富平應(yīng)急水源工程輸水隧洞施工技術(shù)淺析

胡 娜

0 前言

2016年度抗旱應(yīng)急水源工程富平縣項(xiàng)目，工程位于陜西省富平縣留古鎮(zhèn)的賀蘭、西河、聯(lián)合、高堂、王家等十二個(gè)行政村，該區(qū)域處于干旱地區(qū)，干旱少雨資源型缺水和工程性缺水表現(xiàn)非常突出。工程所轄區(qū)域主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主。土地面積1.3萬畝，其中耕地面積1.2萬畝，占土地面積的比例為92.3%；林地、村民住宅用地為0.1萬畝，占總土地面積的比例為7.69%。項(xiàng)目受益區(qū)域耕地為賀蘭水庫的灌溉受益區(qū)，由于賀蘭水庫水源缺乏，使灌區(qū)原設(shè)計(jì)的1.2萬畝地處于失灌狀態(tài)，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。為了發(fā)展農(nóng)業(yè)、抗旱減災(zāi)，積極尋找新水源，恢復(fù)農(nóng)田灌溉。此應(yīng)急水源工程涉及輸水隧洞工程，針對(duì)隧洞施工及進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

1.1 概述

2016年應(yīng)急水源工程富平輸水隧洞地處陜西省閻良區(qū)水北村及陜西省富平縣黃村兩地交界處，是涇惠渠一支渠向賀蘭水庫輸水的重要分項(xiàng)工程之一。輸水隧洞全長(zhǎng)1496 m，在整個(gè)輸水工程中規(guī)化樁號(hào)為1+506-2+996及再加隧洞中斷改線6.0 m。該工程位于關(guān)中盆地北部，石川河及溫泉河二級(jí)階地上，工程所在位置階面開闊，地勢(shì)平坦。隧洞進(jìn)口設(shè)計(jì)高程394.38 m，出口設(shè)計(jì)高程393.45 m，洞內(nèi)縱坡比為1/1600。隧洞標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為B×H=2.15 m×2.75 m，成型尺寸為 B×H=1.65 m×2.15 m，斷面形式見圖1。

圖1 隧洞斷面示意圖

1.2 地質(zhì)概況

該工程所在區(qū)域出露的地層主要為第四系風(fēng)積、沖洪積及人工堆積物，工程場(chǎng)地在構(gòu)造上位于鄂爾多斯地塊南緣，毗鄰渭河盆地。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度以石川河為界，石川河以西閻良區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.20 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度，石川河以東富平縣地震動(dòng)峰值加速度0.15 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。地下水層類型按埋藏條件和含水層性質(zhì)主要為第四系孔隙潛水。沖洪積層潛水分布于石川河的一級(jí)階地、二級(jí)階地及高漫灘，其水位埋深一般為4.7～50 m。含水層系礫卵石層，徑流通暢，含水性較豐富。

2 隧洞開挖、支護(hù)、襯砌施工

隧洞圍巖主要為黃土狀粉質(zhì)砂黏土，含水量豐富，部分施工段存在夾砂層，容易垮塌，成洞條件相對(duì)較差。針對(duì)這種特殊地質(zhì)情況，根據(jù)地形地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在多次試驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，采取“短掘進(jìn)，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，緊襯砌”的原則進(jìn)行隧洞施工，保證工程質(zhì)量、進(jìn)度和安全。

2.1 開挖方法

隧洞圍巖主要為黃土狀粉質(zhì)砂黏土，含水量豐富，容易垮塌，成洞條件相對(duì)較差，施工開挖采用人工全斷面開挖，單倉長(zhǎng)度控制在6 m左右（可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整）。根據(jù)施工前測(cè)量放樣的軸線及洞室樣式，人工一次性開挖成型。開挖完成后再次對(duì)開挖控制輪廓線進(jìn)行復(fù)核，使開挖斷面與設(shè)計(jì)斷面一致。開挖土料由人工配合專用運(yùn)輸車輛運(yùn)至棄渣場(chǎng)。為了保證按節(jié)點(diǎn)日期完工，隧洞開挖分別從進(jìn)口、出口兩個(gè)撐子面進(jìn)行掘進(jìn)；當(dāng)隧洞即將貫通兩撐子面相距50 m時(shí)，反復(fù)校核隧洞軸線和高程，及時(shí)糾偏，確保隧洞順利貫通。

2.2 施工支護(hù)

施工支護(hù)緊隨開挖進(jìn)行，每掘進(jìn)1.5 m左右（開挖掘進(jìn)尺寸根據(jù)土質(zhì)情況而定），立即進(jìn)行槽鋼骨架安裝（槽鋼骨架由洞外進(jìn)行加工，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝；側(cè)墻與頂拱之間采用240×140×10鋼板和M20×50六角螺栓連接）。槽鋼骨架沿軸線方向間距1.0 m～1.5 m，槽鋼骨架與槽鋼骨架之間采用槽鋼焊接連接。槽鋼骨架必須采取鎖腳措施，將鋼架兩底腳牢固鎖定，以防止鋼架下沉或兩底腳回收。如地質(zhì)較差時(shí)，腳錨板（見圖2B區(qū)）長(zhǎng)度可增長(zhǎng)，甚至可設(shè)一根通長(zhǎng)腳錨板加強(qiáng)鋼架的穩(wěn)定。

