巖溶地區(qū)特長(zhǎng)圓形小斷面引水隧洞施工關(guān)鍵技術(shù)研究

（貴州省水利投資（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

1 工程概況

貴州夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“夾巖工程”）位于畢節(jié)、遵義2個(gè)地級(jí)市，受水對(duì)象包括畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)與納雍縣、赫章縣、大方縣、織金縣、黔西縣、金沙縣、遵義市遵義縣、紅花崗區(qū)和懷仁市。工程主要包括水源工程、畢大供水工程和灌區(qū)骨干輸水工程3個(gè)部分。壩址位于七星關(guān)與納雍交界六沖河中游潘家?guī)r處，水庫(kù)壩址距離畢節(jié)市區(qū)約50 km。

夾巖工程北干渠2標(biāo)工程建筑物包括水打橋隧洞K10+300-K20+360段及出口漸變段（長(zhǎng)16.8 m），水打橋隧洞總長(zhǎng)20.36 km。K10+300-K20+360標(biāo)段為無(wú)壓流，隧洞進(jìn)口接總干渠末分水閘，出口接白甫河倒虹管，隧洞設(shè)計(jì)流量31m3/s，加大流量34.61 m3/s。隧洞斷面采用圓形，襯砌后凈空半徑2.7 m，設(shè)計(jì)水深3.998 m，加大水深4.356 m。III、IV、V類(lèi)圍巖斷面為C25鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為0.4，0.4 m和0.5 m，高位水壓力洞段IV、V類(lèi)圍巖襯砌厚度分別為0.5 m和0.8 m。

隧洞洞身段巖體主要處在 T1yn1、T1yn3、T1y3隔水層及T1yn1強(qiáng)透水層分界線(xiàn)附近，T1yn4溶塌角礫巖以及T2g1泥質(zhì)白云巖底層等，隧洞洞身巖體大部分處在新鮮巖體上，部分底層受斷裂帶影響。隧洞埋深在80～432 m，中部穿過(guò)落腳河向斜、大方背斜和F103、 F103-1、 F104、 F106、 F106-1、 F106-2、F106-3、F106-4、F106-5斷層。除斷層破碎帶及其影響帶外，洞室圍巖總體巖體新鮮完整，以III類(lèi)、IV類(lèi)圍巖為主，局部為V類(lèi)。隧洞位于地下水位以下，因洞身段為強(qiáng)巖溶底層，地表巖溶洼地、落水洞呈串珠狀分布，存在2條較大巖溶管道系統(tǒng)，本標(biāo)段涉及到水落洞暗河系統(tǒng)，位于樁號(hào)K11+450附近，隧洞受巖溶影響較大，可能出現(xiàn)涌水、涌泥等地質(zhì)現(xiàn)象。隧洞斷面示意見(jiàn)圖1。

圖1 隧洞斷面示意（IV類(lèi)圍巖，單位：cm）

2 關(guān)鍵技術(shù)

由于水打橋隧洞為圓形隧洞斷面，斷面狹小，隧洞施工進(jìn)度受到影響。如何減少狹小空間對(duì)隧洞機(jī)械化施工的影響是需要克服的技術(shù)難題之一，采取的關(guān)鍵技術(shù)有：①風(fēng)水管線(xiàn)的布置；②施工道路的預(yù)留方式和寬度選擇；③避（調(diào)）車(chē)洞的選擇和布置；④排水系統(tǒng)的選擇和布置；⑤針梁臺(tái)車(chē)襯砌快速施工組織。

通過(guò)合理布置隧洞風(fēng)水管線(xiàn)，減少了風(fēng)水管線(xiàn)對(duì)施工的干擾，有效地解決了隧洞內(nèi)空間狹小對(duì)施工機(jī)具的影響，加快了施工速度。通過(guò)對(duì)工序和施工工藝的調(diào)整，解決了隧洞斷面狹小、無(wú)法連續(xù)作業(yè)的問(wèn)題，提高了襯砌的施工速度。

3 施工技術(shù)研究

3.1 水打橋隧洞施工布置

3.1.1 施工道路設(shè)置

由于水打橋隧洞為圓形隧洞，底板為弧形，施工機(jī)具的行駛十分困難。在開(kāi)挖過(guò)程中預(yù)留底板二次開(kāi)挖，在底板爆破開(kāi)挖過(guò)程中可能損壞已有的風(fēng)水管線(xiàn)，存在較大的安全隱患。綜合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，水打橋隧洞采取一次開(kāi)挖，在工作面預(yù)留5 m的施工距離。隨著隧洞開(kāi)挖的深入，利用爆破石渣進(jìn)行道路鋪筑，道路建設(shè)進(jìn)行預(yù)留排水邊溝，路面寬度3.5 m，右側(cè)預(yù)留0.8 m人行通道，左側(cè)預(yù)留寬0.8 cm、深0.5 cm的排水溝，詳見(jiàn)圖2。

