东山供水工程3号隧洞施工技术简述

许志超

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

东山供水工程任务是从清漳河、浊漳河流域水资源相对丰富的地区调水到汾河流域晋中南部的相对缺水地区，补充调入区的工农业用水。供水线路隧洞总长74.53 km，占整个工程总长度的29.3%。

东山供水工程石匣支线、关河支线及云竹支线的来水汇集于云竹水库右岸，由云竹流量调节阀室进行压力和流量调节，而3号隧洞将同时实现石匣与关河支线穿越分水岭至云竹流量调节阀室。3号隧洞为土岩结合洞，土洞所占比例大，洞长306 m，但从隧洞地质条件及工程使用要求考虑，设计断面采用窄高形的城门洞形断面，隧洞净宽2.4 m，隧洞净高4.15 m，顶部为半圆形，隧洞内上下分别安装直径1.4 m与直径1.6 m的钢管，洞内所留空隙用C15混凝土回填。

2 工程地质情况

3号隧洞洞线走向为S81°W，桩号10+796.7—10+872.9段为砂岩洞段，砂岩为中硬岩，岩体较破碎，围岩厚度0～11.8 m；桩号10+872.9—11+000段为泥岩洞段，泥岩为软岩—较软岩，岩体完整性差，围岩厚度0～13.2 m；桩号11+000以后为土洞段，围岩厚度0～15.4 m。地层岩性表层为Q1含砂低液限黏土，厚0～5 m，其下为三叠系中统二马营组第二亚组灰绿色中薄层中细粒长石砂岩与泥岩互层。基岩产状N42°W/SW∠6°，围岩类别为Ⅴ类，极不稳定，不能自稳，变形破坏严重，围岩岩体单位弹性抗力系数（5～15）×104kN/m3，坚固系数1～2。洞脸处发育一小型断层，产状 N12°W/NE∠75°，破碎影响带宽 1～3 m。

3 隧洞施工过程

3号隧洞靠近云竹水库，隧洞围岩为土岩结合，设计断面为窄高形的城门洞形断面，洞内上下安装不同直径的钢管。根据3号隧洞特点，隧洞的主要施工工序为：测量放线、隧洞开挖、一次支护、下部直径1 600 mm钢管安装、下部回填C15素混凝土、上部直径1 400 mm钢管安装、预留灌浆管安装、上部回填C15素混凝土、回填灌浆。

3.1 隧洞开挖及一次支护

3.1.1 土洞段

土洞段施工工序为超前锚杆、开挖及一次支护。拱顶超前锚杆采用风钻钻孔，钻孔方向偏向洞外，与洞轴线呈3°左右交角，超前锚杆采用直径28 mm的螺纹钢，长度3.0 m，间距不大于20 cm，锚杆间搭接长度1.0 m，掌子面外露0.7 m。土洞段土质坚硬且无渗水，采用小型挖掘机开挖，扒渣机配合四轮车出渣，开挖控制长度为每个循环1 m。开挖完成后及时安装钢拱架，洞底先铺设18号工字钢地梁，地梁长2.6 m，两端焊工字钢立柱定位钢板，然后C20混凝土硬化底板，工字钢两端定位钢板安装立柱，立柱与上部工字钢进行连接，钢拱架间距1～2 m。拱架分4段，采用钢板螺丝连接，底部与地梁焊接，锁脚锚杆采用直径28 mm的螺纹钢呈60°布置，深入3 m，排距1 m，锚杆端部与拱架焊接。工字钢顶部与超前锚杆焊接，钢筋网片安装在钢拱架外侧，采用直径8 mm的钢筋，用直径28 mm的螺纹钢联系筋支撑并与钢拱架焊接。随后对洞顶及侧壁喷射150 mm厚C20混凝土加固。

3.1.2 土石过渡洞段

土石过渡洞段拱顶超前锚杆施工与土洞段相同；隧洞开挖采用上下分段开挖，先开挖上部土洞段，土洞左右侧壁各扩挖50 cm，清理出基岩面；待上部土洞掘进及支护10～20 m后，对下部岩石洞段集中进行人工钻孔、装填岩石破碎材料和基岩破碎开挖。

