趙東亮 魏鉑佳 任鑫龍 暴艷利

1 工程概況

湖北省鄂北水資源配置工程主要建筑物由取水建筑物（新建取水豎井前）、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和節(jié)制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、放空閘閥、排洪建筑及王家沖擴(kuò)建水庫(kù)等組成，工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)或3級(jí)，次要建筑物為3級(jí)或4級(jí)。

鳳凰寨隧洞全長(zhǎng)10.13km，隧洞進(jìn)口位于廣水市王家灣村以北，接余店河（朝陽(yáng)村）明渠；出口位于廣水市郝店鎮(zhèn)西北側(cè)，出口接回龍寺暗涵。隧洞開(kāi)挖的最大斷面為城門(mén)洞型，寬×高為4.6m×5.19m，襯砌后仍為城門(mén)洞型，寬×高為3.5m×4.14m，底板寬度為3.5m，側(cè)墻高度為3.13m，頂拱半徑為2.02m。

隧洞線路走向總體從西北向東南，沿線共設(shè)3條施工支洞，采用鉆爆法施工。由于施工支洞要承擔(dān)鳳凰寨隧洞的施工運(yùn)輸任務(wù)，因此，施工支洞的合理設(shè)計(jì)對(duì)輸水隧洞的的順利貫通及整個(gè)11標(biāo)工程的按期完工起著重要作用。

2 施工支洞設(shè)計(jì)原則

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)以及鳳凰寨隧洞工程的特點(diǎn)，施工支洞的規(guī)劃設(shè)計(jì)原則如下。

（1）根據(jù)施工進(jìn)度安排，結(jié)合鳳凰寨隧洞布置，減少施工支洞工程量，節(jié)約投資。

（2）滿足各工作面承擔(dān)的任務(wù)基本相等，為工作面施工平行作業(yè)創(chuàng)造條件。為此，支洞的布置盡量避免施工干擾，保證工程施工均衡、有序地進(jìn)行。

（3）支洞線路應(yīng)最短，且沿洞線地質(zhì)條件較好，盡量避免斷層、破碎帶的影響。

（4）考慮隧洞的施工期通風(fēng)要求，結(jié)合周?chē)匦渭暗刭|(zhì)條件，本工程每3km左右間距設(shè)置1條施工支洞。

（5）3條支洞進(jìn)口均在周邊溝谷內(nèi)設(shè)置，選擇洞口位置時(shí)應(yīng)盡量選擇深溝及河谷來(lái)降低進(jìn)洞口高程，減小支洞縱坡，但洞口高程要滿足施工期的防洪要求。

（6）支洞洞線宜與主洞正交，必須斜交時(shí)其交角不應(yīng)小于45°。

（7）施工支洞的設(shè)置應(yīng)滿足開(kāi)挖出渣、混凝土澆筑，鋼材運(yùn)輸及安裝的需要；斷面尺寸、縱坡等必須與施工機(jī)械設(shè)備的外型尺寸、工作范圍相適應(yīng)；施工支洞的斷面設(shè)計(jì)需有利于施工供風(fēng)、供水、供電、排水、通風(fēng)及照明等臨時(shí)設(shè)施的布置，提高施工支洞的通行能力。

（8）支洞口一般具備施工場(chǎng)地或臨建設(shè)施布置的條件；支洞口一般在規(guī)定防洪高程以上，避免汛期無(wú)法使用。

3 施工支洞規(guī)劃布置及斷面設(shè)計(jì)

