長距離小斷面引水隧洞施工技術

蘇興彬，李艷梅，藍天緣，馮 威

（1.崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200；2.中國水電建設集團十五工程局有限公司，西安 710054）

長距離小斷面引水隧洞的主要特點包括：施工空間狹窄、工作面?。ㄩ_挖斷面小于10 m2）、交通運輸不便、通風排煙排水困難、施工功效低[1～3]以及施工中可能會出現(xiàn)的塌方、涌水、突泥等工程地質災害，施工環(huán)境總體較為復雜。但引水隧洞在長距離、復雜地形、地質條件下被廣泛采用[4]，在工程穿山越嶺、開挖難度大、交通不便的地區(qū)，避免了大規(guī)模的土石方開挖，使得長距離輸水項目工程量減少、蒸發(fā)量減少、輸水效率大大提高，因此水工隧洞成為國內外長距離引調水工程設計中經常采用的形式，特別是國內近幾年供水、灌溉工程項目開工較多，特小斷面長距離引水隧洞較為普遍。

1 寧明干渠峙書隧洞施工的特點及影響因素

1.1 基本概況

峙書隧洞洞長2404 m，隧洞穿越低山丘陵地區(qū)，設計斷面為城門洞型，尺寸為2.20 m（寬）×2.32 m（高），開挖斷面面積9.34 m2，按《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（SL 378-2007），屬特小斷面，設計流量為1.79 m3/s，最大埋深約為118.5 m，過溝庫尾段最小埋深約為13.0 m，設計無支洞，洞內避車道間距為200 m，縱向比降1/1500，平面轉角兩個（21.8°、半徑60 m，50.6°、半徑50 m），隧洞穿越地層為侏羅系下統(tǒng)汪門組（J1w）粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖、百姓組下段（J1b1）泥質砂巖夾粉砂質泥巖，圍巖類別以Ⅴ類為主、局部為Ⅳ類，整體圍巖較差，洞身位于地下水位線以下，局部滲水量較大。

1.2 施工組織設計

（1）開挖采用全斷面鉆爆法，一次鉆爆成型，并及時進行一次支護錨噴。采取進、出口雙向掘進平行施工，以滿足計劃工期。

（2）支護方式為安裝鋼拱架、錨桿、鋼筋網片的噴錨支護，Ⅴ類和Ⅳ類圍巖調整相應間距，進出口采用大管棚支護、庫尾淺埋斷層段進行超前小導管支護，洞內避車道加強支護。

（3）通風采用風管式壓風輸送，軸流風機20 kW，Φ600 mm柔性風管設置在洞內頂部，并加固牢靠，隨著隧洞進尺加深，增加一臺軸流風機串聯(lián)送風，確保掌子面含氧量不小于19.5%，進口段工作面，對于通風排煙來說，屬于正向坡，有利通風排煙或者通風排煙效率高，但對于出口段工作面，對通風排煙來說，屬于逆向坡，不利于通風排煙，在已開挖的隧洞中間段容易形成煙塞。

（4）出渣對于這種特小斷面隧洞施工來說是最為困難的，總體效率比較低，但經過多方咨詢、比較，采用ZL15扒渣機裝車、當?shù)剞r用機具“七?！保ㄍ侠瓩C的一種）進行運輸，每車只能裝3～4 m3，因隧洞圍巖巖性較差，加上滲水影響，洞底板很容易軟化形成泥漿，所以根據(jù)進度深度情況，適時進行底板鋪筑碎石或砼進行硬化，以便于車輛運輸和通行。

（5）排水設施，采用固定間隔距離設置集水井、安裝智能控制水泵抽水和通風功效相反，在隧洞進口段，因為是逆坡排水，相對繁瑣困難一點，而在隧洞出口段，因為是順坡排水，相對容易一點。

（6）二次襯砌為鋼筋砼，采用定型鋼模臺車（長度12 m）進行模板安裝，鋼筋等零星材料采用“七?！边M行運輸，采用砼罐車運輸至洞口后采用地泵進行輸送入倉，相對效率高，質量容易控制。在穿越拐彎段時要對臺車進行拆解重新組裝，澆筑完成后要對地泵泵管及時徹底清理，方便后續(xù)使用。

