引綽濟(jì)遼工程隧洞施工的同時(shí)進(jìn)行支洞快速襯砌施工技術(shù)

毛 勇， 熊 亮， 羅 飛 輪

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

引綽濟(jì)遼工程是一項(xiàng)從嫩江支流綽爾河引水到西遼河向沿線城市及工業(yè)園區(qū)供水的大型引水工程，設(shè)計(jì)最大年調(diào)水量為4.88億m3。工程由文得根水利樞紐和輸水工程組成。其中輸水隧洞六標(biāo)段是該工程的關(guān)鍵線路，全長(zhǎng)為14.687 27 km，隧洞洞身段為縱向坡度1/2 980的無壓隧洞，開挖斷面為圓拱直墻型，斷面尺寸分別為4.3 m×4.8 m(Ⅲ類)、4.5 m×4.95 m(Ⅳ類)、4.7 m×5.1 m(Ⅴ類)。少量地質(zhì)勘測(cè)資料表明：隧洞部分洞段處于基巖全～強(qiáng)風(fēng)化層中，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化層巖芯多呈破碎～極破碎，裂隙節(jié)理發(fā)育，洞身段為富水地帶，極易造成掉塊、塌方，局部可能出現(xiàn)涌水現(xiàn)象；五條施工支洞的開挖斷面均為圓拱直墻型，共長(zhǎng)2 301.19 m，斷面尺寸分別為6.2 m×6.4 m(Ⅲ類)、7.2 m×7.3 m(Ⅳ類、Ⅴ類)。施工支洞洞身段縱向坡度平均為13%，Ⅲ類圍巖底板澆筑鋼筋混凝土，邊頂拱為錨噴支護(hù)形式，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用鋼筋混凝土襯砌，邊頂拱襯砌長(zhǎng)度共1 100.23 m，成洞斷面為6 m×6 m。

傳統(tǒng)中小型隧洞的開挖支護(hù)及襯砌施工通常采用開挖支護(hù)結(jié)束后進(jìn)行襯砌施工的方法，但該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，管理成本投入大。為確保工程施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度滿足要求，需要在隧洞開挖支護(hù)施工的情況下同步進(jìn)行施工支洞的混凝土襯砌施工。常規(guī)情況下，采用穿行式鋼模臺(tái)車能夠保證中小型隧洞在開挖支護(hù)的情況下同時(shí)進(jìn)行施工支洞的混凝土襯砌施工，但因該隧洞邊頂拱襯砌施工時(shí)受鋼模臺(tái)車對(duì)拉絲桿的影響導(dǎo)致隧洞無法具備通行條件，且其底板混凝土澆筑與開挖支護(hù)相互干擾較大，無法滿足開挖支護(hù)和混凝土襯砌多工作面、多工序平行施工的條件。為此，需要對(duì)施工方法進(jìn)行優(yōu)化。

2 整體方案及技術(shù)要求

2.1 整體方案

因引綽濟(jì)遼隧洞六標(biāo)工程受不良地質(zhì)條件限制，工程施工進(jìn)度緩慢，若采用常規(guī)隧洞施工工藝、待輸水主洞貫通后再進(jìn)行襯砌施工將導(dǎo)致施工成本增加，工程施工進(jìn)度亦無法滿足要求，而且處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工支洞長(zhǎng)期不進(jìn)行二次襯砌會(huì)造成安全隱患。為確保工程節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，需要在輸水主洞開挖支護(hù)的情況下同步進(jìn)行施工支洞的混凝土襯砌施工。為解決交叉施工帶來的難題，項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在對(duì)隧洞施工方案和工期進(jìn)行分析和論證后，最終決定采用“中小型隧洞開挖支護(hù)情況下同時(shí)快速襯砌”的施工方法，以達(dá)到縮短工期的目的。該方案的總體思路主要是以開挖支護(hù)為主，襯砌為輔，即在隧洞施工過程中以開挖支護(hù)施工為中心，輔以混凝土襯砌施工[1]。

