松樹林土洞設計及施工

吳 鴻，王 青，楊元紅

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002)

1 概 況

松樹林土洞位于黔中水利樞紐桂松干渠C7 標，經過一片松樹林，地形較平緩。原設計為砌石結構輸水明渠，經對其中一段進行開挖5 ～8 m深，未見基巖，開挖處為紅、紅褐色、灰白色黏土，夾少量碎石。進行了結構及經濟比較后，確定對原渠道進行軸線調整拉直，并將其中380 m變更土洞進行設計，隧洞進口設置150 m城門洞型暗渠，出口接原明渠;隧洞為淺埋隧洞，最小埋深8 m，最大埋深14 m。隧洞上部為一鄉村道路，平時有車輛經過。

2 地質條件

為巖溶剝夷面之上的殘丘緩坡地帶，渠線及洞線通過殘丘埡口平緩地帶，地形坡度5°～15°，高差25 m左右，受地形地貌部位及巖性限制，巖體風化深。經地表調查及施工現場分析，底板低于地表5 ～22 m，地表覆蓋層厚4～6 m，為殘坡積紅、紅褐色、灰白色黏土，夾少量碎石，可塑狀態。下伏基巖為二疊系下統統棲霞組第一段(P1q )灰黑色薄至中厚層砂質泥巖、泥質粉砂巖及泥灰巖，屬軟質巖。全風化厚6 ～15 m，巖體也全部變色為褐黃色，光澤消失，結構完全破壞，殘留有節理痕跡，錘擊有松軟感已完全呈黏土化，強風化厚8 m左右，巖石大部分變色，組織結構大部分已破壞，節理裂隙相對較發育，錘擊聲啞。巖層產狀5°－15°∠15°－19°。經以上分析得:渠線、洞線位于全強風化巖體類，隧洞開挖應超前支護，及時襯砌。經地表及部分開挖施工調查，渠線及洞線穿越部位富水性差，渠線及洞線位于地下水位附近［1］。

3 土洞設計

3.1 隧洞型式

此段隧洞為土洞，隧洞圍巖情況較差，采用受外力較好的圓形隧洞，因進行圓形隧洞開挖難度較大，固開挖采用馬蹄形開挖斷面。

3.2 隧洞水力計算

隧洞設計流量Q =12.237 m3/s，加大流量Qm= 13.396 m3/s;采用圓形過水斷面，隧洞底坡1/3 000;采用加大流量核定過水斷面尺寸，隧洞直徑3.8 m，設計水深2.706 m，設計流速1.416 m3/s，凈空面積比23.8%;加大水深2.920 m，加大流速1.433 m3/s，凈空面積比17.5%;原渠道總水頭損失0.146 m，土洞進出口水頭損失0.006 m，沿程水頭損失0.127 m，總水頭損失0.131 m，較原渠道水頭損失小，滿足規范要求。

3.3 隧洞結構計算

隧洞為土洞，不能形成有效的坍落拱，采用全部土體容重計算隧洞外壓(考慮外水壓力)，隧洞采用C20 混凝土，襯砌厚度0.4 m;隧洞襯砌進出口6 m設置一條永久縫，進出口各3 條，縫內填充橡膠止水帶;洞內12 m設置一條施工縫;施工縫間距結合施工設備及澆筑長度設置，但≥6 m，縫內設置BW－Ⅱ遇水膨脹止水條;上下游漸變段設置伸縮縫，縫內依次填充瀝青油氈、無毒雙組份聚硫密封膠、M10 水泥砂漿。

分施工工況、運行工況及特殊工況3 種工況進行計算:①施工工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+外水壓力+車輛荷載;②運行工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+外水壓力+內水壓力+車輛荷載;③特殊工況:襯砌自重+圍巖彈性抗力+圍巖壓力+ 灌漿壓力+ 車輛荷載。經計算，e0/h0＜0.55，按規范要求，對于此種情況下的偏心受壓構件，裂縫可不作驗算。

3.4 初期支護設計

隧洞開挖強調采用短進尺、分臺階開挖并及時支護的原則，應循序漸進的進行開挖，開挖后及時支護。鋼拱架(I14，140－85－5.5)間距80 cm，兩側Φ25 鎖腳錨桿8 根，單根長3.0 m，鋼拱架頂拱180°架設φ42 導管，間距0.3 m，單根長4.5 m，搭接長度1.5 m，鋼拱架之間采用Φ25 縱向鋼筋連接，間距1 m，鋼拱架外側鋪設單層Φ6@200×200 鋼筋網片，噴C20 混凝土厚10 cm并預留Φ50 排水管，單根長50 cm。

