某小型水庫導(dǎo)流輸水隧洞施工技術(shù)方法研究

余小花，付志坤

(江西省潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

1 工程概況

某新建小(1)型水庫工程建設(shè)任務(wù)是“解決集鎮(zhèn)、農(nóng)村人畜生活供水和灌溉供水”，水庫總庫容296.90萬m3，樞紐工程由黏土心墻砂礫石壩、導(dǎo)流兼輸水隧洞、溢洪道等主要建筑物組成。本工程隧洞是一個(gè)集前期導(dǎo)流，后期輸水的多用途隧洞，是整個(gè)工程中極具關(guān)鍵的建筑物，工程前期需配合導(dǎo)流圍堰進(jìn)行前期施工導(dǎo)流，導(dǎo)流洞施工質(zhì)量，直接關(guān)系著整個(gè)工程的工期與質(zhì)量，隧洞施工技術(shù)主要包括隧洞開挖、支護(hù)、隧洞襯砌、灌漿及排水、通風(fēng)等，由于隧洞本身屬于地下工程，地質(zhì)條件復(fù)雜，不確定因素多，施工中應(yīng)把握好整個(gè)隧洞施工技術(shù)，控制施工質(zhì)量、進(jìn)度和施工工序，避免出現(xiàn)施工質(zhì)量和安全問題而影響整個(gè)工程質(zhì)量和進(jìn)度，文章以工程中施工中導(dǎo)流輸水隧洞為例，以隧洞整個(gè)施工工序詳細(xì)展開論述，為本工程及同類型工程隧洞設(shè)計(jì)施工提供參考依據(jù)和借鑒。

2 隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)流輸水隧洞布置于右岸，采用兩洞合一、輸水隧洞“龍?zhí)ь^”形式，即進(jìn)口段上下分開，后半段結(jié)合共用。結(jié)構(gòu)組成如下：

2.1 導(dǎo)流專用段

導(dǎo)流專用段總長114.95m，底坡i=1/35，進(jìn)口底板高程1286.0m，洞身斷面為2.2m×2.5m城門洞型，頂拱圓心角120°，初期支護(hù)采用噴錨掛網(wǎng)、鋼拱架兩種支護(hù)形式，二期采用C25鋼筋混凝土襯砌厚0.4m。進(jìn)口洞臉邊坡1∶0.3，兩側(cè)邊坡1∶0.5，掛網(wǎng)噴C20混凝土10cm厚。施工導(dǎo)流結(jié)束后，在里程0+098.30-0+108.30m采用C20混凝土封堵導(dǎo)流隧洞。

2.2 輸水隧洞

輸水隧洞布置如下：

1)有壓段：

有壓洞身段長54m，底坡i=1/1000，進(jìn)口底板高程1301.50m，洞身標(biāo)準(zhǔn)斷面為1.5m×1.8m城門洞型斷面，頂拱圓心角120°，初期支護(hù)采用工14型鋼拱架，二期采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4m。進(jìn)口洞臉邊坡1∶0.5，噴錨掛網(wǎng)噴C20混凝土10cm厚。

2)閘室豎井段：

豎井段長6.0m，底寬3.8m，底坡i=0。閘室內(nèi)設(shè)有1.2m×1.2m平板鑄鐵檢修閘門和平板鑄鐵工作閘門各一道，配16T手電兩用螺桿啟閉各一臺(tái)。閘室上方澆筑方形豎井至啟閉層，豎井井筒外壁為5.0m×3.8m矩形斷面，鎖口以下采用C20混凝土噴錨掛鋼筋網(wǎng)支護(hù)，噴混凝土厚10cm，井壁采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.6m，井內(nèi)設(shè)爬梯及休息平臺(tái)。

3)無壓段：

該段長52.45m，其中：輸0+060.00m-輸0+067.50m為水平段，輸0+067.50m-輸0+078.18m為圓弧段，輸0+078.18m-輸0+096.03m段為斜井段，輸0+096.03m-輸0+107.65m段為反弧段，斷面大小均為1.5m×1.8m，頂拱中心角為120°拱城門洞型，初期支護(hù)采用噴錨掛網(wǎng)、鋼拱架兩種支護(hù)形式，二期支護(hù)采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4m，在輸0+107.65m里程處與導(dǎo)流洞合二為一段。

4)導(dǎo)流輸水洞身結(jié)合段：

導(dǎo)流輸水洞身結(jié)合段長161.35m，其中，輸0+237.41m-輸0+251.50m段為轉(zhuǎn)彎段，斷面大小為2.5m×2.8m，頂拱中心角為120°拱城門洞型，初期支護(hù)采用噴錨掛網(wǎng)、鋼拱架兩種支護(hù)形式，二期采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4cm。設(shè)計(jì)底坡i=1/35，隧洞出口邊坡1∶0.5，噴錨掛網(wǎng)噴C20混凝土10cm厚。

