導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)在水利樞紐特大斷面工程中的應(yīng)用

摘 要：以某水利樞紐工程的導(dǎo)流隧洞為例，探究爆破開(kāi)挖、臨時(shí)支護(hù)與混凝土襯砌等施工技術(shù)的應(yīng)用。洞身以Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖為主，使用液壓鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔后進(jìn)行爆破作業(yè)。鉆爆結(jié)束后立即進(jìn)行噴錨作業(yè)加固圍巖，局部掛鋼筋網(wǎng)，再次噴射混凝土進(jìn)行二次襯砌，營(yíng)造安全的施工環(huán)境。二次襯砌結(jié)束后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成后回填灌漿和固結(jié)灌漿，從而保證圍巖穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流隧洞;水利樞紐;臨時(shí)支護(hù);回填灌漿;特大斷面工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）34-0180-04

Abstract： Taking the diversion tunnel of a water conservancy project as an example， the application of construction technologies such as blasting excavation， temporary support and concrete lining is explored. The tunnel body is mainly composed of Grade II～I(xiàn)II surrounding rock， and blasting operations are carried out after drilling with hydraulic drilling jumbo. Immediately after the drilling and blasting， shotcrete and anchor operations are carried out to strengthen the surrounding rock， partially hang steel mesh， and spray concrete again for secondary lining to create a safe construction environment. Maintenance is carried out after the secondary lining is completed， and backfilling grouting and consolidation grouting are completed to ensure the stability of the surrounding rock.

Keywords： diversion tunnel; water conservancy project; temporary support; backfilling grouting; extra-large section project

在水利樞紐的特大斷面工程中，由于開(kāi)挖工程量大，加上開(kāi)挖期間對(duì)巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，很容易出現(xiàn)臨空面坍塌事故，不僅嚴(yán)重影響工程進(jìn)度，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的健康安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，在水利樞紐導(dǎo)流隧洞等特大斷面工程施工中，一方面要在開(kāi)展地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上選擇科學(xué)的開(kāi)挖方式，采用爆破作業(yè)時(shí)必須合理設(shè)計(jì)炮眼深度、炮眼間距等爆破參數(shù);另一方面又要做好洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)，防止拱頂、側(cè)壁出現(xiàn)落石、坍塌等安全隱患，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供一個(gè)安全的作業(yè)環(huán)境。

1 工程概況

某水利樞紐正常蓄水位398 m，總庫(kù)容44.7 m3，兼有防洪、發(fā)電、灌溉功能。導(dǎo)流隧洞是該水利樞紐的重要臨時(shí)建筑物（Ⅳ級(jí)），整體呈斜墻馬蹄形斷面，頂拱圓心角155°，頂拱半徑6.6 m，上覆山體厚度133～236 m，使用期6年，共2條。一條靠近山體，隧洞全長(zhǎng)1 091.4 m;另一條靠近河流，隧洞全長(zhǎng)990.6 m。導(dǎo)流隧洞的設(shè)計(jì)最高水流速度為22 m/s，最大坡度為9.8%。地質(zhì)勘察結(jié)果表明，洞身以Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖為主。

2 導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 洞身開(kāi)挖

以起拱線為界將隧洞分為上、下兩部分，考慮到Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖的穩(wěn)定性較好，選擇鉆爆法進(jìn)行洞身開(kāi)挖。作業(yè)順序?yàn)橄壬虾笙?，使用液壓鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔后進(jìn)行非電毫秒雷管光面爆破，側(cè)卸式裝載機(jī)裝碴后由自卸汽車(chē)將碴石運(yùn)出。洞身開(kāi)挖作業(yè)流程如圖1所示。

在施工準(zhǔn)備階段，使用全站儀、水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀等儀器設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣，確定導(dǎo)流隧洞的開(kāi)挖輪廓線，防止出現(xiàn)超挖、欠挖情況。結(jié)合圍巖情況和洞身開(kāi)挖要求合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，以便于獲得理想爆破效果[1]。本工程中爆破參數(shù)設(shè)計(jì)如下：上半洞的炮眼深度為3.5 m，采用直眼中空孔掏槽，共布置6個(gè)掏槽眼，28個(gè)周邊眼，38個(gè)輔助眼，炮眼布置如圖2所示。

掏槽眼的裝藥密度為0.6 kg/m，周邊眼的裝藥密度為0.25 kg/m，輔助眼的裝藥密度為0.48 kg/m。周邊眼的光面爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

下半洞的炮孔直徑為70 mm，炮孔深度10.2 m，孔間距1.8 m，排間距2.1 m，單位耗藥量0.7 kg/m3。在完成爆破參數(shù)設(shè)計(jì)后，鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)場(chǎng)到達(dá)指定位置，參考炮眼布置圖按照順序依次完成鉆眼。檢查炮眼質(zhì)量確定不存在超鉆、欠鉆以及裂縫等問(wèn)題后使用高壓空氣槍吹孔，將孔內(nèi)雜質(zhì)清理干凈后裝入乳膠藥卷。其中，周邊眼的裝藥方式為不連續(xù)裝藥，其他炮眼為連續(xù)裝藥，并密集堵塞炮眼。檢查裝藥情況，使用導(dǎo)爆管毫秒雷管復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行爆破。爆破結(jié)束后啟動(dòng)軸流式通風(fēng)機(jī)，驅(qū)散爆破場(chǎng)地內(nèi)的煙塵，在開(kāi)挖面上使用噴水機(jī)噴射水霧輔助降塵。進(jìn)行安全檢查，發(fā)現(xiàn)危石后及時(shí)排除，營(yíng)造安全作業(yè)環(huán)境。聯(lián)合使用裝載機(jī)和自卸汽車(chē)完成隧洞內(nèi)碴石的清運(yùn)工作，將碴石卸載到指定的碴場(chǎng)[2]。