2.2 技術(shù)要求

(1)為解決洞內(nèi)交叉施工干擾難題，輸水主洞的開挖采用鉆爆法施工，施工支洞采用穿行式鋼模臺(tái)車進(jìn)行混凝土襯砌，鋼模臺(tái)車長(zhǎng)12.2 m，超長(zhǎng)20 cm用于與已澆段搭接，防止錯(cuò)臺(tái)和漏漿。

(2)混凝土施工采用“先底板后邊頂拱”的施工順序，即施工支洞底板采用分幅跳倉(cāng)法施工，邊頂拱采用穿行式鋼模臺(tái)車襯砌，基礎(chǔ)清理及鋼筋制安提前底板澆筑段3～5倉(cāng)施工完畢，底板澆筑比邊頂拱鋼筋制安提前2～3倉(cāng)完成，邊頂拱結(jié)構(gòu)鋼筋超前襯砌臺(tái)車3～5倉(cāng)完成，分段處理、分段驗(yàn)收，不占用直線工期。

(3)隧洞開挖支護(hù)所需的供風(fēng)、供電、排水等管線從穿行式臺(tái)車預(yù)留通道內(nèi)穿過以滿足交叉施工要求[2]。

(4)輸水隧洞的開挖寬度為單車道時(shí)，沿縱向間距200 m左右布置避車洞以滿足隧洞車輛通行的要求[3]，兼顧臨時(shí)堆存渣料。

(5)當(dāng)輸水主洞鉆爆出渣工序與施工支洞邊頂拱襯砌施工工序同時(shí)發(fā)生時(shí)，將鉆爆渣料臨時(shí)堆存至主洞避車洞內(nèi)，同時(shí)，邊頂拱襯砌施工時(shí)設(shè)置地錨筋與鋼模臺(tái)車連接，從而大大減少了鋼模臺(tái)車對(duì)拉絲桿拆除的時(shí)間，解決了常規(guī)開挖支護(hù)情況下無法進(jìn)行襯砌施工的矛盾，達(dá)到了開挖支護(hù)情況下快速襯砌施工的目的。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 開挖支護(hù)工作面

(1)施工準(zhǔn)備。在邊頂拱襯砌前，鉆爆臺(tái)車、裝載機(jī)及自卸汽車提前進(jìn)入輸水主洞就位，高壓風(fēng)管、水管、風(fēng)筒布及照明線路等跟進(jìn)掌子面附近，同步進(jìn)行支洞底板施工材料、機(jī)具及其他準(zhǔn)備工作。

(2)測(cè)量放線。待準(zhǔn)備工作完成后，隨即安排測(cè)量人員使用全站儀進(jìn)行控制中線水平、激光導(dǎo)向儀輔助布孔工作，準(zhǔn)確放出各炮孔位置，特別是在拱頂、拱肩及半徑變化處設(shè)置清晰點(diǎn)位并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，將孔位偏差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)[4]。

(3)鉆孔裝藥。隧洞鉆爆采用手風(fēng)鉆鉆孔，分區(qū)分部位定人定位施鉆。裝藥前用高壓風(fēng)吹孔，將孔內(nèi)的水、碎渣吹凈。炮孔驗(yàn)收合格后嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)要求裝藥，周邊孔采用低爆速低猛度炸藥，不耦合間隔裝藥；輔助孔及掏槽孔采用連續(xù)裝藥。

(4)聯(lián)網(wǎng)、起爆。洞內(nèi)采用非電起爆網(wǎng)路，起爆網(wǎng)路為復(fù)式網(wǎng)路，以保證起爆的精準(zhǔn)性和可靠性，周邊孔采用導(dǎo)爆索連接。網(wǎng)路連接完成并經(jīng)爆破技術(shù)人員檢查無誤后，撤離所有人員及設(shè)備，由專業(yè)人員負(fù)責(zé)開箱取出起爆器起爆。

(5)通風(fēng)、排險(xiǎn)。炮響后利用通風(fēng)豎井通風(fēng)排煙，15 min后由專業(yè)炮工進(jìn)入洞內(nèi)進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)無啞炮后進(jìn)行排險(xiǎn)作業(yè)，清除作業(yè)面上的松石、危石。