3.1 施工支洞洞線布置

鳳凰寨隧洞施工支洞設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了上述原則，3條施工支洞洞線布置時(shí)盡量短而直，平面樁號(hào)長(zhǎng)度均在500m左右；洞線沿線大多數(shù)為Ⅲ類、Ⅳ類圍巖，工程地質(zhì)條件較好；與主洞的平面夾角均為正交；洞口位置布置在現(xiàn)有交通道路附近，以便施工材料、設(shè)備運(yùn)輸。洞口修建臨時(shí)施工道路和最近的道路相連接，同時(shí)考慮與永久交通道路相結(jié)合。除此之外，洞口還充分考慮了周邊山溝、河道的洪水問(wèn)題，在設(shè)計(jì)支洞進(jìn)口底高程及洞口周邊臨時(shí)施工場(chǎng)地時(shí)，盡可能使其高于山溝、河道的設(shè)計(jì)洪水位，滿足防洪要求。施工支洞特性見(jiàn)表1。

表1 施工支洞特性表

3.2 施工支洞設(shè)計(jì)

根據(jù)施工支洞設(shè)計(jì)原則及施工支洞洞線布置要求，鳳凰寨隧洞3條施工支洞從洞臉形式、縱坡、洞型及支護(hù)襯砌、與主洞連接方式等方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

3.2.1 洞臉設(shè)計(jì)

在布設(shè)好合適的洞線，確定好支洞的進(jìn)口位置之后，首先要對(duì)洞口和洞臉進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，確保施工支洞早日進(jìn)洞。鳳凰寨隧洞所布設(shè)的3條施工支洞，根據(jù)洞口的地形地貌，施工支洞洞臉的形式均采用貼坡式洞臉，其中2#支洞洞口采用引出部分明洞段的型式。兩種洞臉形式分別如圖1、2所示。

圖1 1#及3#施工支洞洞臉剖面圖

圖2 2#施工支洞洞臉剖面圖

兩種洞臉形式均可以適用于巖質(zhì)洞口和土質(zhì)洞口。其中1#與3#支洞洞口上方的覆蓋層比較厚，成洞條件比較好，直接采用貼坡式洞臉型式，此種洞臉型式可以減少洞口開(kāi)挖工程量，有利于充分利用原地形，減少對(duì)原地形的擾動(dòng)并可以提前進(jìn)洞。土質(zhì)邊坡按坡比1∶1進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)在洞口開(kāi)挖范圍掛Φ8@200鋼筋網(wǎng)，噴C25混凝土80mm厚，以確保洞口穩(wěn)定。巖質(zhì)洞口按坡比1∶0.75進(jìn)行開(kāi)挖，在洞口開(kāi)挖范圍掛鋼筋網(wǎng)，噴混凝土外，并布設(shè)Φ25mm系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)2.0m，間排距3.0m，呈梅花形布置。2#支洞洞口上方的覆蓋層比較薄，成洞條件不好，原地面線坡度較緩，因此，采用接出部分明洞的貼坡式洞臉。2#與3#支洞相比，減少了洞口開(kāi)挖工程量，有利于洞口穩(wěn)定，但需要接出一部分明洞，并對(duì)表面進(jìn)行回填。此外，還需要做好各支洞口坡面排水系統(tǒng)，包括截水溝和排水孔等措施，其中截水溝應(yīng)襯砌；排水孔內(nèi)采用PVC花管，外裹150g/m2土工布。

3.2.2 縱坡設(shè)計(jì)

鳳凰寨輸水隧洞埋深較大，主洞及3條施工支洞均采用鉆爆法施工。施工支洞設(shè)置時(shí)充分利用有利地形，減緩支洞縱坡，3條支洞坡度分別為10%、11.22%和5.4%，均滿足無(wú)軌運(yùn)輸條件，出渣方便。

3.2.3 橫斷面設(shè)計(jì)

本工程施工支洞采用城門(mén)洞型。施工支洞斷面尺寸一般根據(jù)以下幾條原則來(lái)確定：（1）通過(guò)施工期擔(dān)負(fù)的運(yùn)輸任務(wù)及高峰運(yùn)輸強(qiáng)度決定其底板寬度采用“單車(chē)道”還是“雙車(chē)道”；（2）根據(jù)運(yùn)輸器械的尺寸初步確定施工支洞斷面尺寸；（3）根據(jù)通風(fēng)、供水、排水所需空間最終確定其斷面尺寸。根據(jù)以上原則，本工程施工支洞橫斷面尺寸為4.0m×4.5m（寬×高），直墻高3.35m，頂拱圓心角120°。施工支洞斷面布置如圖3所示。