圖2 支撐拱架結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 混凝土襯砌

輸水隧洞為全洞全斷面襯砌，襯砌厚度為25 cm。襯砌采用分段分序進(jìn)行施工，分段長(zhǎng)度為6.0 m（可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整）。澆筑時(shí)先澆筑側(cè)墻及頂拱，待側(cè)墻及頂拱全洞施工完成后，再進(jìn)行底板10 cm墊層混凝土澆筑和底板混凝土澆筑。

（1）模板

頂拱和側(cè)墻混凝土澆筑采用鋼模板，模板選用特制定型鋼模板，模板長(zhǎng)度為1.0 m。直墻部位采用平面定型鋼模板，型號(hào)1000×400，拱部采用弧度定型模板，型號(hào)為1000×500。擋頭采用鋼木組合模板。

（2）止水及灌漿管埋設(shè)

安裝擋頭模板時(shí)，將止水固定到設(shè)計(jì)位置，澆筑混凝土?xí)r振搗器不得觸及止水及擋頭模板，并要保證止水周圍混凝土澆筑密實(shí)。灌漿管施工時(shí)按設(shè)計(jì)尺寸裁取鋼管，按設(shè)計(jì)位置焊接在鋼筋上，并封堵管口，防止混凝土進(jìn)入，保障后期灌漿作業(yè)。

（3）混凝土澆筑

隧洞全長(zhǎng)1496 m，按照現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸條件和混凝土澆筑保障能力，共分249倉混凝土進(jìn)行澆筑，其中洞身247倉混凝土分縫為6 m分縫一倉。每倉分三序進(jìn)行澆筑，一序?yàn)閭?cè)墻及頂拱，二序?yàn)?0 cm底板墊層，三序?yàn)?5 cm底板混凝土?；炷猎诎韬险炯邪柚?，專用小型運(yùn)輸車輛運(yùn)至洞內(nèi)，采用人工將混凝土運(yùn)至倉內(nèi)。側(cè)墻及頂拱采用邊支模邊澆筑方式，Φ50軟管振搗棒振搗。

（4）回填灌漿

回填灌漿在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以后進(jìn)行。在混凝土襯砌施工時(shí)，按照孔位布置好預(yù)埋鋼管。檢查全部預(yù)埋鋼管，保證完全穿透襯砌板，且預(yù)埋鋼管無堵塞?；炷烈r砌施工完畢后，按照回填灌漿要求分二序進(jìn)行，一序孔灌注水灰比為0.6∶1的水泥漿；二序孔為灌注1∶1和0.6∶1兩個(gè)比級(jí)的水泥漿?？紫洞蟮牟课还嘧⑺嗌皾{，漿液摻砂量不宜大于水泥重量的2倍。灌漿壓力采用0.2～0.3 MPa，在設(shè)計(jì)壓力下灌漿孔停止吸漿后，延續(xù)灌注10 min，即可結(jié)束灌漿。

3 開挖支護(hù)過程中特殊情況處理

輸水隧洞樁號(hào)2+030-2+350段為砂層段，穩(wěn)定性極差，垮塌隱患大，施工中，我們采用超前小導(dǎo)管灌漿進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到了安全快捷的目標(biāo)。

采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)的根本目的是為了防止隧洞開挖時(shí)掌子面前方砂層不能自穩(wěn)而出現(xiàn)坍塌。為了保證隧道開挖的安全，利用隧洞風(fēng)鉆在隧洞開挖工作面的拱部150°范圍沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線鉆孔，孔深為3 m，外插角控制在3°～5°，（即：鉆桿軸線與隧洞軸線的夾角）插入直徑為φ42 mm×3.5 mm的無縫鋼管，并進(jìn)行注漿固結(jié)地層，使隧洞拱頂形成一傘狀保護(hù)環(huán)，切實(shí)保障輸水隧洞施工安全。

注漿分兩步完成，當(dāng)?shù)谝淮巫{的漿液充分收縮后，進(jìn)行第二次注漿，以使導(dǎo)管填充密實(shí)。注漿采取注漿終壓和注漿量雙控措施，注漿壓力以0.5～1.0 MPa為宜，持壓3～5 min后停止注漿，注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍。若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍與鋼管周圍孔隙均被漿液充填，方可終止注漿。注漿過程中壓力如突然升高，則可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查，排除故障后繼續(xù)注漿。

4 結(jié)語

2016年度抗旱應(yīng)急水源工程富平縣項(xiàng)目輸水隧洞圍巖主要為黃土狀粉質(zhì)砂黏土，含水量較大，成洞條件相對(duì)較差，施工中存在較大安全隱患。為了保證施工安全及后期安全運(yùn)行，施工過程中嚴(yán)格按照“短掘進(jìn)，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，緊襯砌”的原則，高度重視過程質(zhì)量、施工排水、觀測(cè)及特殊地質(zhì)洞段的處理，確保了工程的順利實(shí)施和全過程安全，可為今后類似黃土隧洞開挖施工提供借鑒。