3.1.2 風(fēng)水管線(xiàn)路和施工用電布置

根據(jù)隧洞斷面特點(diǎn)，在洞內(nèi)左側(cè)布置風(fēng)水管線(xiàn)，右側(cè)布置電力線(xiàn)路，具體見(jiàn)圖3。根據(jù)隧洞內(nèi)出渣車(chē)寬2.5 m、高3.5 m的凈空要求、隧洞通風(fēng)及施工用風(fēng)水等需要，綜合利用圓形隧洞左右兩側(cè)弧形區(qū)域，合理布置隧洞通風(fēng)、高壓風(fēng)管和高壓水管。

圖2 水打橋隧洞內(nèi)場(chǎng)地布置（單位：cm）

根據(jù)隧洞斷面形狀，在隧洞左側(cè)底板0.8m高度處設(shè)置高壓風(fēng)管和高壓水管，方便管線(xiàn)安裝和排水邊溝的清理。隧洞通風(fēng)管布置在距離底板高3 m處，充分利用了右側(cè)弧度空間，并且不影響小型機(jī)械運(yùn)輸對(duì)通風(fēng)筒的破壞。隧洞施工用電和照明用電分開(kāi)布置，施工用電布置在右側(cè)，距離底板高度2.7 m。采取“三相五線(xiàn)制”方式布置兩條照明線(xiàn)路，每10m布置一個(gè)100W燈泡，燈泡底部距離地面2.5 m。

圖3 水打橋隧洞風(fēng)水電布置（單位：cm）

3.1.3 避（調(diào)）車(chē)洞的選擇和布置

由于隧洞斷面狹小，僅允許一臺(tái)出渣機(jī)械在隧洞內(nèi)行駛，隧洞爆破棄渣的清理速度和各種出渣機(jī)械在隧洞內(nèi)的調(diào)頭、錯(cuò)車(chē)均成為制約隧洞快速施工的因素。合理選擇避（調(diào)）車(chē)洞既可以提高隧洞施工速度，減少避車(chē)洞、調(diào)車(chē)洞施工數(shù)量及投資成本，還能保證隧洞內(nèi)機(jī)具和人員的安全。

根據(jù)隧洞風(fēng)水管線(xiàn)的布置形式，避（調(diào)）車(chē)洞選擇布置在隧洞的右側(cè)，避車(chē)洞和調(diào)車(chē)洞間隔布置，間距200 m。采用該形式布置的目的是減少施工機(jī)具在隧洞內(nèi)倒車(chē)行駛的距離，避免駕駛車(chē)輛人員因視線(xiàn)不佳造成隧洞內(nèi)人員傷害和設(shè)備損壞，降低隧洞的施工風(fēng)險(xiǎn)。隧洞避（調(diào)）車(chē)洞及出渣機(jī)具位置見(jiàn)圖4。

圖4 隧洞避（調(diào)）車(chē)洞及出渣機(jī)具位置示意

3.1.4 施工注意事項(xiàng)

（1）由于隧洞斷面狹小，除設(shè)置排水邊溝外，還可在隧洞內(nèi)排水系統(tǒng)中設(shè)置排水管和抽水臨時(shí)泵站。隨著排水管線(xiàn)數(shù)量的增加，排水管線(xiàn)布置要綜合考慮抽排水工程量，合理選擇管材型號(hào)；在安裝過(guò)程中要進(jìn)行嚴(yán)格線(xiàn)型控制，防止管線(xiàn)占用隧洞空間。

（2）避車(chē)洞、調(diào)車(chē)洞間隔布置的距離主要考慮出渣機(jī)械的型號(hào)和一次裝渣量，若出渣設(shè)備型號(hào)小、功率低，可適當(dāng)縮小調(diào)（避）車(chē)洞的布置間距，以加快出渣速度。

（3）由于隧洞斷面狹小，車(chē)輛行駛過(guò)程中對(duì)隧洞內(nèi)施工人員的安全隱患較大，臨時(shí)泵站宜選在距離避調(diào)車(chē)洞較近的位置設(shè)置。

3.2 針梁式臺(tái)車(chē)［1］

（1）全圓針梁式臺(tái)車(chē)主要由針梁、圓形整體模板、行走系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖5。

