黔中水利樞紐一期工程大山哨隧洞施工設(shè)計(jì)

□王 鑫（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1.工程概述

黔中水利樞紐一期工程是以灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用水利工程。工程區(qū)域位于貴州中部黔中地區(qū)，地處株六鐵復(fù)線、貴黃公路經(jīng)濟(jì)帶核心部位。工程由水源工程（含電站）、輸配水一期工程兩部分組成，其中輸配水一期工程上的大山哨隧洞長(zhǎng)8.672km，是本工程中最長(zhǎng)的隧洞，是輸配水一期工程中控制施工總工期的關(guān)鍵工程項(xiàng)目。

大山哨隧洞處于灰?guī)r山區(qū)，穿越的地層巖性主要為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組中厚層白云巖、灰質(zhì)白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r。隧洞IV 類圍巖洞段開挖斷面為4.4m×5.454m，III 類圍巖洞段開挖斷面為4.0 m×5.254m 城門洞型。洞身段縱坡為i=1/3000。隧洞為3 級(jí)建筑物，施工的主要內(nèi)容是石方開挖、出渣、襯砌或支護(hù)、灌漿工作等。

2.施工方案

2.1 施工支洞的設(shè)置

為了加快施工進(jìn)度，降低出渣及通風(fēng)排水難度，隧洞施工時(shí)需增設(shè)施工支洞來增加施工工作面。施工支洞布置時(shí)，需要根據(jù)地形地質(zhì)條件及經(jīng)濟(jì)性綜合比較來確定。大山哨隧洞埋深較深，洞線兩側(cè)山體雄厚，地面相對(duì)平坦，沒有布置施工支洞的理想場(chǎng)地。經(jīng)綜合比較，大山哨隧洞布置3 條施工支洞，1 號(hào)施工豎井布置在樁號(hào)k1+153.3 處，該支洞為豎井，豎井中心線與主洞中心線垂直相交，斷面為3.4m×3.4m 的方型斷面，豎井頂部高程1290.0m，豎井底部高程1258.6m，豎井深31.4m。2 號(hào)施工支洞布置在樁號(hào)k3+311.78 處，該支洞為斜洞，支洞長(zhǎng)159m，由斜洞段和下平段組成，其中斜洞段長(zhǎng)149m，斜洞段傾角14.3°，下平段長(zhǎng)10m。3 號(hào)施工支洞布置在樁號(hào)k5+683.82 處，該支洞為斜洞，支洞長(zhǎng)439.09m，由斜洞段和下平段組成，其中斜洞段長(zhǎng)429.09m，傾角8.7°，下平洞段長(zhǎng)10m。

2.2 施工方法

2.2.1 隧洞出口明挖

在洞口開挖之前，于開挖線以外開挖排水溝，攔截山坡流水進(jìn)入洞口開挖區(qū)。洞口明挖土方采用人工清挖，石方明挖采用YT28 型風(fēng)鉆鉆孔，人工裝藥爆破開挖，WLY100（1m3）型反鏟挖掘機(jī)裝8t 自卸汽車運(yùn)輸出渣，在洞口邊坡開挖過程中，及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)。洞口明挖完成后，即可開始進(jìn)行洞身開挖。

2.2.2 洞身鉆孔爆破

洞身開挖采用全斷面光面爆破，開挖時(shí)，先進(jìn)行掌子面清理，在開挖掌子面上畫出鉆孔孔位，利用氣腿風(fēng)鉆在自制鉆空排架上鉆孔，鉆孔完成后，進(jìn)行裝藥連線。由于大山哨隧洞處于地下水位以下，炸藥采用乳膠防水炸藥。裝藥時(shí)將炸藥制成藥卷，連同起爆材料電雷管一起用細(xì)線捆在竹片上，送入鉆孔中，然后將孔口進(jìn)行封堵。裝藥連線完畢后，移動(dòng)鉆孔排架，其余人員撤出洞外，由爆破人員起爆。

