某輸水隧洞跨暗河中施工技術(shù)分析

毛廣富

(黑龍江省水利沖填工程處，哈爾濱 150027)

某輸水隧洞跨暗河中施工技術(shù)分析

毛廣富

(黑龍江省水利沖填工程處，哈爾濱 150027)

大公山輸水隧洞是牛蘭江—滇池補水工程的第二隧洞，全長27.23km，所建隧洞前豐段的西側(cè)分布著魏所河伏流，雀吃溝河汰流等，文章對穿越魏所河伏流隧洞施工水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、施工措施、處理原則方案選擇及其施工效果作了闡述。

輸水隧洞；地質(zhì)特征；施工方案；處理原則；方案設(shè)定

1 工程概述

大公山輸水隧洞是牛蘭江—滇池補水工程中第二長隧洞，其全長27.23km，設(shè)計縱坡i=0.05%。開挖斷面形狀為城門洞型，其寬高為5.3m與5.75m。襯砌斷面形狀為標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形，其底拱半徑、頂拱半徑、側(cè)低半徑分別4m、2m、6m。

大公山隧洞所布設(shè)的形式順應(yīng)山勢，地形地貌為構(gòu)造侵蝕中山貌，其山體走勢由北向向東，工程線路地面高程為1913～2225m，其坡度范圍15°～30°。在所建隧洞前半段的西側(cè)分布著魏所河伏流、雀吃溝伏流等。

在隧洞樁號6+311.976處，橫穿一條地下暗河，其通道位置處于隧洞地板下方，經(jīng)水文地質(zhì)探測與調(diào)查結(jié)果顯示，大致上已經(jīng)確定為魏所河伏流。

2 魏所河伏流的特征

2.1 形態(tài)特征以及規(guī)模大小

對于此暗河，水文地質(zhì)調(diào)查顯示，暗河發(fā)源于金所盆地所處的魏所河，其入口高程為1978m，暗河與所開挖隧洞中心線最近距離約為1.7km。暗河出口位置處在三月三水庫北側(cè)巖溶泉，其出口高程為1902m，此暗河水面高程為1940.5m，開挖隧洞深度約105m。

暗河內(nèi)部熔巖的分布特征基本是按照巖層的走向，其方位大約是偏南40°，暗河與開挖隧洞中心線所夾的交角約為70°，暗河的自然流向方位自西北向東南，其上游能夠觀測到的長度大約為150m，其河床坡度下降程度約為1%；暗河下游能夠觀測到的長度為200m，前半部分河床坡度下降程度大約為2%～3%，部分區(qū)域存在1.5m跌水，后半部分河床坡度下降程度大約為5%，水流急速的流進寬度大約1m左右的通道，在枯期暗河的流量大小約為1.5m3/s。

2.2 工程地質(zhì)特征

隧洞與暗河交會地點處于一條斷層之間，其巖性為陽新群的灰?guī)r夾雜著白云巖。巖溶巖體成碎裂壯，其具有的穩(wěn)定性較差。河床中含有較多的塊石以及巨石，初步推斷其厚度應(yīng)>5m，兩岸的環(huán)境為淤積黏土以及粉細(xì)砂。溶洞內(nèi)具有坍塌狀況。

3 工程施工措施

3.1 處理原則

以暗河自身特點為基礎(chǔ)，并與此段區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查資料相結(jié)合，總結(jié)出以下幾條施工處理原則：①對開挖隧洞與暗河兩者之間存在的關(guān)系進行科學(xué)、精密的調(diào)查分析，同時充分地考慮工程施工的特性，即不可逆轉(zhuǎn)性，從而采用科學(xué)、不留隱患的施工方法。②應(yīng)盡可能地遵循自然規(guī)律，不破壞隧洞附近圍巖的原始應(yīng)力狀態(tài)，并且合理地利用周圍巖石所具有的穩(wěn)定性，以此為基礎(chǔ)運用一定的措施來加強圍巖所具有的強度[1]。③施工不能對原暗河溶洞形成破壞，且對過流能力不能產(chǎn)生過大的影響。

3.2 施工方案的設(shè)定與選擇

以施工的處理原則為基礎(chǔ)，以此初步設(shè)計2種相應(yīng)的技術(shù)方案：方案1，因在施工開挖過程中應(yīng)用“新奧法”，因此采用臨時性的便橋使其跨越暗河的頂部，在襯砌階段按簡支整體箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，并在允許的情況下對高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進行相對的提高。方案2，以隧洞與暗河相會點向后退20m，以此為基礎(chǔ)點對隧洞軸線進行相應(yīng)的調(diào)整，即向東偏移5～8m，使隧洞穿越的區(qū)域處于圍巖較厚層。

