范庭梧,海 亮，鞏亦真

(1.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局渠首分局，河南 南陽(yáng) 474150；3.慶陽(yáng)城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展投資集團(tuán)有限公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000)

1 工程概況

烏斯通溝水庫(kù)位于吐魯番市托克遜縣，攔河大壩總庫(kù)容1405萬(wàn)m3，為中型規(guī)模水庫(kù)，溢洪洞為城門(mén)型大斷面水工隧洞，溢洪洞由進(jìn)水渠、斜井段、水平洞段等組成，洞身總長(zhǎng)206.67 m，隧洞開(kāi)挖凈尺寸斷面為寬9.0 m、高9.5 m。溢洪洞出口為大塊石加碎石土等組成的堆積體，嚴(yán)重架空，難以成洞。為安全順利地進(jìn)洞施工，先將堆積體進(jìn)行清理至自然巖質(zhì)坡面，為加快施工進(jìn)度，并降低投資風(fēng)險(xiǎn)，故采取減少出口山體石方開(kāi)挖工程量，同時(shí)采取在半明半暗、淺埋等條件下開(kāi)挖進(jìn)洞施工。0+228.84～0+257.23為復(fù)合型偏壓隧洞，總長(zhǎng)28.39 m。

溢洪洞出口洞臉邊坡為自然巖質(zhì)坡，與洞軸線約呈50°斜交，平均坡度56°，內(nèi)側(cè)最大坡高大于100.00 m，外側(cè)為臨河陡坡，平均坡度51°，致使隧洞外側(cè)圍巖單薄，約11.09 m洞段長(zhǎng)的外側(cè)圍巖厚度最小3.20 m，最大7.00～8.00 m，不足1.5倍洞徑，其中約17.37 m長(zhǎng)的洞口段處于半明半暗狀態(tài)，其余為淺埋狀態(tài)。圍巖為華力西晚期第二次侵入的紅色花崗巖(γ42c)，屬弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖，巖體完整性差，主要有順洞臉坡向與臨河陡坡坡向的二組貫穿性卸荷裂隙切割，結(jié)構(gòu)面微張附泥膜；隧洞圍巖干燥，無(wú)地下水活動(dòng)[1-3]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 洞臉邊坡處理方案

因溢洪洞出口洞臉邊坡為碎石土塊石堆積體，堆積體內(nèi)塊石架空嚴(yán)重，難以成洞，所以對(duì)該部位堆積體進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖至自然巖石坡面。邊坡支護(hù)形式為：鋼筋網(wǎng)片+系統(tǒng)砂漿錨桿+系統(tǒng)錨筋樁+噴混凝土。鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為：Φ6鋼筋、間距20 cm×20 cm布置；系統(tǒng)砂漿錨桿為：Φ25鋼筋、L=4.5 m、M30砂漿錨桿、半明半暗段錨桿間排距200 cm×200 cm梅花型布置；系統(tǒng)錨筋樁為：3根Φ25鋼筋、L=9 m、M30砂漿錨筋樁，間距300 cm×200 cm梅花型布置；噴混凝土為C20混凝土，厚15 cm。

2.2 安全防護(hù)方案

出口邊坡最大坡高大于100 m，且邊坡頂部為強(qiáng)風(fēng)化變形體，由于壩址所在區(qū)域地形地貌限制，同時(shí)烏斯通溝河又為V字型河谷，變形體難以清除，如果強(qiáng)加以清除對(duì)圍巖擾動(dòng)后會(huì)存在塌方等不利因素，且石方開(kāi)挖工程量較大，對(duì)工期、投資等不利；故此溢洪洞出口邊坡存在落石等安全隱患，為保證邊坡開(kāi)挖支護(hù)及洞內(nèi)施工安全，在出口邊坡860高程、870高程設(shè)置兩道被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，防止邊坡落石傷及人員、財(cái)產(chǎn)。

2.3 復(fù)合型偏壓洞段支護(hù)方案

洞口部位采用C25套拱混凝土，厚度80 cm，套拱內(nèi)置：I20 mm鋼拱架、間距50 cm；Φ6鋼筋、間距20 cm×20 cm；鋼拱架間設(shè)置聯(lián)系Φ20鋼筋、間距50 cm；每榀鋼拱架設(shè)置13根L=4.5 m的鎖角錨桿；套拱內(nèi)設(shè)置Φ127管棚導(dǎo)向管、管棚為Φ89，長(zhǎng)度20 m；同時(shí)，套拱及偏壓洞左側(cè)邊墻設(shè)置支撐蓋重C15混凝土，暗挖部位側(cè)邊墻采取埋藏式錨筋支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為L(zhǎng)=16～22 m、M30砂漿L=9 m錨筋樁、埋藏深度為7～13 m、間排距3 m×3 m；偏壓洞防護(hù)具體見(jiàn)圖1。

