，不利于环境保护。

综上所述，土石方洞挖既可以避免征用果树林、改线、迁坟等带来的经济损失，还可以大大缩短工期，加快施工进度，同时还减小了对周边环境的破坏。建议将1号交通洞洞口段由明挖调整为洞挖。

3 洞挖施工方案分析

3.1 进口处开挖与支护施工方案

1号交通洞进口处采用明挖方式，现场测量放线后，按设计坡比开挖，洞口为垂直面便于土洞开口成型。用1.2m3挖掘机根据开挖线从上至下开挖，20t自卸汽车直接运至渣场。

洞口改0-004m～改0+000m段在开挖后用钢拱架进行支护，钢拱架的结构尺寸与土洞段一致。每间隔0.6m～1m设置一榀I16钢拱架，拱架间环向用直径22mm钢筋间隔1m连接；拱架两侧挂直径8mm钢筋网，间距20cm×20cm；顶拱范围用直径22mm钢筋加密形成加强钢筋网，间距20cm×20cm；拱架外表面绑扎竹跳板进行封闭，喷射16cm厚C20混凝土，喷混凝土完成3天后拆除竹跳板并补喷4cm外表面来完成进口处的防护。

洞顶拱上方的泥夹砂砾石条带采用超前小导管作固结处理，固结范围在土洞边墙开挖轮廓线以外3m处，小导管长6m，角度平行洞轴线；间排距0.3m× 0.5m，梅花型布置，灌浆压力0.3～0.8MPa。

3.2 土洞段开挖与支护施工方案

土洞段开挖与支护方案的施工顺序为：洞口段施工，一个循环土洞开挖，钢支撑加挂网喷护的方式进行一期支护，进行下一个循环，二期采用C25钢筋混凝土衬砌。

3.2.1 土洞开挖

土洞开挖每一轮进尺5m～10m，进洞前先采用短进尺开挖。根据设计开挖断面放样后，土洞采用挖掘机直接全断面开挖，预留10cm～20cm保护层人工开挖和处理。开挖过程中安排专人观察洞内的情况，一旦发现险情立即撤离，如果土质不稳定，可采取分台阶开挖法和预留芯体开挖法进行开挖，并缩短每一循环的作业长度。

3.2.2 洞内一期支护

开挖完成一个循环后立即人工安装钢拱架支撑，拱架采用I16工字钢。拱架间距0.6m～1m，环向用直径22mm钢筋间隔1m连接，喷射12cm厚C20混凝土，拱脚钻入直径48mm钢管，入基1.5m，外露部分与拱架焊接。

3.2.3 洞内二期衬砌

底板浇筑20cm厚的C25混凝土固定钢支撑，底板混凝土从轴线分左右2块跳仓浇筑，每仓浇筑长20m，土洞段开挖完成后即可施工。

洞内二期衬砌结构参考原设计方案，衬砌厚度60cm，采用C25二级配混凝土，岩石洞开挖进尺50m后开始施工。

3.3 超前小导管施工

根据需要，现场增加超前小导管进行预先支护，小导管的施工参数根据现场情况来确定，超前小导管的施工方案如下：

3.3.1 施工准备

现场布置好所有灌浆设备、材料和动力设施，各种管线安装就位。

3.3.2 小导管安装

首先放样定位出小导管的安装位置，根据设计方案用YT28手风钻钻孔，控制孔的角度和深度（超钻20cm），清理孔后安装导管。

3.3.3 灌浆

施工前进行配和比试验及现场试验，确定注浆参数；同时进行注浆设备准备、管材加工、材料准备、机具准备等。浆液水灰比为1∶1、0.5∶1（质量比），先用1∶1的水泥浆试验，然后用0.5∶1水泥浆进行试验，压力从0.3MPa、0.5MPa和0.8MPa逐步加压。灌浆试验孔间距不小于2m，洞内灌浆前要先喷射16cm的挂网混凝土封闭，避免漏浆，注浆前先冲洗管内沉积物，注浆顺序为由下至上，注浆量先大后小。

单根小导管及锁脚锚管理论注浆量采用下式计算：

式中：L——注浆段长度，m；

R——浆液扩散半径，取0.6L0，（L0为管体间距，

取40cm）；

n——地层孔隙率，风化岩层取2～3%、岩石破碎带取5～8%、砂土取40～60%、粘土取20～40%计算；

α——浆液有效充填率，取值85%；

β——浆液损耗系数，取值1.05。

经计算，单根小导管的注浆量为45.2L，在规定压力0.5～0.8MPa下，灌浆段的吸浆量不大于0.4L/min，持续灌注10～15min，灌浆即可结束。

4 结语

小浪底引黄工程是山西大水网4大骨干工程之一，地下泵站作为枢纽部分，交通洞的开挖进度直接关系到整个工程的进展，因此在保证安全和质量的前提下，工期尤为重要。本工程最终采用土石方洞挖、钢拱架支撑以及挂网喷护，有效的节省了工期，并且为埋深浅、跨度大的同类型隧洞开挖提供了参考。

TV5

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1004-7042（2017）07-0046-02

达玫（1990-），女，2013年毕业于西安理工大学水利水电工程专业，助理工程师。

2017-05-15；

2017-06-27