圖3 施工支洞斷面圖布置圖

3.2.4 支護(hù)設(shè)計(jì)

參考以上原則及鳳凰寨3條施工支洞均采用自卸汽車(chē)出渣運(yùn)輸方式，根據(jù)自卸汽車(chē)的型號(hào)及通風(fēng)供水照明等要求，確定施工支洞Ⅲ類圍巖斷面尺寸為4.2m×4.8m（寬×高），頂拱圓心角為120.9°；Ⅳ類圍巖斷面尺寸為5.1×5.45m（寬×高），頂拱圓心角為129.4°；Ⅴ類圍巖斷面尺寸為5.3m×5.6m（寬×高），頂拱圓心角為126.8°。

為確保施工支洞的穩(wěn)定，開(kāi)挖過(guò)后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)襯砌，經(jīng)過(guò)對(duì)典型斷面最不利工況組合計(jì)算，最終確定鳳凰寨隧洞施工支洞支護(hù)襯砌形式。其中Ⅲ類圍巖采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，邊墻及頂拱噴C25混凝土厚度10cm，底板澆筑厚度20cmC25混凝土找平，設(shè)置Φ22mm系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度2m，間排距1.0m，梅花型布置，鋼筋網(wǎng)采用Φ8mm鋼筋，間距200mm×200mm。

Ⅳ類采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，邊墻及頂拱噴C25混凝土厚度15cm；設(shè)置Φ22mm系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度2.5m，間排距1.0m，梅花形布置，鋼筋網(wǎng)采用Φ8mm鋼筋，間距200mm×200mm，現(xiàn)澆40cm厚C25混凝土襯砌。

Ⅴ類圍巖采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，邊墻及頂拱噴C25混凝土厚度20cm；設(shè)置Φ22mm系統(tǒng)錨桿，長(zhǎng)度2.5m，間排距1.0m，梅花型布置，鋼筋網(wǎng)采用Φ8mm鋼筋，間距200mm×200mm，現(xiàn)澆 45 cm厚C25混凝土襯砌。特殊地質(zhì)段支護(hù)應(yīng)根據(jù)隧洞地質(zhì)情況的復(fù)雜程度，依次選用鋼支撐、管棚支護(hù)等支護(hù)措施，以確保施工支洞開(kāi)挖安全穩(wěn)定。Ⅴ類圍巖洞身段支護(hù)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 洞身段支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3.2.5 主支洞交叉口設(shè)計(jì)

為保證施工支洞與鳳凰寨隧洞的平順連接，保障施工支洞運(yùn)輸?shù)男枰?，施工支洞與主洞連接部位設(shè)置平洞段。結(jié)合主支洞交叉點(diǎn)的布置和交通運(yùn)輸需要，斜井起坡點(diǎn)距主洞最近邊線為20m，連接位置設(shè)置為雙向平弧段，此段采用單車(chē)道運(yùn)輸形式，并滿足運(yùn)輸最小轉(zhuǎn)彎要求。

4 結(jié)語(yǔ)

鳳凰寨輸水隧洞是整個(gè)鄂北地區(qū)水資源配置工程的重要組成部分，全長(zhǎng)10.13km。隧洞采用鉆爆法施工，沿線共設(shè)3條施工支洞并對(duì)施工支洞洞臉形式、縱坡、斷面及支護(hù)形式、與主洞的連接方式等方面進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。隨著施工支洞的全面開(kāi)工，施工進(jìn)程不斷深入，還應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及各種特殊地質(zhì)條件，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改調(diào)整，以確保所有施工支洞、主洞乃至整個(gè)鄂北地區(qū)水資源配置工程順利實(shí)施。