圖1 偏壓洞防護(hù)示意圖

3 施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前人員、設(shè)備、材料準(zhǔn)備就緒，坡腳安全防護(hù)設(shè)施(擋渣坎)施工完成。

3.2 洞臉邊坡

3.2.1 洞臉邊坡開(kāi)挖

洞臉邊坡堆積體開(kāi)挖至巖質(zhì)自然坡，為保證邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工安全，同時(shí)，避免一次性開(kāi)挖至設(shè)計(jì)底高程后期搭設(shè)高排架進(jìn)行邊坡支護(hù)，且減少作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)；邊坡開(kāi)挖分層高度3 m，每層開(kāi)挖完成后應(yīng)及時(shí)支護(hù)。在邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工至洞口上方安全防護(hù)設(shè)施(被動(dòng)防護(hù)網(wǎng))設(shè)計(jì)高程時(shí)，邊坡堆積體開(kāi)挖可自下游至上游開(kāi)挖或上游至下游開(kāi)挖，安全防護(hù)設(shè)施被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)施工方向與開(kāi)挖方向可實(shí)施逆向順序施工；需注意上層已開(kāi)挖完成的邊坡在未支護(hù)完成前，禁止下層邊坡堆積體開(kāi)挖。

3.2.2 洞臉邊坡支護(hù)

洞臉邊坡支護(hù)可與邊坡開(kāi)挖同步施工，邊坡堆積體開(kāi)挖自上游至下游開(kāi)挖或自下游向上游開(kāi)挖，支護(hù)施工緊跟開(kāi)挖進(jìn)行施工。先進(jìn)行邊坡基礎(chǔ)面初步清理，初步清理完成后進(jìn)行錨筋樁、錨桿施工；錨筋樁、錨桿施工完成一個(gè)區(qū)域，對(duì)該區(qū)域基礎(chǔ)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化清理；清理完成后先進(jìn)行混凝土素噴5 cm，素噴完成后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片安裝，網(wǎng)片安裝完成后再進(jìn)行剩余10 cm混凝土噴射。

3.2.3 復(fù)合型偏壓洞

溢洪洞開(kāi)挖斷面尺寸900 cm×950 cm(寬×高)，偏壓洞洞身開(kāi)挖分為上下臺(tái)階開(kāi)挖，分層高度為上臺(tái)階650 cm，下臺(tái)階300 cm，詳見(jiàn)圖2。

圖2 偏壓洞分層開(kāi)挖示意圖(單位：cm)

(1)上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)。首先進(jìn)行半明半暗段偏壓洞暗挖部位側(cè)邊墻埋藏式錨筋樁施工，埋藏式錨筋樁施工完成后進(jìn)行洞口上臺(tái)階套拱施工，上臺(tái)階套拱底部高程距離溢洪洞底板設(shè)計(jì)高程3 m，在套拱施工前，應(yīng)對(duì)上臺(tái)階套拱基礎(chǔ)面進(jìn)行整平，并在基礎(chǔ)面鋪設(shè)土工布，以便于洞內(nèi)下臺(tái)階開(kāi)挖后拱架延伸連接，套拱施工工藝流程：鋼拱架架立→聯(lián)系鋼筋安裝→管棚導(dǎo)向管安裝→套拱模板安裝→混凝土澆筑→拆?！B(yǎng)護(hù)。套拱混凝土澆筑至少達(dá)到3 d齡期后進(jìn)行管棚施工。

其次進(jìn)行半明半暗段洞內(nèi)開(kāi)挖，開(kāi)挖必須在管棚施工完成7 d后進(jìn)行開(kāi)挖。洞內(nèi)開(kāi)挖遵循一循環(huán)一支護(hù)的原則施工。開(kāi)挖完成后對(duì)暗挖部位開(kāi)挖面先進(jìn)行噴混凝土安全封閉，防止圍巖長(zhǎng)時(shí)間暴露，再對(duì)暗挖部位鋼拱架進(jìn)行延伸連接施工；鋼拱架施工完成后進(jìn)行鎖角錨桿施工，鎖角錨桿必須加工成L型，彎鉤長(zhǎng)度不小于20 cm，彎鉤必須與鋼拱架進(jìn)行焊接，以利于鋼拱架穩(wěn)定；鋼拱架及鎖角錨桿施工完成后，對(duì)暗挖部位進(jìn)行系統(tǒng)錨桿施工，系統(tǒng)錨桿須加密，其間距不小于1 m，使其偏壓洞段頂拱、邊墻圍巖形成較強(qiáng)的組合體，以防止圍巖變形。頂拱部位根據(jù)收斂值判定是否需要加設(shè)吊頂錨桿。如頂拱沉降值較大，則需加設(shè)吊頂錨桿，吊頂錨桿長(zhǎng)度不小于9 m，間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，吊頂錨桿其作用使頂拱圍巖反懸掛，利于頂拱圍巖的整體穩(wěn)定；最后系統(tǒng)錨桿施工完成后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片安裝及噴混凝土施工。

