惠塬公路上跨输水隧洞的影响因素分析及方案优化措施

惠塬公路上跨输水隧洞的影响因素分析及方案优化措施

韩兴善 ,文小卫 ,党焕宁

陕西省桃曲坡水库灌溉中心  陕西  铜川  727031

[摘要]  以惠塬公路上跨南支与岔口连通工程的输水隧洞为例，对惠塬公路上跨输水隧洞造成的不利影响因素进行分析，并对上跨方案进行优化，对产生的不利影响采取必要的工程措施，确保输水隧洞结构及运行安全，为今后深入研究建设项目穿跨越水工程积累经验资料和提供一些借鉴。

关键词：惠塬公路；上跨；输水隧洞；影响因素分析；方案优化措施

0、引言

南支与岔口连通工程建于2009年，是陕西省桃曲坡水库灌区为优化供水格局、减少河道输水渗漏损失的一项渠系连通工程，其承担着富平灌区20.33万亩农田的灌溉任务，意义十分重要。工程西起桃曲坡水库南干渠末端，东至岔口引水枢纽，全长3.157km。由进口段、隧洞段和出口段等3部分组成，其中输水隧洞为主体工程，长2985m，隧洞围岩为黄土，采用2.0×2.0m城门洞型断面，C20现浇砼结构，设计流量为4.0m3/s、校核流量5.0m3/s，设计比降1/400。

铜川新区青岗岭至耀州区惠塬公路（以下简称惠塬公路）是铜川市“十三五”交通重点建设项目，路线起于铜川新区青岗岭，向东为控制性工程石川河特大桥，止于惠塬工业园区结束，全长11.039km，一级公路标准，路面总宽度24.5m。惠塬公路于2019年6月开工建设，2021年9月1日建成通车。惠塬公路在青岗岭处上跨连通输水隧洞，上跨为长度635m，公路桩号为K0+985～1+620，对应隧洞桩号为K0+923～1+558。

为支持地方经济建设，陕西省桃曲坡水库灌溉中心与铜川市交通运输局就惠塬公路的设计方案、工程施工、后期运行可能对输水隧洞结构安全产生的各种不利影响因素进行分析，并对上跨设计方案进行了多次优化，最终达成一致，在不影响隧洞结构、运行安全的前提下，同意惠塬公路上跨连通输水隧洞。

1、影响因素分析

1.1强夯法路基加固影响隧洞结构安全

惠塬公路上跨输水隧洞的高填方段路基加固设计采用强夯法。强夯法虽然是一种成熟的地基加固技术，但是强夯施工产生的振动不可避免的会对临近建筑物产生不利影响，必须有足够的安全距离。

强夯施工时产生的振动影响的安全距离的确定，历来是强夯施工中的难题，涉及安全标准的确定、地基土的特性、强夯能级的大小、夯锤的面积大小等诸多因素。若不进行现场振动测试很难得到准确的数据，同时设计阶段进行现场测试不具备条件，也不现实。

目前，我国没有专门的强夯振动安全标准，工程界一般采用《爆破安全规程》（GB6722）的规定，确定安全允许标准；《强夯地基处理技术规程》（CECS279：2010）中建议采用《动力机器基础涉及规范》中的振动基础振波随距离的衰减公式，计算振动防护体的位移振幅，从而确定安全距离；但是计算相对比较复杂，同时计算数据还必须根据现场测试进行修正。

惠塬公路在施工前没有进行强夯现场测试，设计单位经过计算并参考类似工程经验，确定的强夯振动的最大影响深度为10～12m，该段输水隧洞最小埋深为15.96m，因此认为不会对隧洞结构安全造成影响。

在填方路基强夯施工后，桃曲坡水库灌溉中心的工程技术人员在输水隧洞监测检查时发现，强夯施工实洞内震感较强，并发现强夯夯点正下方隧洞顶拱部位出现4m长裂缝。发现问题后，桃曲坡水库灌溉中心立即函告铜川市交通运输局停止强夯施工，重新研究路基施工方案，避免继续对输水隧洞造成不利影响。

1.2洞周围岩应力加大影响隧洞安全

根据《铜川新区青岗岭至惠塬公路设计图册》可知，惠塬公路上跨连通输水隧洞段的635m均为填方路基，填方高度在0.80m～13.75m之间，其中桩号K1+300～1+400段的100m为高填方，最大填方高度13.75m，平均高度12.50m；剩余部分低填方，填方高度在0.80m～1.52m之间。