5)泄槽段：

斜坡段長16.9m，底坡i=1/1.5。邊墻高1.5m，底寬由2.83m漸變到8.67m，矩形斷面，邊墻、底板厚均為0.4m厚的C30鋼筋混凝土襯砌。

導(dǎo)流期間施工出口消力池段，消力池底板采用1m厚的塊石護(hù)底,導(dǎo)流結(jié)束后泄槽末端并入溢洪道消力池，與溢洪道共用同一消力池。

3 主要施工方法

隧洞施工順序一般包括：施工準(zhǔn)備—施工測量控制網(wǎng)建立—施工臨時(shí)道路修建—進(jìn)出口洞臉明挖—洞臉鎖口—石方洞挖—錨桿支護(hù)—掛網(wǎng)鋼筋—噴射混凝土—襯砌段鋼筋制安—混凝土底板襯砌—混凝土邊項(xiàng)拱—回填灌漿—固結(jié)灌漿—工程收尾—竣工驗(yàn)收。文章將根據(jù)隧洞施工順序?qū)λ矶词┕ぜ夹g(shù)進(jìn)行逐一研究[1]。

3.1 隧洞開挖及支護(hù)

3.1.1 開挖施工方法

隧洞施工準(zhǔn)備、施工測量及臨時(shí)道路修建為地上部分施工，施工工序簡單，文章不再贅述，隧洞開挖采用電子全站儀精確測量，在掌子面用油漆畫出開挖邊線，并按照試驗(yàn)段的爆破參數(shù)進(jìn)行布孔，洞內(nèi)石方開挖每工作面采用4-6臺(tái)手風(fēng)鉆鉆孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差爆破，周邊進(jìn)行光面爆破，導(dǎo)爆索起爆，開挖爆碴均由裝載機(jī)運(yùn)至洞口裝20t自卸汽車運(yùn)至棄料場或利用料場堆存，開挖中對局部巖體破碎帶采用錨噴等臨時(shí)支護(hù)措施，以確保圍巖穩(wěn)定[2]。

根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場揭示情況顯示，本工程導(dǎo)流輸水隧洞主要為Ⅲ類圍巖，洞身每循環(huán)鉆孔深度2.2m，進(jìn)尺2.0m，圍巖開挖采用“新奧法”施工工藝，Ⅲ-IV類圍巖采用全斷面開挖，V類圍巖圍巖較差采取上導(dǎo)坑(層)領(lǐng)進(jìn)下層開挖的施工方法[1]。隧洞開挖工序見圖1。

圖1 隧洞開挖工序流程圖

3.1.2 臨時(shí)支護(hù)施工方法

隧洞開挖過程中，具體臨時(shí)支護(hù)按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，如圍巖情況發(fā)生變化時(shí)及時(shí)按設(shè)計(jì)及監(jiān)理要求調(diào)整支護(hù)方案。隧洞不同部位臨時(shí)支護(hù)施工方法如下：

進(jìn)、出口洞臉邊坡臨時(shí)支護(hù)范圍為正面邊坡及兩側(cè)邊坡，設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，L=4.5m，間排距 2m，伸入基巖4.4m。噴C30混凝土10cm。

鎖口施工：進(jìn)、出口沿開挖輪廓線外設(shè)三排鎖口Φ25錨桿，第一排沿洞挖開口線外10cm布置，間距30cm，L=3m，外傾角度0°，第二排間排距30cm，L=3m，外傾角度15°，第三排間距50cm，排距30cm，L=3m，外傾角度25°，掛口后采用鋼拱架及錨噴聯(lián)合支護(hù)。

漸變段臨時(shí)支護(hù)：漸變段全為Ⅲ類圍巖：邊頂拱設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，L=3.0m，排距1.5m，沿圓周均勻布置，掛網(wǎng)φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，根據(jù)圍巖況局部增設(shè)隨機(jī)錨桿。

本導(dǎo)流洞進(jìn)出口為矩形斷面，拱頂及兩肋巖體自穩(wěn)能力極差，為確保安全，對進(jìn)口段5m、出口3m段用I18工字鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)，間距根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整，拱架間用Φ22鋼筋水平焊接相連，間距1m，拱架腰線以上設(shè)Φ25徑向鎖定錨桿，L=2.5m 間距1.5m， 腰線及拱腳處各設(shè)1處Φ25鎖腳錨桿，每處2根，L=2.5m，鎖定錨桿與鋼拱架焊牢。

