王占平

(陜西省神木縣建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站,陜西神木 719300)

1 工程概況

神木縣城供水工程為神木縣重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,工程設(shè)計(jì)從瑤鎮(zhèn)水庫(kù)引水,經(jīng)神木縣城新建水廠后進(jìn)入城區(qū)供水管網(wǎng),設(shè)計(jì)引水量為3×104t/d。該工程由輸水隧洞和供水壓力管道兩部分組成,設(shè)計(jì)建設(shè)工期三年半。輸水隧洞進(jìn)口位于瑤鎮(zhèn)水庫(kù)前池,出口位于麻家塔鄉(xiāng)阿雞漫村,全長(zhǎng)22.368 km,均為無(wú)壓洞。橫斷面形式為現(xiàn)澆混凝土城門洞形,寬×高=1.8m×2.4 m,襯砌材料為現(xiàn)澆C20混凝土,襯砌厚度0.3m。輸水隧洞沿線布設(shè)施工豎井21眼,深度25 m～178 m,累計(jì)深度2 254 m。施工豎井為圓形,直徑2.6 m,襯砌材料為現(xiàn)澆C15混凝土,襯砌厚度0.3m。

2 存在問(wèn)題

該工程從2005年11月開工以來(lái),陸續(xù)出現(xiàn)了許多因工程地質(zhì)和水文地質(zhì)引發(fā)的問(wèn)題,主要為:

(1)進(jìn)口段巖層斷層(600 m):本工程地處毛烏素沙漠南緣,上覆地貌平坦,掩蓋了下覆基巖的起伏,出現(xiàn)了支溝巖面低于主河床巖面不為人所意料的地質(zhì)變化,致使在隧洞進(jìn)口段K0+262 m處施工中出現(xiàn)巖層斷層,經(jīng)地質(zhì)補(bǔ)勘,隧洞K0+262～K0+855 m處洞身位于砂層,不具備原設(shè)計(jì)方案的成洞條件,該段被迫停止施工。

(2)豎井涌水量過(guò)大,用常規(guī)方法無(wú)法降水。該工程設(shè)計(jì)時(shí)按常規(guī)做了工程地質(zhì)勘探,未做局部及區(qū)域水文地質(zhì)工作。由于未能在項(xiàng)目實(shí)施前對(duì)局部及區(qū)域水文地質(zhì)情況充分掌握,致使設(shè)計(jì)方案在施工中遇到障礙而無(wú)法實(shí)施。17眼豎井相繼出現(xiàn)同樣的問(wèn)題,其中 2#、3#、4#、5#、11#、12#、16#、17#、19#等 9眼為砂層地段;13#、14#、15#為土層段,6#、7#、8#、9#、10#為巖層段。

(3)4#～5#豎井間隧洞施工方案存在隱患。4#～5#豎井之間隧洞穿越河溝古河床,目前探明洞頂以上圍巖最小厚度為4.8 m,且為松散破碎巖層,施工時(shí)目前給出的方案為人工弱爆破開挖,超前鉆探、超前支護(hù)。業(yè)主擔(dān)心,該段隧洞施工過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生意料不到的冒頂、透水等較為嚴(yán)重的安全事故。

3 施工方案難點(diǎn)

(1)豎井的布置位置、數(shù)量、斷面大小如何選擇來(lái)滿足工程需要。

(2)豎井流沙段、土層段、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶止水方案、開挖、支護(hù)參數(shù)等選定。