再次進(jìn)行淺埋段偏壓洞上臺(tái)階開(kāi)挖施工，上臺(tái)階開(kāi)挖完成后立即進(jìn)行鋼拱架安裝；鋼拱架安裝完成后，進(jìn)行鎖角錨桿及系統(tǒng)錨桿施工，淺埋部位左邊墻因洞壁較薄，左邊墻鎖角錨桿縮短至3 m，但鎖角錨桿數(shù)量需進(jìn)行加密，系統(tǒng)錨桿可不進(jìn)行施工；其余部位鎖角錨桿按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度數(shù)量進(jìn)行施工，但系統(tǒng)錨桿間距根據(jù)收斂值調(diào)整，收斂值較小時(shí)可將系統(tǒng)錨桿間距調(diào)整為2 m間距；最后在系統(tǒng)錨桿及鎖角錨桿施工完成后，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片及噴混凝土施工。

(2)下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)。為保證偏壓洞的整體穩(wěn)定，在偏壓洞上臺(tái)階開(kāi)挖完成后，方能進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖，下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，先進(jìn)行下臺(tái)階中導(dǎo)坑開(kāi)挖，中導(dǎo)坑寬度不大于4 m，中導(dǎo)坑開(kāi)挖完成后，對(duì)兩側(cè)邊墻預(yù)留石方進(jìn)行開(kāi)挖，兩側(cè)邊墻預(yù)留石方必須實(shí)施單側(cè)開(kāi)挖方法進(jìn)行開(kāi)挖(先進(jìn)行右邊墻預(yù)留石方開(kāi)挖，后進(jìn)行左邊墻石方開(kāi)挖)，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)3榀拱架間距；對(duì)開(kāi)挖完成后邊墻位置外露的上臺(tái)階套拱內(nèi)鋼拱架進(jìn)行延伸對(duì)接施工，鋼拱架延伸對(duì)接施工完成后剩余施工工序?yàn)椋烘i角錨桿安裝→系統(tǒng)錨桿安裝→聯(lián)系鋼筋安裝；套拱位置下臺(tái)階可不進(jìn)行常態(tài)混凝土澆筑，使用噴混凝土進(jìn)行填充即可。

3.2.4 支撐蓋重混凝土

在復(fù)合型偏壓洞段開(kāi)挖支護(hù)完成后，為防止后期偏壓洞段發(fā)生變形，對(duì)半明半暗偏壓洞段明外側(cè)邊墻澆筑支撐混凝土墻，頂拱澆筑蓋重混凝土，施工順序?yàn)椋夯A(chǔ)混凝土澆筑→墻身混凝土澆筑→頂拱蓋重混凝土澆筑；同時(shí)，因隧洞掘進(jìn)爆破對(duì)淺埋段偏壓洞外側(cè)圍巖造成震動(dòng)，導(dǎo)致圍巖較為破碎，對(duì)淺埋外側(cè)澆筑貼坡混凝土，作為固結(jié)灌漿蓋重混凝土，但固結(jié)灌漿必須在隧洞混凝土襯砌后進(jìn)行施工，此區(qū)域固結(jié)灌漿結(jié)合隧洞內(nèi)固結(jié)灌漿進(jìn)行施工。

4 結(jié) 語(yǔ)

烏斯通溝水庫(kù)項(xiàng)目溢洪洞復(fù)合型偏壓洞段施工過(guò)程，復(fù)合型偏壓洞段在施工過(guò)程中收斂變形值均在可控范圍之內(nèi)，同時(shí)，減少邊坡開(kāi)挖量，節(jié)約施工工期，降低工程投資。并總結(jié)出五點(diǎn)復(fù)合型偏壓洞段施工要點(diǎn)：

(1)洞臉邊坡支護(hù)措施為：錨筋樁+錨桿+掛網(wǎng)+噴混凝土等支護(hù)措施；

(2)偏壓洞段開(kāi)挖方法為：上下臺(tái)階開(kāi)挖，下臺(tái)階開(kāi)挖實(shí)施中導(dǎo)坑向外側(cè)單邊開(kāi)挖等方法；

(3)半明半暗段偏壓洞支護(hù)措施為：內(nèi)側(cè)邊墻埋藏式錨筋樁+上臺(tái)階混凝土套拱+管棚+鋼支撐+鎖角錨桿+砂漿錨桿+鋼筋網(wǎng)片+噴混凝土+吊頂錨桿(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定)等支護(hù)措施；

(4)淺埋段偏壓洞支護(hù)措施為：管棚+鋼支撐+砂漿錨桿+鋼筋網(wǎng)片+噴混凝土等支護(hù)措施；

(5)外側(cè)邊墻防護(hù)措施為：支撐蓋重混凝土+貼坡混凝土+固結(jié)灌漿等防護(hù)措施。