2.2 洞身臨時(shí)支護(hù)

2.2.1 錨桿作業(yè)

爆破作業(yè)后盡快采取噴錨措施，保證隧洞圍巖穩(wěn)定。按照圍巖級(jí)別的不同，采取2種臨時(shí)支護(hù)方式：對(duì)于Ⅱ級(jí)圍巖，分2次噴射15 cm厚的鋼纖維混凝土，第一次噴射厚度為6 cm，第二次噴射厚度9 cm。分別在隧洞頂部和側(cè)墻上打入砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度3.8 m，直徑22 mm，插入圍巖長(zhǎng)度3.7 m。對(duì)于Ⅲ級(jí)圍巖，分2次噴射C20混凝土，第一次噴射厚度5 cm，第二次噴射厚度5 cm，在隧道頂部以下10 m內(nèi)布置長(zhǎng)度為3.8 m、直徑為2 cm的砂漿錨桿。局部需要掛網(wǎng)，在錨桿上掛直徑為8 mm、網(wǎng)眼尺寸為16 cm×16 cm的鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與錨桿接觸位置采用焊接方式固定[3]。砂漿錨桿的作業(yè)流程如圖3所示。

施工人員參照施工圖紙?jiān)诂F(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記鉆孔位置，鉆機(jī)就位后調(diào)整鉆頭方向與作業(yè)面垂直，設(shè)定好參數(shù)后開(kāi)始鉆孔，要求孔位偏差小于100 mm，垂直度偏差小于1°，成孔質(zhì)量檢查合格后清理鉆孔內(nèi)的雜物。本工程使用脹殼式錨桿，現(xiàn)場(chǎng)組裝錨桿后將其插入鉆孔內(nèi)，重點(diǎn)檢查兩方面：其一是錨桿插入孔內(nèi)深度需要達(dá)到施工要求;其二是楔子能夠在脹殼內(nèi)順利滑動(dòng)。經(jīng)檢查無(wú)問(wèn)題后擰緊桿體，完成錨桿的固定。為了提高錨桿的抗拔力，在錨桿固定后向鉆孔與錨桿的間隙中灌注水泥砂漿，本工程中按照水泥、砂、水為1∶1∶0.5的重量比配置水泥砂漿，在水泥砂漿凝固后方可開(kāi)展下一步作業(yè)。

2.2.2 噴射混凝土作業(yè)

初噴混凝土在爆破后立即進(jìn)行，目的是盡早封閉巖面，保證圍巖穩(wěn)定。噴射混凝土前需要清除巖面上的松動(dòng)石塊以及表面的巖粉。在噴射混凝土作業(yè)時(shí)注意觀察隧洞內(nèi)有無(wú)涌水現(xiàn)象，如果有局部涌水現(xiàn)象需要在配制混凝土?xí)r加入適量的速凝劑和抗?jié)B劑?；炷羾娚渥鳂I(yè)流程如圖4所示。

噴射混凝土需要掌握的技術(shù)要點(diǎn)有：第一，合理控制噴嘴與巖面之間的距離，通常維持在50 cm左右。如果距離太近容易出現(xiàn)明顯的回彈現(xiàn)象，難以保證混凝土厚度的一致性;如果距離太遠(yuǎn)則浪費(fèi)太多材料。第二，噴射混凝土要嚴(yán)格遵循分段分塊、自上而下的順序，預(yù)防混凝土流掛情況。保證噴嘴移動(dòng)速度均勻，噴射縱向第二行時(shí)注意與第一行進(jìn)行適當(dāng)搭接。第三，靈活控制不同區(qū)域的噴射厚度，側(cè)墻第一次噴射厚度一般在8～10 cm，頂拱第一次噴射厚度在4～5 cm。在第一層混凝土終凝以后再開(kāi)始復(fù)噴作業(yè)，復(fù)噴結(jié)束后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)[4]。檢查噴射厚度，保證表面平整。第四，遇到漏水地段，首先使用直徑為50 mm的塑料軟管將水排出，必要時(shí)可以設(shè)置過(guò)濾層或隔水層，在解決滲漏問(wèn)題后再?lài)娚浠炷?，提高混凝土與巖面的結(jié)合效果。