(3)進(jìn)口600 m流沙段施工方案選擇。

(4)原設(shè)計(jì)4#和5#豎井之間薄巖柱段安全可靠的施工方案確定。

(5)平洞砂、泥巖段爆破及地層止水方案。

(6)如何確保施工工期及控制建設(shè)投資。

4 各施工方案思路

4.1 方案1—大豎井+擴(kuò)大斷面礦山法平洞施工

充分利用已經(jīng)施工完成的4個(gè)小豎井(1#、18#、20#、21#),將剩余小豎井取消,重新布設(shè)6個(gè)增大內(nèi)徑的豎井[1](增大1#～6#),基本按3.0 km一個(gè)豎井布設(shè),新增大豎井開挖斷面直徑為6.0 m,凈空為4.5 m左右,共計(jì)10個(gè)豎井,豎井支護(hù)結(jié)構(gòu):初支20 cm(拱架+錨網(wǎng)噴C20混凝土),二襯為50 cm左右的鋼筋混凝土。開挖斷面為:流沙段2.9 m×3.5 m;薄巖柱段 2.6 m×3.1 m;一般地段(3.1～3.3)m×(3.1～3.3)m,直墻半圓形;支護(hù)建議為:初支10 cm～25 cm,二襯25 cm～30 cm。增大豎井的目的是因?yàn)樨Q井施工比較困難,減少豎井?dāng)?shù)量可以減小施工難度;考慮到工期、施工安全和通風(fēng),增大每個(gè)豎井中的平洞施工段,需要加大平洞斷面[2],可以使用較大施工機(jī)械,從而加快施工進(jìn)度,提高施工安全度。

4.2 方案2—小豎井+小斷面礦山法平洞施工

充分利用已經(jīng)施工完成的4個(gè)小豎井(1#、18#、20#、21#)保證進(jìn)出口段正常施工,為了降低豎井施工費(fèi)用,將剩余未開挖完成的小豎井減半,基本按2.0 km布設(shè)一個(gè)小豎井[3],并對(duì)小豎井的開挖尺寸進(jìn)行調(diào)整,未開挖部分?jǐn)嗝嬗稍瓉?lái)的直徑3.2 m調(diào)整為3.4 m,支護(hù)參數(shù)調(diào)整為初支20 cm(拱架+錨網(wǎng)噴C20混凝土),二襯為20 cm左右的鋼筋混凝土;重新布設(shè)3個(gè)豎井新2#、新3#、新5#及保留原來(lái)的7#、9#、11#、13#、15#、17#豎井,共計(jì) 13 個(gè)小豎井。平洞施工根據(jù)圍巖情況對(duì)部分區(qū)段的坡度、結(jié)構(gòu)斷面尺寸進(jìn)行調(diào)整,開挖斷面為:流沙段2.9 m×3.5 m;薄巖柱段及一般地段為2.6 m×3.1 m,直墻半圓形;支護(hù)建議為:初支 10 cm～25 cm,二襯25 cm～30 cm。減少豎井的目的是因?yàn)樨Q井施工比較困難,減少豎井?dāng)?shù)量可以減小施工難度,節(jié)省部分投資。

4.3 方案3—大豎井+擴(kuò)大斷面盾構(gòu)和礦山法平洞施工

盾構(gòu)施工里程K0+000～K4+800,共4 800 m,盾構(gòu)斷面內(nèi)徑凈空2.44m,管片C40鋼筋混凝土25 cm厚,礦山法施工里程為K4+800～K22+368,共17 568 m,充分利用已經(jīng)施工完畢的3個(gè)小豎井(18#、20#、21#)保證出口段施工,將剩余未完成的新5#小豎井保留,并繼續(xù)開挖完成,其余小豎井取消。重新布設(shè)6個(gè)增大內(nèi)徑的豎井(增大 1#～6#),共計(jì)10個(gè)豎井,基本按3.0 km布設(shè)一個(gè)大豎井,大豎井的開挖直徑為6.0 m,凈空為4.5 m左右,支護(hù)參數(shù)同方案1,根據(jù)凍結(jié)要求[4]和結(jié)構(gòu)受力要求。平洞施工根據(jù)圍巖情況及盾構(gòu)需要對(duì)部分區(qū)段的坡度、結(jié)構(gòu)斷面尺寸進(jìn)行調(diào)整,開挖斷面及支護(hù)參數(shù)同方案1一般地段,使用盾構(gòu)的目的是確保隧洞早日建成,確保流沙段和薄巖柱段的施工安全,同時(shí)可以提高線路標(biāo)高50 m左右,相應(yīng)減小豎井深度,減小施工難度,加快施工進(jìn)度。