洞身段臨時(shí)支護(hù)：Ⅲ類圍巖段邊頂拱180°范圍內(nèi)進(jìn)行初期支護(hù)，設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，L=3.0m，每斷面7根，排距1.5m，梅花型布置，掛網(wǎng)φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，局部增設(shè)計(jì)隨機(jī)錨桿。Ⅳ類圍巖巖體破碎，穩(wěn)定性差，邊頂拱240°范圍內(nèi)進(jìn)行初期支護(hù)，設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿，L=3.0m，每斷面10根，間隔布置，排距1.5m，梅花型布置，掛網(wǎng)φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，局部增設(shè)計(jì)隨機(jī)錨桿。Ⅴ類圍巖臨時(shí)支護(hù)程序如下：

超前錨桿→光爆→安全處理→第一次噴混凝土封閉頂拱和邊墻→出碴→錨桿及鋼筋網(wǎng)制安→架立I18工字鋼拱架支撐→第二次噴混凝土→下一循環(huán)，錨桿網(wǎng)噴同Ⅳ類圍巖，拱架設(shè)計(jì)同進(jìn)洞段[3]。

3.2 噴混凝土施工技術(shù)

輸水隧洞除Ⅲ類圍巖洞身段外，在進(jìn)出口洞臉邊坡、鎖口以及Ⅴ類圍巖臨時(shí)支護(hù)部位均需噴射混凝土。噴射混凝土施工方法如下：

洞臉邊坡噴混凝土施工前因清除噴射面的浮石、石渣堆積物，并采取一定的防護(hù)措施，防止危石掉落，隧洞洞身開挖面處理好巖面石渣，并采用高壓風(fēng)機(jī)、水機(jī)設(shè)備沖洗巖面。噴射前對噴射設(shè)備、施工通風(fēng)設(shè)備、施工用水電等進(jìn)行檢查和試運(yùn)行，對坡面滲水點(diǎn)進(jìn)行妥善引排。

噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段分片依次進(jìn)行，，后一層要在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，時(shí)間≥2h，一次噴射厚度不宜太厚，以10-15cm為準(zhǔn)，否則會(huì)產(chǎn)生墜落和滑移，在混凝土噴射過程中應(yīng)連續(xù)向噴射機(jī)供應(yīng)混凝土，因故中斷噴射作業(yè)時(shí)，引將噴射機(jī)內(nèi)和輸料管中的積料清除干凈。噴射混凝土應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量，混凝土噴射表面應(yīng)平順、密實(shí)，并做好質(zhì)量檢查記錄。噴射混凝土完成終凝后應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d。

3.3 洞身混凝土襯砌施工技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙結(jié)構(gòu)型式，并綜合考慮施工因素，本工程導(dǎo)流輸水隧洞混凝土襯砌采用分塊澆筑，即先底拱、后邊頂拱，襯砌中應(yīng)做好混凝土襯砌接縫處理，即沿洞軸線分段形成的伸縮縫，按設(shè)計(jì)要求設(shè)置銅片止水，其結(jié)構(gòu)型式為“Z“型?；炷凉?yīng)由隧洞外集中拌合站供應(yīng)，混凝土水平運(yùn)輸采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，混凝土入倉采用混凝土輸送泵[2]。

為加快施工進(jìn)度，混凝土澆筑分別在進(jìn)、出口兩個(gè)工作面施工，輸送泵布置在進(jìn)、出口洞口位置，混凝土泵管接至澆筑工作面。

3.4 鉆孔灌漿施工技術(shù)要求

本工程灌漿包含洞身襯砌頂拱回填灌漿以及洞身圍巖固結(jié)灌漿，其施工的順序?yàn)橄冗M(jìn)行回填灌漿、后進(jìn)行固結(jié)灌漿[3]。

在隧洞進(jìn)行灌漿施工前一應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)，包括回填灌漿和固結(jié)灌漿試驗(yàn)，通過現(xiàn)場對不同水灰比進(jìn)行灌漿試驗(yàn)達(dá)到的預(yù)期灌漿效果，確定灌漿參數(shù)，從而指導(dǎo)灌漿施工?；靥罟酀{和固結(jié)灌漿施工方法及要求匯總見表1。

表 回填灌漿和固結(jié)灌漿施工方法及要求匯總表

4 結(jié)論及建議

顧名思義，導(dǎo)流輸水隧洞的首要任務(wù)是導(dǎo)流，是整個(gè)水庫工程的前期工作，也是最為重要的工作，關(guān)系著后期工程的順利進(jìn)行，也決定著工期，隧洞建成后還兼顧輸水和的作用，不是臨時(shí)性建筑物，因此在施工中一定要重視隧洞施工的每一道施工工序，做好每一個(gè)施工細(xì)節(jié)，保證該隧洞工程的施工質(zhì)量，從而保障工程后期運(yùn)行和正常效益的發(fā)揮。