（2）針梁臺(tái)車(chē)的正視圖及脫模示意見(jiàn)圖6。

（3）臺(tái)車(chē)行走運(yùn)行原理見(jiàn)圖7。

3.3 針梁臺(tái)車(chē)襯砌施工

水打橋隧洞襯砌為C25鋼筋混凝土襯砌，由于針梁的影響，襯砌鋼筋綁扎難度大，綁扎速度直接影響混凝土襯砌的施工速度，因此提高襯砌混凝土施工速度是該標(biāo)段研究的重點(diǎn)。針梁臺(tái)車(chē)C25鋼筋混凝土襯砌工藝流程見(jiàn)圖8。針梁臺(tái)車(chē)綁扎鋼筋示意圖見(jiàn)圖9。

3.3.1 主要步驟及技術(shù)措施

（1）圓形隧洞上部240°范圍鋼筋綁扎。由于圓形隧洞的特殊性，無(wú)法一次性全環(huán)綁扎鋼筋，需要分為上下兩部分分別進(jìn)行綁扎，降低針梁對(duì)鋼筋綁扎的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，在減少鋼筋洞外預(yù)制的條件下，將鋼筋分為上部240°范圍第一次綁扎，下部120°范圍第二次綁扎，有利于鋼筋的成型和快速施工。首先在隧洞洞壁上安裝架立鋼筋，用于承受上部全部鋼筋重量。架立鋼筋采用Ф22鋼筋，環(huán)向間距1.5 m，縱向間距1.0 m，鋼筋深入巖層15 cm，縱向架立鋼筋與徑向架立鋼筋采用焊接連接。架立鋼筋綁扎完成后依次安裝環(huán)向和縱向鋼筋。上部鋼筋布置見(jiàn)圖10。

（2）針梁臺(tái)車(chē)移動(dòng)。上部鋼筋綁扎完成后，將臺(tái)車(chē)針梁向臺(tái)車(chē)行走方向移動(dòng)。移動(dòng)距離大于12 m，給下部120°范圍內(nèi)鋼筋綁扎留有足夠的空間。

（3）下部120°范圍內(nèi)鋼筋綁扎。步驟與上部鋼筋綁扎相同，首先安裝架立鋼筋，然后依次綁扎環(huán)向鋼筋和縱向鋼筋。在綁扎下部鋼筋時(shí)，上下部鋼筋采用焊接連接，見(jiàn)圖11。

圖5 全圓針梁式臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)示意（單位：cm）

圖6 針梁臺(tái)車(chē)的正視圖及脫模示意

圖7 針梁臺(tái)車(chē)行走示意

（4）臺(tái)車(chē)定位澆筑混凝土。完成臺(tái)車(chē)定位后，檢查針梁是否按照要求與地面接觸牢固，防止針梁在模板行走過(guò)程中移位，造成臺(tái)車(chē)損壞。待模板移動(dòng)至鋼筋綁扎完成區(qū)段后，封堵端頭，采用泵送混凝土進(jìn)行澆筑。

圖8 針梁臺(tái)車(chē)C25鋼筋混凝土襯砌工藝流程

（5）綁扎上部120°范圍鋼筋12 m。由于混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模要求需要10～12 h，建議該時(shí)間段沿襯砌施工方向利用鋼筋綁扎臺(tái)車(chē)，按照常規(guī)方法向前綁扎拱部鋼筋12 m。

圖9 針梁臺(tái)車(chē)襯砌鋼筋綁扎示意

圖10 上部120°范圍鋼筋綁扎

圖11 下部120°鋼筋綁扎

（6）拆模、針梁前移，綁扎下一倉(cāng)下部鋼筋。襯砌達(dá)到拆模條件后，保持模板不動(dòng)，移動(dòng)針梁臺(tái)車(chē)，綁扎下部120°范圍鋼筋，進(jìn)行下一倉(cāng)襯砌混凝土澆筑。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)合理布置水打橋隧洞施工，解決了小段面圓形隧洞空間狹小、不利于施工組織的問(wèn)題，保證了隧洞安全快速施工。

（2）通過(guò)施工工藝的調(diào)整，克服了針梁臺(tái)車(chē)對(duì)隧洞襯砌鋼筋綁扎速度的影響，減少了施工干擾，加快了襯砌的施工速度。

（3）通過(guò)合理組織和嚴(yán)格管理，大大降低了人員、材料、機(jī)具的消耗，為項(xiàng)目盈利奠定了良好基礎(chǔ)。

夾巖工程北干渠2標(biāo)工程于2017年7月21日全線(xiàn)貫通，于2018年5月完成全部襯砌施工，比計(jì)劃完工時(shí)間提前1a，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。