水利工程隧洞施工技術(shù)探討

蔣湖全　熊佐明

摘要:文章主要從隧洞開(kāi)挖、隧洞支護(hù)與襯砌、圍巖的開(kāi)挖與支護(hù)、錨桿的施工技術(shù)、混凝土襯砌、噴混凝土、隧洞灌漿等幾個(gè)方面,探討隧洞施工中的技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:水利工程;隧洞施工;施工技術(shù)

1隧洞開(kāi)挖

隧洞進(jìn)、出口的邊坡開(kāi)挖要按照所設(shè)計(jì)的洞臉開(kāi)挖坡比進(jìn)行,進(jìn)、出口洞臉和兩側(cè)邊坡宜避免邊坡開(kāi)挖,當(dāng)無(wú)法避免時(shí),要邊開(kāi)挖邊支護(hù);隧洞橫斷面的最小尺寸,一般情況下,圓形斷面的內(nèi)徑不宜小于1.8 m,非圓形斷面的高度不宜小于1.8 m,寬度不宜小于1.5 m,可采用掘進(jìn)機(jī)、架鉆臺(tái)車(chē)、鋼模臺(tái)車(chē)等較大型設(shè)備施工,但其斷面尺寸應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定;為了確保施工安全及建筑物的安全,隧洞進(jìn)洞之前,最好先施工洞外建筑(明洞或暗渠),穩(wěn)定洞臉及提高洞口施工的安全系數(shù);水利工程隧洞施工規(guī)范規(guī)定,洞室開(kāi)挖嚴(yán)禁欠挖,控制超挖,徑向超挖值不大于10 cm,且所有松散巖塊要徹底清除,超挖回填必須用同標(biāo)號(hào)混凝土回填,且不予計(jì)量。

2隧洞支護(hù)與襯砌

隧洞支護(hù)形式與圍巖類(lèi)別、隧洞的工況、隧洞的大小、開(kāi)挖形式及支護(hù)的材料和設(shè)備有著密切的關(guān)系。其開(kāi)挖方式一般為全斷面開(kāi)挖、上下臺(tái)階開(kāi)挖、先導(dǎo)洞開(kāi)挖和眼鏡法開(kāi)挖等多種形式。其支護(hù)手段一般為:噴混凝土、錨噴混凝土、錨網(wǎng)噴混凝土、錨網(wǎng)結(jié)合鋼支撐(或格柵鋼架)噴混凝土、混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌等。針對(duì)軟弱破碎喂巖,為確保施工安全,常常在掌子面進(jìn)行超前預(yù)支護(hù),其方法一般包括,超前錨桿、超前小導(dǎo)管、管棚、預(yù)襯砌、水平高壓旋噴壓注、圍巖注漿等手段。另外對(duì)特殊洞段宜采用超前管棚、預(yù)注漿及鋼拱架支撐等特殊支護(hù)措施。

隧洞襯砌形式與斷面形狀和尺寸、運(yùn)行條件、內(nèi)水壓力、圍巖條件(覆蓋厚度、圍巖分類(lèi)、承擔(dān)內(nèi)水壓力能力、地下水分布及連通情況、地質(zhì)構(gòu)造及影響程度)、防滲要求、支護(hù)效果、施工方法等因素有著密切的聯(lián)系,其襯砌一般為平整襯砌、單層襯砌、錨噴襯砌、混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌和預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌(機(jī)械式或灌漿式);當(dāng)隧洞在穿過(guò)斷層、軟弱破碎帶以及和豎井交接處時(shí)出現(xiàn)較大的相對(duì)變位時(shí),襯砌需要加厚應(yīng)設(shè)置橫向變形縫,圍巖地質(zhì)條件比較均一的洞身段只設(shè)施工縫;根據(jù)澆筑能力和溫度收縮等因素確定沿洞線(xiàn)的分段長(zhǎng)度,一般采用6～12m底拱和邊拱,頂拱的環(huán)向縫不得錯(cuò)開(kāi)。

3隧洞圍巖的開(kāi)挖與支護(hù)