3.5 進口暗渠及洞臉設計

進口暗渠采用城門洞型，暗渠與隧洞進口連接漸變段長10 m，隧洞出口與明渠連接漸變段長12 m。進、出口洞臉采用1 m厚鋼筋混凝土作為永久性洞臉加固。暗渠邊坡每6 m高設置一級馬道，馬道寬2 m。隧洞進口暗渠邊坡作為臨時施工邊坡，掛單層Φ6@200 ×200 鋼筋網片，噴射C20 混凝土厚100 mm，設置3 m長錨桿，間距3 m，排距3 m。隧洞出口明渠邊坡坡比采用1∶1.1，坡面掛單層Φ6@200 ×200 鋼筋網片，噴射C20 混凝土厚100 mm。隧洞出口正面邊坡坡比1∶1.5，坡面采用格構梁護坡，梁格尺寸0.3 m×0.3 m，間距2 m，梁格交匯處設置4.5 m長錨桿，梁格間填充干砌毛石。所有邊坡上部均設置0.3 m ×0.3 m的排水溝。

4 土洞施工

4.1 施工準備

根據設計圖紙，組織施工人員及機械進場;聯系鋼材及水泥等廠家，進行施工材料準備，報監理開工申請后準備施工。

4.2 進洞施工

從隧洞出口進洞，采用隧洞出口明渠作為進洞通道，暗渠邊坡坡比1∶1.1，采用錨噴支護，厚100 mm，掛網鋼筋采用Φ6.5@200 ×200。洞臉架設14#工字鋼并進行超前支護，超前支護采用Φ42 導管沿洞頂圓弧段布置一排，間距0.3 m，外插角控制在3°～5°。

4.3 邊坡排水

在洞臉及暗渠邊坡采用C15 混凝土修建0.3 m×0.3 m的排水溝，確保施工期邊坡排水，避免地表水對邊坡沖刷。

4.4 隧洞開挖及支護

隧洞開挖采用短開挖強支護原則，每次進尺控制在1 m范圍內，根據情況可進行適當優化調整。堅持弱爆破結合人工風鎬開挖，盡量減少對洞室圍巖的擾動，施工中對已開挖洞段及時支護，合理組織施工工序時間，盡量在保證安全前提下及時進行有效的隧洞圍巖初期支護。隧洞前40 m隧洞支護采用設計的初期支護，隨后因地質條件變化，淺埋隧洞洞頂掉塊嚴重，對支護參數作出了調整。采用Φ42 導管，間距0.2 m，沿洞頂圓弧段布置一圈，導管內注射水泥漿，搭接長度為2 ～2.5 m，外插角控制在3° ～5°;噴混凝土厚15 cm，采用Φ6.5 間距200 ×200 雙層鋼筋網;14#工字鋼間距調整為50 cm，鋼支撐底部加橫向支撐，并對較軟基礎進行混凝土置換。

4.5 隧洞特殊情況處理

隧洞為淺埋隧洞，地質條件較差，在開挖過程中頂拱以上出現了不同程度的掉塊現場;隧洞上部為鄉村公路，考慮到安全因素，地表立警示牌，拉警示線，并設置必要的安全監測及安全專員進行值守。對掉塊部位優先采用超前長錨桿穿透至較好巖層，對已垮塌部位采用短間距鋼支撐支護，拱頂以上采用圓木及噴射C20 混凝土進行回填;針對洞頂垮塌圍巖較薄處，人工開挖使其冒頂，設置短間距鋼支撐，鋼支撐上部設置Φ6.5 間距200 ×200，噴射C20混凝土厚100 mm，然后于地面進行回填處理。

5 結 語

洞口邊坡穩定，未有垮塌發生，未對安全、進度造成不良影響;洞內開挖后及時支護，未見有鋼支撐變形;對洞頂垮塌部位進行安全監測，避免出現人員財產傷亡，并對掉塊部位及時處理，保證施工安全及進度。

［1］邢莉，李宏卓. 土洞設計和施工中的若干問題［J］. 安徽建筑，2004(03):39－40．