某输水隧洞跨暗河中施工技术分析

毛广富

(黑龙江省水利冲填工程处，哈尔滨 150027)

某输水隧洞跨暗河中施工技术分析

毛广富

(黑龙江省水利冲填工程处，哈尔滨 150027)

大公山输水隧洞是牛兰江—滇池补水工程的第二隧洞，全长27.23km，所建隧洞前丰段的西侧分布着魏所河伏流，雀吃沟河汰流等，文章对穿越魏所河伏流隧洞施工水文地质、工程地质、施工措施、处理原则方案选择及其施工效果作了阐述。

输水隧洞；地质特征；施工方案；处理原则；方案设定

1 工程概述

大公山输水隧洞是牛兰江—滇池补水工程中第二长隧洞，其全长27.23km，设计纵坡i=0.05%。开挖断面形状为城门洞型，其宽高为5.3m与5.75m。衬砌断面形状为标准马蹄形，其底拱半径、顶拱半径、侧低半径分别4m、2m、6m。

大公山隧洞所布设的形式顺应山势，地形地貌为构造侵蚀中山貌，其山体走势由北向向东，工程线路地面高程为1913～2225m，其坡度范围15°～30°。在所建隧洞前半段的西侧分布着魏所河伏流、雀吃沟伏流等。

在隧洞桩号6+311.976处，横穿一条地下暗河，其通道位置处于隧洞地板下方，经水文地质探测与调查结果显示，大致上已经确定为魏所河伏流。

2 魏所河伏流的特征

2.1 形态特征以及规模大小

对于此暗河，水文地质调查显示，暗河发源于金所盆地所处的魏所河，其入口高程为1978m，暗河与所开挖隧洞中心线最近距离约为1.7km。暗河出口位置处在三月三水库北侧岩溶泉，其出口高程为1902m，此暗河水面高程为1940.5m，开挖隧洞深度约105m。

暗河内部熔岩的分布特征基本是按照岩层的走向，其方位大约是偏南40°，暗河与开挖隧洞中心线所夹的交角约为70°，暗河的自然流向方位自西北向东南，其上游能够观测到的长度大约为150m，其河床坡度下降程度约为1%；暗河下游能够观测到的长度为200m，前半部分河床坡度下降程度大约为2%～3%，部分区域存在1.5m跌水，后半部分河床坡度下降程度大约为5%，水流急速的流进宽度大约1m左右的通道，在枯期暗河的流量大小约为1.5m3/s。

2.2 工程地质特征

隧洞与暗河交会地点处于一条断层之间，其岩性为阳新群的灰岩夹杂着白云岩。岩溶岩体成碎裂壮，其具有的稳定性较差。河床中含有较多的块石以及巨石，初步推断其厚度应>5m，两岸的环境为淤积黏土以及粉细砂。溶洞内具有坍塌状况。

3 工程施工措施

3.1 处理原则

以暗河自身特点为基础，并与此段区域水文地质调查资料相结合，总结出以下几条施工处理原则：①对开挖隧洞与暗河两者之间存在的关系进行科学、精密的调查分析，同时充分地考虑工程施工的特性，即不可逆转性，从而采用科学、不留隐患的施工方法。②应尽可能地遵循自然规律，不破坏隧洞附近围岩的原始应力状态，并且合理地利用周围岩石所具有的稳定性，以此为基础运用一定的措施来加强围岩所具有的强度[1]。③施工不能对原暗河溶洞形成破坏，且对过流能力不能产生过大的影响。

3.2 施工方案的设定与选择

以施工的处理原则为基础，以此初步设计2种相应的技术方案：方案1，因在施工开挖过程中应用“新奥法”，因此采用临时性的便桥使其跨越暗河的顶部，在衬砌阶段按简支整体箱梁结构设计，并在允许的情况下对高钢筋混凝土结构设计参数进行相对的提高。方案2，以隧洞与暗河相会点向后退20m，以此为基础点对隧洞轴线进行相应的调整，即向东偏移5～8m，使隧洞穿越的区域处于围岩较厚层。