惠塬公路在桩号K1+300～1+400段的100m范围内上跨连通输水隧洞，对应输水隧洞的桩号为K2+238～2+338段。上跨段输水隧洞原洞顶平均埋深为15.96m，惠塬公路填方增加平均埋深13.80m，因增加高填方致使洞顶土体压缩变形增加应力，影响隧洞安全。

2021年7月22日，桃曲坡水库灌溉中心的工程技术人员对南支与岔口连通工程进行巡查时发现，连通隧洞K2+238～2+338段的100m范围内底板局部出现纵向裂缝，裂缝位于隧洞底板中部，缝宽约1.2mm～3.0mm；底板砼中部稍鼓、两侧略沉，最大下沉15mm。为保证输水隧洞安全，必须采取可靠的工程措施对隧洞进行改造加固。

1.3安全距离不足影响隧洞安全

石川河特大桥是惠塬公路的控制性工程，桥长1062m，主桥为预应力砼刚构上跨石川河，引桥为装配式预应力砼箱梁，下部结构桥台为桩基连接盖梁桥台，桥墩为柱式墩及薄壁墩，桩基础。

水工隧洞与相邻建筑物的安全距离是个复杂的问题，目前还没有成熟的分析方法，也没有绝对的标准，只能根据地质条件、围岩应力、隧洞的断面形状和尺寸、运行条件等综合分析确定。

参考《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）的相关规定，水工隧洞应避免与相邻建筑物产生不利影响，最小安全距离不宜小于2.0倍的开挖洞径（或洞宽）。连通输水隧洞为2.0m×2.0m的城门洞型断面，衬砌厚度0.3m，最小开挖洞宽为2.6m，则最小安全距离为5.2m。

石川河特大桥在桩号K1+734～K1+834段上跨输水隧洞，部分桥墩桩基与输水隧洞的净距离小于5.20m。桩基与隧洞之间的安全距离偏小，在施工过程中、后期运行管理中会对输水隧洞造成影响。

2、上跨方案优化及处理措施

2.1加大桩基安全距离，优化桩基施工方案。

针对石川河特大桥原设计部分桥墩桩基与输水隧洞的安全距离偏小问题，桃曲坡水库灌溉中心与铜川市交通运输局进行对接，市交通运输局委托陕西交通公路设计研究院有限公司对石川河特大桥设计方案的桥梁跨径、下部桥墩形式进行了方案优化。

方案优化后，各桥墩的桩基与隧洞的最小距离为5.25m、最大距离为7.1m，满足《水工隧洞设计规范》规定的2.0倍的开挖洞径（或洞宽）5.2m。同时，为减少因桩基施工的扰动对隧洞造成的影响，桩基础采用旋挖钻法成孔施工。

2.2优化路基施工工艺，改强夯为分层碾压。

惠塬公路上跨连通输水隧洞的填方路基施工设计方案为强夯法施工，为防止因强夯法施工产生的振动对水工隧洞造成不利影响，经过多方论证、研究，将填方路基施工由强夯法施工调整为分层碾压回填，既满足了路基回填质量，又不会对输水隧洞产生不利影响。

2.3洞周围岩加固处理，确保输水隧洞安全。

为减轻公路路基填方体对水工隧洞的影响，规划对水工隧洞衬砌外轮廓线外的四周土体进行固结灌浆，灌浆材料采用水泥浆。通过固结灌浆，使隧洞周边土体固结形成整体，提高洞周围岩的整体性和抗变形能力，保证水工隧洞结构安全。

惠塬公路上跨连通输水隧洞高填方段位于隧洞桩号K2+259～K2+347段，全长88m，为保证连通输水隧洞安全，偏安全考虑，对洞周围岩加固处理范围为K2+230～K2+380段，总长150m。

洞周固结灌浆分为2类，一是洞内固结灌浆，二是洞外固结灌浆。具体做法如下，首先从洞内进行灌浆，灌浆范围为洞周外轮廓线外2.0m，待洞周灌浆稳定后，从洞外地面由上至下对隧洞拱顶和隧洞两侧围岩进行灌浆。

同时，在固结灌浆结束稳定后，对输水隧洞产生裂缝的部位进行局部拆除重建，为保证水面衔接，断面与原设计断面保持一致，采用C30现浇钢筋砼结构，衬砌厚度40cm，砼强度为C30，抗冻标号为F100，抗渗标号为W8。

3、结语

随着我国社会经济发展规模的不断扩大，建设项目占压穿跨越水工程的现象会经常发生，加之我国目前尚未出台建设项目占压穿跨越水工程的技术规程，为保证水工程安全，在今后的工程实践中要深入研究各类占压穿跨越工程，不断积累经验资料，为类似工程提供借鉴。

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