(6)出渣、清底。采用裝載機(jī)裝渣，小型自卸汽車出渣，出渣完畢用挖掘機(jī)清除工作面的積渣，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準(zhǔn)備。

(7)錨噴支護(hù)。初期支護(hù)宜跟進(jìn)掌子面，具體視圍巖情況而定。圍巖較好時(shí)，一般不超過10 m。為確保施工安全及洞身穩(wěn)定、加快施工進(jìn)度，應(yīng)盡量在掌子面鉆孔時(shí)安排人員施鉆系統(tǒng)錨桿并掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行錨噴支護(hù)施工。支護(hù)完成后，進(jìn)入下一循環(huán)施工。

3.2.2 混凝土澆筑

(1)施工準(zhǔn)備。施工前，嚴(yán)格按照經(jīng)批復(fù)的專項(xiàng)方案進(jìn)行詳細(xì)的安全技術(shù)交底，組織技術(shù)人員、帶班人員熟悉設(shè)計(jì)圖紙及專項(xiàng)方案；提前加工材料，做好輔材及工器具的準(zhǔn)備工作。

(2)基礎(chǔ)面處理及驗(yàn)收。分段對(duì)欠挖部分進(jìn)行處理，人工對(duì)底板建基面上的雜物進(jìn)行清理并沖洗干凈，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行下道工序施工。

(3)測(cè)量放線。底板基礎(chǔ)面驗(yàn)收合格后，在充分利用開挖期控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，在鋼筋安裝、臺(tái)車就位前利用預(yù)設(shè)標(biāo)記進(jìn)行控制?？紤]到隧洞斷面較小，放線時(shí)應(yīng)特別注意對(duì)底板分幅邊線及頂面高程線的控制，保證質(zhì)量，減少施工環(huán)節(jié)，加快施工進(jìn)度。

(4)鋼筋及模板制安。底板鋼筋在加工廠加工成型后運(yùn)輸至工作面，作業(yè)人員按圖紙要求進(jìn)行安裝，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行底板模板的安裝及加固施工并進(jìn)行校模。

(5)底板混凝土分幅跳倉(cāng)澆筑。因該隧洞斷面狹小，為加快施工進(jìn)度，確保隧洞正常通行，底板澆筑采用分幅跳倉(cāng)法施工。待底板鋼筋及模板制安驗(yàn)收合格后進(jìn)行底板混凝土澆筑，采用混凝土攪拌運(yùn)輸車水平運(yùn)輸，車載泵入倉(cāng)，人工平倉(cāng)、振搗。底板混凝土襯砌施工比邊頂拱鋼筋制安提前2～3倉(cāng)完成。

(6)邊頂拱鋼筋制安。待底板混凝土齡期滿足要求后進(jìn)行邊頂拱鋼筋制安，現(xiàn)場(chǎng)采用自制臺(tái)車安裝，先安下半部，再安上半部；邊頂拱鋼筋安裝比襯砌提前3～5倉(cāng)完成。

(7)鋼模臺(tái)車的行走與就位?？紤]到支洞坡度較大，為確保洞內(nèi)交通及施工安全，采用步履式穿行鋼模臺(tái)車進(jìn)行邊頂拱混凝土襯砌，利用升降油缸及推進(jìn)油缸相互作用使臺(tái)車前進(jìn)，行走至指定位置后固定。

(8)校模、定位、封堵、加固、倉(cāng)位驗(yàn)收。鋼模臺(tái)車就位后，利用頂模和邊模位置上的螺旋千斤頂使油缸伸出，定位鋼模，旋緊螺旋千斤頂。鋼模臺(tái)車內(nèi)側(cè)采用對(duì)拉絲桿加固；沿兩側(cè)直墻下部外側(cè)間距1.5 m在底板施鉆地錨鋼筋并與鋼模臺(tái)車連接，進(jìn)一步加固模板，確保模板制安滿足要求。襯砌臺(tái)車兩端采用木模封堵、活動(dòng)“門葉”結(jié)構(gòu)以便于立和拆，經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)入下一道工序。在鋼模臺(tái)車加固時(shí)，將輸水主洞的鉆爆渣料臨時(shí)堆存至避車洞內(nèi)，確保隧洞掌子面工序銜接緊湊。