2.2.3 施工出渣

隧洞洞身段開挖時(shí)，分別從1 號(hào)施工支洞、2 號(hào)施工支洞、3號(hào)施工支洞、隧洞出口等幾個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行。樁號(hào)0+050～2+000 洞段開挖時(shí)，利用1 號(hào)施工豎井作為開挖出渣通道，該部分施工出渣采用斗車運(yùn)輸?shù)截Q井底后，卸入井底的罐籠，利用井口的龍門式井架配10t 卷揚(yáng)機(jī)將洞渣提升到地面，卸入8t 自卸汽車內(nèi)，由汽車轉(zhuǎn)運(yùn)到堆渣場(chǎng)堆放。樁號(hào)2+000～4+500 洞段開挖時(shí)，利用2 號(hào)施工支洞作為開挖出渣通道，該段隧洞開挖出渣采用斗車運(yùn)到支洞底部下平段時(shí)，利用設(shè)在支洞口的10t 卷揚(yáng)機(jī)提升到洞頂，卸入8t 自卸汽車內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到堆渣場(chǎng)堆放。樁號(hào)4+500～7+178 洞段開挖時(shí)，利用3 號(hào)施工支洞作為開挖出渣通道，該段隧洞開挖出渣采用斗車運(yùn)到支洞底部下平段時(shí)，利用設(shè)在支洞口的10t 卷揚(yáng)機(jī)提升到洞頂，卸入8t 自卸汽車內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到堆渣場(chǎng)堆放。樁號(hào)7+178～8+672 洞段開挖時(shí)，利用隧洞出口作為開挖出渣通道，該段隧洞開挖出渣采用斗車運(yùn)到隧洞出口，8t 自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)到堆渣場(chǎng)堆放。

2.2.4 通風(fēng)散煙

為了滿足洞內(nèi)施工人員呼吸需要及沖淡并排除炸藥爆破的有害氣體和煙塵，分別在取水口、1 號(hào)支洞口、2 號(hào)支洞口、3 號(hào)支洞口、隧洞出口各設(shè)1 臺(tái)KJ66-11 型軸流通風(fēng)機(jī)（通風(fēng)量6167m3/h），用φ=600mm 的通風(fēng)管接到施工工作面，采用壓入式通風(fēng)，進(jìn)行通風(fēng)散煙。

2.2.5 施工排水

大山哨隧洞全洞段位于地下水位以下，隧洞施工時(shí)需做好施工廢水和地下滲水的排水工作，根據(jù)地質(zhì)勘探所揭露的情況顯示，涌水量較大的洞段主要集中在樁號(hào)1+520～1+980 洞段和樁號(hào)2+880～3+160 洞段。樁號(hào)1+520～1+980 洞段每米估算最大涌水量為360m3/d；樁號(hào)2+880～3+160 洞段每米估算最大涌水量為54m3/d。對(duì)涌水量較大，影響施工的洞段，采用超前灌注水泥漿或超前化學(xué)灌漿，減小涌水量，并對(duì)開挖完畢的洞段，采用緊跟襯砌，減小施工排水難度。另外需要采取有效的排水措施，進(jìn)行排水。隧洞出口工作面基本可以實(shí)現(xiàn)自流排水，根據(jù)工程的實(shí)際情況，在隧洞底部靠近邊墻的部位清挖1 條40cm×40cm 的排水溝，使施工廢水和地下水自流排出洞外。在1 號(hào)施工豎井底部上游側(cè)開挖1 個(gè)集水井，樁號(hào)0+050～1+153.3 洞段的地下滲水及施工廢水自流到該集水井，集水井下游工作面的積水需要用2 臺(tái)IS200-150-250 型水泵（流量460m3/h，揚(yáng)程15m，功率37kW）抽到集水井內(nèi)，然后利用1 臺(tái)500S59A 型水泵（流量1872m3/h，揚(yáng)程49m，功率400kW）將集水井內(nèi)的水抽排到豎井口外。