2.3 洞身混凝土襯砌

對(duì)于斷面較大的導(dǎo)流隧洞，常用的襯砌形式有鋼筋砼襯砌、噴鋼纖維混凝土襯砌以及底板鋼筋混凝土襯砌等。在綜合考慮工程造價(jià)、技術(shù)難度、施工周期等因素后，本工程中選擇噴鋼纖維混凝土襯砌方案，在洞身全斷面開(kāi)挖成型后進(jìn)行洞身混凝土襯砌，作業(yè)流程如圖5所示。

為保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的連續(xù)性，在準(zhǔn)備階段對(duì)襯砌所用的設(shè)備、材料進(jìn)行質(zhì)量檢查，要求設(shè)備工況良好、材料質(zhì)量合格，同時(shí)做好技術(shù)交底。同時(shí)進(jìn)行測(cè)量放線，檢查中線、高程、斷面尺寸等各項(xiàng)參數(shù)是否符合要求。本工程中所用混凝土由附近拌合站制備并且經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)后，使用砼車(chē)運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。導(dǎo)流隧洞施工現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)軌道，注意控制軌面標(biāo)高和軌距，臺(tái)車(chē)就位后進(jìn)行固定。檢查模板，存在缺角、變形、翹邊或者表面凹凸不平的不得使用，在模板內(nèi)側(cè)涂刷脫模劑，方便后期脫模。按照順序依次拼接模板并進(jìn)行臨時(shí)固定，檢查模板拼接部位有無(wú)明顯裂縫，對(duì)于縫隙寬度超過(guò)5 mm的要更換模板，對(duì)于縫隙寬度小于5 mm的可以通過(guò)夾塞止水膠條的方式處理，避免澆筑混凝土后發(fā)生滲漏問(wèn)題[5]。依次安裝泵管、止水管和擋頭板，檢查混凝土坍落度符合施工要求后可以進(jìn)行泵送操作。泵送混凝土?xí)r注意保證泵管順直，泵管的出口端與混凝土液面之間的距離維持在50 cm左右，避免泵管出口入模高度太高出現(xiàn)混凝土離析情況。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，本工程中為了提高施工效率、縮短施工周期，采用了2臺(tái)灌漿機(jī)同步作業(yè)的方式，在左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置、同步注漿，保證兩側(cè)混凝土的高度差在30 cm以?xún)?nèi)。在混凝土澆筑高度達(dá)到設(shè)計(jì)值后，拔出注漿管并進(jìn)行振搗，本工程使用插入式振搗棒，堅(jiān)持不漏搗、不過(guò)搗原則，經(jīng)過(guò)充分振搗后進(jìn)一步提高混凝土的密實(shí)性。振搗完畢后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)工序，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不短于30 d，在混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后可以拆模。

2.4 回填灌漿與固結(jié)灌漿施工

在拆模后進(jìn)行回填灌漿，本工程中利用預(yù)留灌漿孔進(jìn)行灌漿。預(yù)埋管中鉆孔，要求鉆孔末端伸入巖石的長(zhǎng)度至少達(dá)到20 cm。將預(yù)埋管插入孔內(nèi)與襯砌臺(tái)車(chē)模板頂緊以便于固定預(yù)埋管位置，然后按照順序進(jìn)行灌漿。將奇數(shù)排作為第1序，偶數(shù)排作為第2序，完成第1序的回填灌漿后等待48 h，再開(kāi)始第2序的回填灌漿，目的是防止相鄰鉆孔之間出現(xiàn)串漿情況。在全序孔灌注結(jié)束后進(jìn)行質(zhì)量檢查，確定符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行不少于7 d的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后進(jìn)行固結(jié)灌漿，具體方法如下：施工人員使用風(fēng)鉆在預(yù)留孔中鉆孔，使用清水沖孔方式清理孔內(nèi)的巖粉等雜質(zhì)。觀察孔口返出水，當(dāng)水中無(wú)雜質(zhì)后停止清孔，并從第1序孔隨機(jī)選擇10個(gè)孔進(jìn)行水壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)情況設(shè)計(jì)固結(jié)灌漿參數(shù)。在固結(jié)灌漿中采取逐段加密原則施工，把間隔排上的全部孔作為一序，施工人員從最低的孔開(kāi)始，向兩邊對(duì)稱(chēng)灌注，直到到達(dá)最高處的孔。在灌漿完畢后，注意要先關(guān)孔口閘閥以防止孔內(nèi)漿液回流，然后再關(guān)停注漿設(shè)備。在孔內(nèi)漿液完全凝固后再拆除孔口閘閥以及注漿管等設(shè)備。

3 結(jié)束語(yǔ)

在特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中，施工單位應(yīng)結(jié)合前期的地質(zhì)勘察結(jié)果，在掌握圍巖情況的前提下設(shè)計(jì)合理的施工方案。當(dāng)圍巖強(qiáng)度較高時(shí)，需要采取先爆破后開(kāi)挖的作業(yè)模式，合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)能夠取得更加理想的爆破效果，從而減輕后期開(kāi)挖難度?？紤]到爆破會(huì)對(duì)原來(lái)的巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，因此需要采取噴錨掛網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)措施保證隧洞拱頂、側(cè)壁的穩(wěn)定性，保證導(dǎo)流隧洞內(nèi)部施工的安全和順利進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：趙建華（1972-），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)樗娂笆姓こ獭?/p>