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)
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。
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。
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
(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。
为了保护生态环境,本文对隧洞出口布置进行优化,取消大量边坡开挖,采用钢骨架增长明洞,缩短了进洞工期,减少了投资,减少了山体破坏及后期绿化工程量。现该项目已完工,洞口安全稳定,未发现质量问题,可以为类似项目提供参考。