在2 號(hào)施工支洞的下平段開挖集水井，下游工作面的積水需要用1 臺(tái)IS125-100-200 型水泵（流量120m3/h，揚(yáng)程11m，功率7.5kW）抽到集水井內(nèi)，然后利用設(shè)在下平洞段的350S75B型水泵（流量1080m3/h，揚(yáng)程55m，功率220kW）將集水井內(nèi)的施工廢水及地下滲水經(jīng)施工支洞抽排到支洞口外。在3 號(hào)施工支洞在下平洞段的IS125-100-200A 型水泵（流量224m3/h，揚(yáng)程39m，功率37kW）將上游工作面自流到集水井內(nèi)的施工廢水及地下滲水經(jīng)施3 號(hào)施工支洞抽排到支洞口外。

2.2.6 隧洞混凝土襯砌

主洞樁號(hào)0+050～2+000 洞段隧洞襯砌混凝土施工時(shí)，利用1 號(hào)施工支洞作為材料運(yùn)輸通道。鋼筋在1 號(hào)施工支洞口下游側(cè)的鋼筋加工廠制作，利用龍門井架配卷揚(yáng)機(jī)吊運(yùn)到豎井底部，然后采用礦車運(yùn)輸?shù)绞┕すぷ髅?，人工就位焊接?；炷晾迷O(shè)在1 號(hào)施工豎井口的混凝土拌和機(jī)拌和，利用龍門式井架配卷揚(yáng)機(jī)吊運(yùn)混凝土吊罐到豎井底部，卸入礦車內(nèi)，由礦車運(yùn)輸?shù)绞┕すぷ髅??；炷敛捎帽盟腿雮}(cāng)，振搗棒振搗密實(shí)。樁號(hào)2+000～4+500 洞段隧洞襯砌施工時(shí)，利用2 號(hào)施工支洞作為材料運(yùn)輸通道。鋼筋在2 號(hào)施工支洞口外的鋼筋加工廠制作，礦車運(yùn)輸進(jìn)洞，人工就位焊接?；炷晾迷O(shè)在2 號(hào)支洞外拌和機(jī)拌和，礦車運(yùn)輸進(jìn)洞，混凝土泵輸送入倉(cāng)，振搗棒振搗密實(shí)。樁號(hào)4+500～7+178 洞段隧洞襯砌施工時(shí)，利用3 號(hào)施工支洞作為材料運(yùn)輸通道。鋼筋在3 號(hào)施工支洞口外的鋼筋加工廠制作，礦車運(yùn)輸進(jìn)洞，人工就位焊接；混凝土利用設(shè)在3 號(hào)支洞外拌和機(jī)拌和，礦車運(yùn)輸進(jìn)洞，混凝土泵輸送入倉(cāng)，振搗棒振搗密實(shí)。樁號(hào)7+178～8+672 洞段隧洞襯砌施工時(shí)，利用大山哨隧洞出口工作為材料運(yùn)輸通道?；炷晾迷O(shè)在隧洞出口拌和機(jī)拌和，礦車運(yùn)輸進(jìn)洞，HB60 型混凝土泵送入倉(cāng)，振搗棒振搗密實(shí)。鋼筋在隧洞出口外的鋼筋加工廠制作，礦車運(yùn)輸運(yùn)進(jìn)洞，人工就位焊接。

隧洞襯砌循環(huán)作業(yè)方式為：混凝土澆筑段準(zhǔn)備→架立鋼筋→運(yùn)輸安裝模板→混凝土制備及運(yùn)輸→混凝土入倉(cāng)澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù)→拆模→進(jìn)入下一循環(huán)。

3.結(jié)語

中小斷面、長(zhǎng)線路的隧洞施工是一種常見的施工，但如何在有限的施工條件下快速的完成施工項(xiàng)目，就非常值得討論和研究。通過大山哨隧洞的施工，歸納出幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：施工前期準(zhǔn)備要充分，合理布置施工支洞，盡可能的長(zhǎng)洞短打。選擇合理的施工機(jī)械，選擇最佳的施工進(jìn)尺，取得最佳的掘進(jìn)效率。重視施工中的通風(fēng)，排水，以及特殊洞段的施工處理。在現(xiàn)場(chǎng)施工中充分觀察和分析施工中存在的問題，尋求問題的最佳處理方法，爭(zhēng)取更快的施工進(jìn)度和更好的效益。