(9)混凝土的拌制、運(yùn)輸、入倉(cāng)、振搗。采用混凝土攪拌罐運(yùn)輸，車載泵入倉(cāng)，人工振搗；混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮加入早強(qiáng)劑、摻粉煤灰以增加其和易性；澆筑過程中加強(qiáng)振搗，控制臺(tái)車移位、變形，避免產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。

(10)混凝土封拱。采用退管法在壓力狀態(tài)下進(jìn)行混凝土封拱。灌注混凝土?xí)r，先從模板最下排預(yù)留窗口進(jìn)料，澆筑至混凝土快平齊預(yù)留窗口時(shí)關(guān)閉窗口模板，然后從第二排預(yù)留窗口灌注。依此類推，最后封頂?；炷练夤笆┕r(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況拆除臺(tái)車內(nèi)側(cè)的對(duì)拉絲桿，確保支洞滿足通行條件，以便于運(yùn)輸洞渣及噴錨料。穿行式鋼模臺(tái)車混凝土澆筑施工情況見圖2。

圖2 混凝土澆筑施工示意圖

(11)脫模、養(yǎng)護(hù)。隧洞混凝土襯砌脫模養(yǎng)護(hù)的時(shí)間非常關(guān)鍵，其主要與洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境有關(guān)，一般在混凝土澆筑完成、拆模后12 h內(nèi)采用灑水的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28 d[5]。

4 取得的效益

(1)此項(xiàng)技術(shù)主要通過采用半幅跳倉(cāng)法施工底板；穿行式鋼模臺(tái)車襯砌邊頂拱；底板及鋼筋制安超前施工，不占用直線工期；采用地錨筋加固臺(tái)車；利用主洞避車洞暫存渣料等系列措施，達(dá)到了中小型隧洞在開挖支護(hù)的情況下同時(shí)進(jìn)行快速襯砌施工的目的，與開挖支護(hù)完成后再進(jìn)行襯砌的常規(guī)施工方法相比，極大地節(jié)省了時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，減輕了工期壓力，節(jié)約了成本。實(shí)際推廣結(jié)果表明：可節(jié)約1/3的工期。

(2)由于支洞襯砌混凝土的及時(shí)施工，提高了洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度，為施工人員提供了安全保障，提升了現(xiàn)場(chǎng)文明施工形象。

(3)此項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)“先開挖支護(hù)后襯砌”施工工藝的一次革新，通過該工藝設(shè)計(jì)，解決了洞內(nèi)交通干擾問題。在實(shí)際推廣過程中，實(shí)現(xiàn)了隧洞開挖支護(hù)2 d 5個(gè)循環(huán)強(qiáng)度的情況下完成了襯砌混凝土15倉(cāng)/月的強(qiáng)度，達(dá)到了快速施工的目的。

(4)此項(xiàng)技術(shù)有效地避免了各工序間相互干擾的問題，減少了工序侵占直線時(shí)間，極大程度地改善了洞內(nèi)交通條件，提高了隧洞出渣效率，提高了單循環(huán)施工工效，達(dá)到了快速施工的效果。

5 結(jié) 語

引綽濟(jì)遼輸水隧洞工程施工六標(biāo)通過一系列優(yōu)化措施的采用，解決了隧洞開挖支護(hù)與混凝土襯砌施工相互干擾問題，在保證施工質(zhì)量和安全的前提下，有效地加快了施工進(jìn)度，為工程的提前完工創(chuàng)造了良好條件，亦為中小型隧洞開挖支護(hù)情況下同時(shí)快速襯砌施工積累了經(jīng)驗(yàn)，可為同類工程提供借鑒。