经实际考察分析，就2种方案进行比较得出：方案2的缺点是暗河施工附近围岩条件差，开挖过程中不能保证围岩的稳定，坍塌风险比较大。方案1虽然在施工技术上较为复杂，但其优点体现在结构安全可控制，大大地降低了施工中存在的风险，因此选取方案1。

3.3 开挖过程中的加固方案

具体为：①从掌子面右侧2.5m处采用小导坑的方式开挖至暗河的对岸，且在对岸建立净深4m、高2.5m的作业平台。此时开挖方式选用“弱爆破、短进尺”，在每次爆破后应快速的排险清渣，最后对开挖后的岩面进行加强支护。②暗河顶部周围的岩石较为单薄。因此应在一定程度上提高其稳定性，即在开挖轴线左右7.5m范围内对暗河顶部以及左右两壁进行加固处理。③施工便桥以I32b工字型钢塔进行搭设，其长度为12m，间距为25m，隧洞上下游搭设的平台长度分别为3m，4m，中部暗河其顶空腔区为5m。在支点受力方面，应由原有的线状转化为面状以增加受力面积，在两桥底板间先铺设宽4m、长2.2m、厚20mm，的钢板。且在桥底加设横梁以此来增加整理的稳定性。最后在此基础上铺垫枕木，并加以10cm厚的碎石，从而形成桥面。

3.4 永久衬砌处理方案

在施工的过程中，安全检测系统没有显示两侧桥台产生明显的变形，而且岩石的稳定性显示良好，综合地质探测所得到的结果，最终拟定了永久衬砌处理的方案，见图1。

1)为了实现两侧桥台稳定性的有效增强，度绝因砌混凝土荷载过大而导致岩体沿节里面滑动，所以应在两个桥台地板下布设排间距为1.5m×1.5m的系统锚杆。锚杆潜入岩体深度为4m，外露的部分使用L型钢筋与衬砌底板内侧的钢筋通过焊接固定在一起。

2)跨暗河段衬砌断面作为整体箱梁断面，应按照简支结构设计，其长度为15.6m。此段为了增加稳定性其配筋应为双筋布设。使用的混凝土为C35抗硫酸盐混凝土。在混凝土浇筑的过程中，应注意时间方面的问题，采取一次浇筑成型。

3)在永久衬砌工程完工前，应对暗河内部因施工而存在的石渣等进行及时地清理，不得对暗河过水断面形成严重的影响[2]。

图1 永久衬砌处理方案

4 结 论

从施工实践过程中体验到，此隧洞跨越地下暗河的施工方案是可行的。在建设的过程中总结如下4点：①在隧洞穿越暗河的施工前期，一定要进行详细、精确的地址勘察，确定好暗河的规模、流量、结构等基本情况，并结合水文地质资料等。对重点区域即隧洞与暗河交叉处，更要进行全面、精确的测量，进而深入了解暗河所具有的形态以及暗河与施工隧洞两者的空间关系。②采用的对桥台的开挖、暗河围岩的加固、便桥的搭建、掌子面的掘进、建立永久衬砌，这些工程实施方案是科学的、有效的，这不仅保证的工程在施工期与运行期的安全，同时也在一定程度上缩短了工期。③在方案筛选的过程中，要考虑到周边的环境因素，减少施工对环境的影响，避免产生二次破坏或是多次破坏。④遵循自然规律，最大程度上保持暗河其原有功能，不得对当地的水文环境造成不可修复的伤害。

[1]王梦恕.对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见[J].铁道勘察,2004(01):07-09,18.

[2]李术才,张庆松,等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(2):217-225.

1007-7596(2014)03-0074-02

2013-09-04

毛广富(1958-)，男，山东荏平人，工程师。

TV554

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