經(jīng)實際考察分析，就2種方案進行比較得出：方案2的缺點是暗河施工附近圍巖條件差，開挖過程中不能保證圍巖的穩(wěn)定，坍塌風(fēng)險比較大。方案1雖然在施工技術(shù)上較為復(fù)雜，但其優(yōu)點體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)安全可控制，大大地降低了施工中存在的風(fēng)險，因此選取方案1。

3.3 開挖過程中的加固方案

具體為：①從掌子面右側(cè)2.5m處采用小導(dǎo)坑的方式開挖至暗河的對岸，且在對岸建立凈深4m、高2.5m的作業(yè)平臺。此時開挖方式選用“弱爆破、短進尺”，在每次爆破后應(yīng)快速的排險清渣，最后對開挖后的巖面進行加強支護。②暗河頂部周圍的巖石較為單薄。因此應(yīng)在一定程度上提高其穩(wěn)定性，即在開挖軸線左右7.5m范圍內(nèi)對暗河頂部以及左右兩壁進行加固處理。③施工便橋以I32b工字型鋼塔進行搭設(shè)，其長度為12m，間距為25m，隧洞上下游搭設(shè)的平臺長度分別為3m，4m，中部暗河其頂空腔區(qū)為5m。在支點受力方面，應(yīng)由原有的線狀轉(zhuǎn)化為面狀以增加受力面積，在兩橋底板間先鋪設(shè)寬4m、長2.2m、厚20mm，的鋼板。且在橋底加設(shè)橫梁以此來增加整理的穩(wěn)定性。最后在此基礎(chǔ)上鋪墊枕木，并加以10cm厚的碎石，從而形成橋面。

3.4 永久襯砌處理方案

在施工的過程中，安全檢測系統(tǒng)沒有顯示兩側(cè)橋臺產(chǎn)生明顯的變形，而且?guī)r石的穩(wěn)定性顯示良好，綜合地質(zhì)探測所得到的結(jié)果，最終擬定了永久襯砌處理的方案，見圖1。

1)為了實現(xiàn)兩側(cè)橋臺穩(wěn)定性的有效增強，度絕因砌混凝土荷載過大而導(dǎo)致巖體沿節(jié)里面滑動，所以應(yīng)在兩個橋臺地板下布設(shè)排間距為1.5m×1.5m的系統(tǒng)錨桿。錨桿潛入巖體深度為4m，外露的部分使用L型鋼筋與襯砌底板內(nèi)側(cè)的鋼筋通過焊接固定在一起。

2)跨暗河段襯砌斷面作為整體箱梁斷面，應(yīng)按照簡支結(jié)構(gòu)設(shè)計，其長度為15.6m。此段為了增加穩(wěn)定性其配筋應(yīng)為雙筋布設(shè)。使用的混凝土為C35抗硫酸鹽混凝土。在混凝土澆筑的過程中，應(yīng)注意時間方面的問題，采取一次澆筑成型。

3)在永久襯砌工程完工前，應(yīng)對暗河內(nèi)部因施工而存在的石渣等進行及時地清理，不得對暗河過水?dāng)嗝嫘纬蓢?yán)重的影響[2]。

圖1 永久襯砌處理方案

4 結(jié) 論

從施工實踐過程中體驗到，此隧洞跨越地下暗河的施工方案是可行的。在建設(shè)的過程中總結(jié)如下4點：①在隧洞穿越暗河的施工前期，一定要進行詳細(xì)、精確的地址勘察，確定好暗河的規(guī)模、流量、結(jié)構(gòu)等基本情況，并結(jié)合水文地質(zhì)資料等。對重點區(qū)域即隧洞與暗河交叉處，更要進行全面、精確的測量，進而深入了解暗河所具有的形態(tài)以及暗河與施工隧洞兩者的空間關(guān)系。②采用的對橋臺的開挖、暗河圍巖的加固、便橋的搭建、掌子面的掘進、建立永久襯砌，這些工程實施方案是科學(xué)的、有效的，這不僅保證的工程在施工期與運行期的安全，同時也在一定程度上縮短了工期。③在方案篩選的過程中，要考慮到周邊的環(huán)境因素，減少施工對環(huán)境的影響，避免產(chǎn)生二次破壞或是多次破壞。④遵循自然規(guī)律，最大程度上保持暗河其原有功能，不得對當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境造成不可修復(fù)的傷害。

[1]王夢恕.對巖溶地區(qū)隧道施工水文地質(zhì)超前預(yù)報的意見[J].鐵道勘察,2004(01):07-09,18.

[2]李術(shù)才,張慶松,等.巖溶裂隙水與不良地質(zhì)情況超前預(yù)報研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(2):217-225.

1007-7596(2014)03-0074-02

2013-09-04

毛廣富(1958-)，男，山東荏平人，工程師。

TV554

B