1.3 對施工的主要不利影響因素

（1）圍巖類型以Ⅴ類為主、Ⅳ類為輔，且有滲水，采用光面或預裂爆破進行掘進，超挖總是無法徹底避免，致使超挖出渣、噴護及二襯砼工程量不同程度增加，造成項目費用大幅度增加。

（2）因圍巖差且存在滲水、鉆爆廢水，雖經采取抽排水措施，不可避免的造成隧洞底板泡水軟化，車輛運輸不便。

（3）該隧洞為特小斷面且距離長，又未設計支洞，而洞內設施必須設置齊全，包括通風排煙風管、作業(yè)分管、進水管、排水管、動力電纜、應急照明、爆破線路、集水井等設施，在如此狹小空間合理布設上述設施，非常困難。

（4）在樁號N35+414.271 處存在FN15 斷層且樁號N35+414.271～N35+594.271 為峙書水庫庫尾淺埋段（最小埋深約13 m），圍巖為Ⅴ類，存在突泥涌水的風險。

2 關鍵技術的應用和處理方案優(yōu)化

2.1 鉆爆法開挖的應用

采用全斷面微差控制光面爆破法施工，按“短進尺、弱爆破、少擾動、勤支護”原則進行。城門洞型斷面尺寸為3.10 m×3.25 m，周邊孔間距50 cm，孔深1.1 m，采用間隔不耦合裝藥，毫秒雷管引爆，炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔痕跡保存率60%以上，對節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，達到20%。圍巖中不得有明顯振動裂隙，不得有欠挖。

底孔、掏槽孔、崩落孔采用耦合連續(xù)裝藥，間距分別為70、70、60 cm，孔深分別為1.3、1.3、1.4 m，毫秒雷管起爆，裝填系數(shù)0.7～0.85，采用2#乳化炸藥，Ⅳ類圍巖循環(huán)進尺1.5 m、Ⅴ類圍巖循環(huán)進尺1.0 m，掏槽孔采用斜線方式，確保掏槽效果。

起爆網絡：①起爆材料采用MS1～13 電雷管。②起爆方法。周邊孔采用電雷管引爆毫秒導爆管，通過捆綁毫秒導爆管形式用電雷管引爆毫秒導爆管起爆炸藥。③起爆順序：掏槽孔→崩落孔→底孔→周邊孔。

結合圍巖等現(xiàn)場情況，經多方案比較，最終確定爆破方案。爆破效果良好，裝藥耗時短，炮孔痕跡保存率高（50%以上），炮孔利用率70%以上，平均超欠挖±10 cm，巖體相對完整，循環(huán)進尺1.0～1.5 m，進尺比較理想，經濟效果較好。

2.2 庫尾淺埋斷層破碎帶處理方案優(yōu)化

2.2.1 基本情況

隧洞進口段開挖至樁號N35+400時，圍巖巖性逐漸變差且滲水量增加，根據(jù)地質勘探，在樁號N35+414.271～N35+594.271 范圍存在斷層、淺埋段，且位于峙書水庫庫尾處，需及時加強防護。設計方案采用小管棚（Φ42 mm、管壁厚3.5 mm、長3.5 m、@0.3 m×2.0 m），噴15 cm 厚C20 砼，鋼拱架Ⅰ14（縱向間距0.6 m），掛鋼筋網（Φ8 mm，@0.15 m×0.15 m），砂漿錨桿（Φ22、長2.5 m、@0.6 m×1.0 m）、頂拱回填灌漿等技術措施加強防護，確保施工安全。

2.2.2 方案優(yōu)化

由于現(xiàn)場實際作業(yè)環(huán)境復雜，且處于庫尾，實際滲水量較大，巖層破碎類似泥土，隨時存在突泥、涌水、塌方的危險，為了確保施工安全，對原設計方案進行了優(yōu)化。

（1）超前地質預報，采用超前鉆孔，深度約6 m，用以探明滲水量大小，避免突然發(fā)生涌水情況。

（2）噴C20 砼調整為噴C25 早強砼，砼強度等級提高且凝固時間縮短，確保及時硬化凝固，縮短作業(yè)周期。

（3）掛鋼筋網（Φ8 mm，@0.15 m× 0.15 m）調整為掛鋼筋網（Φ8 mm，@0.10 m× 0.10 m），另外結合實際增設隨機錨桿（Φ25 mm、長3 m）。

