浅埋层输水隧洞明挖段开挖施工探析

吴叶菲

（山西省水利建筑工程局集团有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概况

马蹄山输水隧洞为无压隧洞，其中桩号12+608.068—12+896.068段，由于埋深较浅，由暗挖改为明挖，总长288 m，开挖深度14～16.5 m，开挖土方量约24万m3。根据设计要求砂层开挖边坡地下水位以下为1∶2，以上为1∶1.25；土层开挖边坡，地下水位线以下为1∶1、以上为1∶1.25，开挖沟槽底宽为7.5 m，设置3 m宽马道。进口底高程1 106.44 m，出口底高程1 106.296 m，设计底坡为1/2 000，过水内断面维持原设计断面，即“马蹄形”断面，顶拱半径2.0 m，底板厚0.75～1.104 m，侧壁厚0.55～1 m，底板下铺设厚0.1 m C15混凝土垫层。开挖基底使用砂卵石垫层，厚度0.8 m，压实系数0.75。

2 地质情况

隧洞桩号12+608.068—12+896.068段出露地层有：第四系全新统洪冲积物（Q4pal），地层岩性上部为浅黄、黄褐色低液限粘土层，厚度0～1.8 m，稍湿，可塑，表层含大量植物根系；下部为黑褐色级配不良砂层，局部夹薄层低液限透镜体，主要由变质岩及云母组成，中粗粒，结构松散，强透水性，厚7.5～9.5 m。第四系全新统洪冲积物分布于后沟沟底。第四系上更新统坡洪积物（Q3dal），岩性为淡黄色～黄褐色低液限粉（粘）土夹级配不良砂层，干燥～稍湿，结构较松散；厚度10～34 m，分布于后沟两岸岸坡。第四系中更新统洪积（Q2pl）浅红色低液限粘土层夹级配不良砂层，低液限粘土层湿～饱和，可塑～硬塑，结构较密实。厚度＞20 m，沟底下伏于第四系全新统洪冲积物之下，两岸处于第四系上更新统低夜限（粉）粘土层之下。后沟沟底地下水位距地面3.8～5.0 m，地下水位较浅。

3 围堰填筑及施工导流

桩号12+608.068—12+896.068段明挖，分两段施工：A段桩号12+608.068—12+752.068，B段桩号12+752.068—2+896.068。

3.1 围堰填筑

为保护明挖段基坑安全，开挖前在桩号12+600右侧30 m处，设置挡水围堰，主要作用为预防汛期突发降雨及不可预测的上游来水。

围堰基础用压路机压实，构筑材料采用半干的均质黏土分层（50 cm/层）碾压密实，围堰填筑坡度为迎水面1∶2.0，背水面边坡1∶1.5，顶宽2.0 m，长80 m，围堰最大高度为2 m，其它地段根据围堰处河底深度不同高度相应调整，但围堰顶标高相同。

围堰填筑使用装载机或挖掘机装车，自卸汽车运输，推土机推平，分层压实。因围堰使用时间很短，堰面不做防护。围堰坝横断面见图1。

图1 明挖段围堰坝横断面图（单位：m）

3.2 施工导流

按照导流标准及导流建筑物的设计要求，导流确定为分期导流，先完成上游A段的导流明渠，待此段施工完成后，再实施下游B段的导流明渠；导流明渠底宽6.0 m，深2.0 m，边坡1∶1.5，两期长度共计500 m。明渠开挖使用1 m3反铲挖掘机进行开挖，回填使用74 kW推土机推土并压实，推土机无法压实的地方使用蛙式打夯机夯实。回填土利用明渠开挖临时堆放于明渠边的土方。导流明渠断面见图2。

图2 明挖段导流明渠横断面图（单位：m）

明挖基坑施工前，首先在基坑开口线5 m处设置一道截（排）水沟，预防地表水流入基坑。截（排）水沟沟底纵坡根据地形设置，不小于3%，截水沟为梯形断面：底宽60 cm、深度80 cm，坡度为1∶1，基坑上部附近截（排）水沟需采用土工膜进行防渗处理，防止渗水影响边坡稳定；由于此段在汛期施工，为防止雨水对边坡的冲刷，保证安全，开挖完毕后的边坡用塑料布进行满面铺设。

4 施工方法

4.1 工艺流程

明挖前准备、测量放线、现场平整、临时施工道路及挡水围堰施工、A段开挖及基坑内施工便道施工、A段构筑物施工、A段基坑回填、改流导流明渠、B段开挖及施工便道施工、B段构筑物施工、B段基坑回填。

4.2 基坑开挖及支护

开挖边坡及高边坡处设置警示标志，设置栅栏围挡。基坑开挖按照放坡敞口开挖的方式进行开挖，A段（上游）先施工，施工便道（运输土方道路）从A段施工时就预留直至B段施工完毕。开挖时从上而下分层施工，分层厚度2～2.5 m。基坑边坡按照设计要求断面实施。A段（上游）施工完成后，开挖B段（下游）基坑。基坑四周马道宽3 m。开挖示意见图3。

图3 纵断面开挖示意图

通往基坑道路开挖时自上而下分层进行，开挖分层厚度为2～2.5 m。由于此段基坑开挖在地下水位线以下，从地表2.5 m见地下水，开挖基坑内存在约8 m厚的中砂结构，具有强透水性，砂层与上、下土层的分离部位失稳的可能性大，此处需要挂网锚喷支护。支护参数：挂网（直径8mm，间距200 mm×200 mm）、锚杆（直径20 mm、长度3 m）、C20喷射混凝土（厚20 cm）支护。基坑开挖平面见图4。

图4 开挖平面示意图

4.3 土方回填

明挖段隧洞主体工程施工完成，待混凝土强度满足设计强度后开始土方回填，对称分层夯实，每层厚度不大于0.3 m，洞顶回填宜以恢复地面为原则，并根据地形变化留好排水坡度。

5 质量控制

5.1 高边坡稳定监测

在开挖过程中，开挖开口线在高边坡坐落的基础之外，未扰动高边坡基础，但是由于基坑开挖深度大，上下游两个开挖端头和东边桩号12+820—12+780段有高度约30 m的山体，需在基坑开挖的过程中对周围山体和深基坑的安全稳定进行监测，主要监测设施为土体预设沉降仪、位移计、土压力计、孔隙水压力计，监测周围山体和基坑内部的变形、应力、渗透水压力等。周围山体设置6个沉降仪、6个位移计、6个土压力计，基坑内部在桩号12+750、12+815、12+885三个断面分别设置沉降仪、位移计、土压力计、孔隙水压力计。当监测仪器出现异常情况后，立刻撤离施工人员及设备，待处置安全后再施工。

5.2 质量监控

基坑开挖施工期内，定时定路线进行巡视检查，检查施工进度、施工质量、临建完好程度等，确保基坑内施工安全。

6 结语

输水隧洞明挖段后沟河段赋水性较好，地下水主要为孔隙水，与周边供水井含水层有一定水力联系，施工降水对水井水位有一定影响，应加强监测；考虑到本工程汛期施工存在一定风险，建议尽量安排在非汛期施工，结合沟道地形条件，分期导流施工。该方案的实施，使该隧洞增加了两个工作面，能有效提高隧洞工期、更好节约成本，提高应有效益。