4.4 方案4—小豎井+小斷面盾構(gòu)和礦山法平洞施工

盾構(gòu)施工里程為K0+000～K4+800,共4 800 m,盾構(gòu)斷面內(nèi)徑凈空2.44m,管片C40鋼筋混凝土25 cm厚,礦山法施工里程為K4+800～K22+368,共 17 568 m,充分利用已經(jīng)施工完畢的3個(gè)小豎井(18#、20#、21#),將目前尚未施工完成的小豎井 6#、8#、10#、12#、14#、16#繼續(xù)施工完成,其余豎井取消,基本按2.0 km布設(shè)一個(gè)小豎井,小豎井的開挖直徑為3.4m,建議支護(hù)參數(shù)同方案2;考慮到刀盤、刀具檢修和施工供電需要,盾構(gòu)施工需要增設(shè)2個(gè)工作井,因此增加了2個(gè)大工作井,工作井開挖尺寸為6.0 m,凈空為4.5 m左右,共計(jì)11個(gè)豎井。平洞施工根據(jù)盾構(gòu)需要及圍巖情況對(duì)部分區(qū)段的坡度、結(jié)構(gòu)斷面尺寸進(jìn)行調(diào)整,結(jié)構(gòu)斷面調(diào)整同方案2一般地段。使用盾構(gòu)的目的是確保隧洞早日建成,確保流沙段和薄巖柱段的施工安全[5],同時(shí)可以提高線路標(biāo)高50 m左右,相應(yīng)減小豎井深度,減小施工難度,加快施工進(jìn)度。

4.5 方案5—小豎井21個(gè)+小斷面礦山法平洞施工

充分利用已經(jīng)施工的21個(gè)小豎井(1#～21#)保證整個(gè)隧洞的建設(shè)工期,前期投資合理利用,將剩余的17個(gè)未完成的豎井采取合理的措施施工完畢,對(duì)未完工的小豎井的開挖尺寸進(jìn)行調(diào)整,未開挖部分?jǐn)嗝嬗稍瓉?lái)的直徑3.2 m調(diào)整為3.4 m,支護(hù)參數(shù)調(diào)整為初支20 cm(拱架+錨網(wǎng)噴C20混凝土),二襯為20 cm左右的鋼筋混凝土。平洞施工根據(jù)圍巖情況對(duì)部分區(qū)段的坡度、結(jié)構(gòu)斷面尺寸進(jìn)行調(diào)整,開挖斷面同方案2,直墻半圓形,支護(hù)為:初支10 cm～25 cm,二襯 25 cm～30 cm。

5 5種方案造價(jià)和工期比較

不同方案造價(jià)比較見表1,表2。

6 結(jié) 論

綜合大、小豎井的結(jié)構(gòu)尺寸及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件,注漿施工不能確保一次就能成功,因此造價(jià)與工期存在不確定因素,而且注漿的薄弱環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致施工人員在開挖時(shí)出現(xiàn)突然涌水、涌砂,導(dǎo)致人員傷亡事故,而凍結(jié)法雖然造價(jià)稍高,但基本不會(huì)出現(xiàn)失敗和安全事故。因此豎井采用凍結(jié)法通過(guò)流沙、土層、強(qiáng)風(fēng)化基巖段。同時(shí)考慮出渣及平洞施工安全、通風(fēng)、工期以及安全的法律強(qiáng)制性規(guī)定,豎井須考慮應(yīng)急折返梯、通風(fēng)條件、排水條件、尤其是提升系統(tǒng)的規(guī)程等,豎井必須加大斷面才能滿足要求,因此豎井優(yōu)化施工方案為:大斷面凍結(jié)法。

目前隧洞的施工斷面偏小,在突發(fā)涌水事故時(shí),搶險(xiǎn)及逃生都很困難,而且工期也沒(méi)有保證,無(wú)法使用機(jī)械出渣,通風(fēng)、排水等十分困難、安全隱患較多,平洞斷面應(yīng)適當(dāng)加大,但同時(shí)考慮投資控制,因此優(yōu)化平洞施工方案為:部分區(qū)段擴(kuò)大斷面礦山法施工。

表1 不同方案造價(jià)比較表

表2 倒排工期進(jìn)度計(jì)劃表

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