按照以上處理方案，施工過程中順利穿過庫尾淺埋斷層區(qū)域，確保了施工人員、設備的安全。

2.3 隧洞開挖底板浸泡軟化處理方案優(yōu)化

峙書隧洞地質巖性總體較差，滲水、鉆爆廢水滲流到底板上，加上扒渣機、運輸車等來回活動，底板很容易軟化成泥，造成施工不便。因此對隧洞底板浸泡軟化處理方案進行優(yōu)化。①及時做好集水井匯集明水，對洞頂?shù)炔课淮罅繚B水按照排水管匯集排水至底板排水溝，鉆爆廢水及時排除；②鉆爆時，底板留有10 cm 保護層，及時鋪筑2～4 cm 碎石厚20 cm，個別巖性破碎部位采取澆筑15 cm 厚C20墊層砼；③采用智能控制抽水泵，聯(lián)動抽排積水，確保洞底板處于干地狀態(tài)，便于施工運輸。此優(yōu)化方案減少了后期清基和回填砼工程量，利于工人及機械設備作業(yè)，同時避免了回填砼的費用損失。

隧洞底板浸泡軟化處理方案經優(yōu)化后，底板得到保護，運輸效率提高，機械及人工處于干地施工狀態(tài)，作業(yè)環(huán)境得到極大改善，提高了施工效率。

2.4 隧洞內通風排水等設施布置優(yōu)化

因峙書隧洞距離長為2404 m，且未設置支洞，又是特小斷面，按照常規(guī)布設各項設施無法實施，必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行布置優(yōu)化，以確保施工正常進行。

洞內風、水、電從上到下原布置為其中一側布設施工用電、作業(yè)供風管，另一側布設通風排煙管、進水管、出水管。方案未考慮應急照明、爆破線路、信號線路等設施，與實際作業(yè)不相符，不能滿足要求，無法確保安全生產。因此，優(yōu)化布置為其中一側布設作業(yè)風管、進水管、出水管、爆破線路以及底部處設置集水井；另一側布設動力電纜、應急照明、信號線路，同時在本側開挖錯車道；通風排煙軟管布設于隧洞頂部。經過現(xiàn)場實際作業(yè)，運行良好，極大促進了隧洞開挖作業(yè)，節(jié)約了費用、提高了功效，同時滿足安全文明施工的要求。

3 特小斷面長距離引水隧洞施工注意事項

峙書隧洞為特小斷面，加上工程地質條件差，穿越斷層、庫尾淺埋段，隧洞處于地下水位線以下且局部洞段滲水量較大，有兩處平面轉角，塌方掉塊頻繁。另外，工作面狹窄、大型機械無法使用、各種工序互相干擾、工序銜接難度大、工作效率低等，施工環(huán)境極為復雜。施工中應注意以下事項：

（1）隧洞工程建設前期地質勘察非常重要，由于種種原因，在編制初步設計時對勘察工作精度、實施精細度不高，進而影響到設計質量，以至于在施工中造成各種地質情況不明的不利影響，因此在施工中，引入各種精準可靠的超前地質預報手段非常重要。

（2）隧洞施工過程中，對已開挖支護后的圍巖，特別是發(fā)生過塌方、穩(wěn)定性差的洞段，變形觀測非常重要，這是一項基礎性的工作，做好此項工作，對于隧洞開挖斷面控制、支護方式調整、施工安全質量保證具有重要意義。

（3）峙書隧洞因埋深大且位于庫尾段，雖屬于長距離隧洞，但未設計支洞，因此綜合考慮出渣方式相對落后，如類似隧洞有支洞，可考慮采用絞車進行出渣，出渣效率會大大提高。

4 結語

本文對長距離小斷面隧洞的施工管理進行了深入思考，梳理了施工中出現(xiàn)的問題，總結了應對和解決問題的方法，積累了一定的工程施工管理經驗，可以為同類型水工隧洞施工提供參考。