上部土洞段一次支护，将直径28 mm的楔型锚杆锚固于基岩面，锚固深度900 mm，外露100 mm，锚杆上部焊接钢板，将钢拱架底部与钢板焊接牢固。钢支撑采用14号工字钢，连接筋采用直径28 mm的螺纹钢，每榀间距1～2 m，环向布置。拱架间挂直径8 mm的钢筋网片，喷150 mm厚C20混凝土支护。

3.1.3 岩石洞段

岩石洞段采用YT-28型手风钻配合单臂液压凿岩台车钻孔，采用周边光面爆破，钻孔深度1.8 m，全断面一次开挖成型，采用ZL30型装载机出渣并运至洞外的弃渣场。岩石洞段超前锚杆及一次支护与土洞段基本相同。

3.2 钢管安装及混凝土回填

隧洞为洞内安装直径1 400 mm与直径1 600 mm的双管，分上下两次安装，先进行下部直径1 600 mm钢管的施工，待下部回填混凝土达到设计强度后，再进行上部直径1 400 mm钢管的施工，预埋灌浆管后，进行上部回填混凝土的施工。

3.2.1 钢管安装

钢管洞内运输采用事先安设的轨道进行滑行，轨道采用直径50 mm的钢管双排沿隧洞纵向固定，间距50 cm，采用5 t卷扬机进行牵引，适当控制牵引速度，防止对钢管管壁造成损坏。为防止钢管变形，安装过程中在钢管内部每隔2 m设置一道米字撑，待钢管外包混凝土浇筑完成后方可拆除。

钢管滑行接近安装位置后，采用2台小型龙门架配合手动倒链葫芦进行钢管就位，在钢管两头距管头2 m位置处起吊，矫正位置人工辅助下管至钢管支撑架，支撑架采用型钢制作，每2 m设置一个，每节钢管均匀设置3个钢管支撑架，支撑架顶高程与钢管安装底高程相匹配，管底安装高程控制在可调节范围内。调整钢管高程、轴线位置达到设计值后，将管节与支撑架焊接固定。钢管设管内单焊缝，焊接采用管内对称焊接及分段退焊的方式进行。

3.2.2 混凝土回填

钢管安装焊接完成后，用钢筋将钢管与隧洞底板及侧墙进行固定，确保混凝土回填时管位不发生偏移。混凝土回填施工前，采用人工对底板进行清理凿毛，确保混凝土与基础面结合良好。

下部包封混凝土回填高度2.25 m，上部混凝土回填采用全断面回填，7.5 m为一个回填单元，M7.5浆砌砖作为堵头。混凝土在洞口拌合，人工配合HBT-50混凝土泵直接入仓，混凝土回填通过人工移动混凝土输送管路后退进行，插入振捣器密实，回填时管两侧混凝土分层均衡上升。

3.2.3 回填灌浆

上部混凝土回填前预埋直径50 mm的灌浆花管，灌浆花管利用钢筋固定于洞壁。回填灌浆在混凝土全部浇筑完成后进行。灌浆采用预埋管注浆法“纯压式”灌浆，灌浆压力由设置在孔口的压力表控制，压力控制在0.2～0.3 MPa之间，灌浆孔停止吸浆5 min后结束该孔的灌注，进行封孔，并将孔口抹平。

4 结语

东山供水工程3号隧洞长度虽然有限，但隧洞靠近云竹水库；隧洞地质特别复杂，包含了土洞段、土石过渡洞段及岩石洞段；施工断面与一般隧洞断面有别，为窄高形的城门洞形断面；隧洞内要分上下层安装不同直径的钢管，并分层分段进行洞内混凝土回填。虽然施工难度大，施工中也出现过一些技术问题，由于施工前编制了详细的施工方案，目前隧洞施工已顺利完成，下一步将进行通水检验。