①隧洞V類(lèi)圍巖。Ⅴ類(lèi)圍巖選擇上導(dǎo)洞先進(jìn)、兩側(cè)面跟進(jìn)的環(huán)形開(kāi)挖法,采用噴鋼纖維混凝土及掛網(wǎng);在隧洞進(jìn)口區(qū)明挖支護(hù)完畢后,進(jìn)行隧洞開(kāi)挖,采用大斷面開(kāi)挖;隧洞開(kāi)挖炮孔布置,施工時(shí)的爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)確定。②隧洞Ⅲ-Ⅳ類(lèi)圍巖。Ⅳ類(lèi)圍巖采用上部臺(tái)階先進(jìn)的分部開(kāi)挖法,要求短進(jìn)尺,弱爆破、多循環(huán)。可采用掛網(wǎng)錨噴;采用全斷面開(kāi)挖;鉆孔深度3.50 m,循環(huán)進(jìn)尺3.20 m,開(kāi)挖炮孔布置,施工時(shí)的爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)確定。③隧洞Ⅱ類(lèi)圍巖。隧洞Ⅱ類(lèi)圍巖的開(kāi)挖采用全斷面開(kāi)挖;鉆孔深度3.50 m,循環(huán)進(jìn)尺3.20 m,開(kāi)挖炮孔布置,施工時(shí)的爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)確定。

4錨桿的施工技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和喂巖情況確定孔位,并做出標(biāo)記,開(kāi)孔位置允許偏差為10 cm;鉆孔前要選好鉆頭尺寸,采用“選注漿后插桿”的程序,鉆頭直徑應(yīng)比錨桿直徑大15mm以上,若采用“先插桿后注漿”的程序,孔口注漿時(shí),鉆頭直徑比錨桿直徑大25 mm以上,孔底注漿時(shí),鉆頭直徑應(yīng)比錨桿直徑大40 mm以上;而鉆孔的深度則由不同的錨桿而有不同的規(guī)定;在鉆孔結(jié)束后,應(yīng)清除干凈孔內(nèi)的巖粉和積水;在IV類(lèi)、V類(lèi)圍巖及特殊地質(zhì)圍巖中開(kāi)挖的隧洞,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況先噴湖擰土或掛網(wǎng)噴混凝土,再安裝錨桿,為防止塌孔,應(yīng)在錨桿孔鉆完后及時(shí)安裝錨桿桿體,當(dāng)成孔困難時(shí),可采用自鉆式注漿錨桿或管式錨桿。

5隧洞混凝土襯砌

水利隧洞混凝土有抗?jié)B要求,混凝土粗骨料一般要求雙級(jí)配及以上;在襯砌時(shí),單層鋼筋混凝土襯砌厚度不宜小于250 mm,雙層鋼筋混凝土襯砌厚度不宜小于300mm;鋼筋混凝土襯砌從隧洞中間伸縮縫處開(kāi)始襯砌,按照設(shè)計(jì)分倉(cāng)澆筑,且混凝土澆筑要連續(xù),從攪拌站把混凝土用罐車(chē)運(yùn)至澆筑段,直接卸入混凝土泵(HB30)料斗內(nèi),經(jīng)導(dǎo)管由模板下料口入倉(cāng),水平分層鋪料,厚度不大于50 cm,下料由底拱開(kāi)始,兩側(cè)均勻下料,逐漸升高至邊頂拱。采用2.2 kW 軟軸插入式振搗器振搗密實(shí),要求將混凝土內(nèi)的空氣引出,振搗器垂直插入干層5 cm～10cm ,并做好封倉(cāng)處理;一旦因故混凝土澆筑中斷,要將已澆筑混凝土頂頂面鑿毛,鋪2～3 cm厚砂漿方可繼續(xù)澆筑,若在加大水位以?xún)?nèi)出現(xiàn)施工冷縫,此段混凝土視報(bào)廢產(chǎn)品,要求返工。

6隧洞噴混凝土

應(yīng)根據(jù)工程量、進(jìn)度要求、工藝流程等條件選擇噴射機(jī),優(yōu)先選用濕式噴射機(jī),則其對(duì)所用的黃砂對(duì)細(xì)度模數(shù)、含泥量及含水量要求較高,施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把好黃砂質(zhì)量關(guān)。噴射混凝土前,應(yīng)清除開(kāi)挖面的浮石和墻角的石渣、堆積物,用高壓風(fēng)水將受?chē)娒鏇_洗干凈,對(duì)于遇水易潮解、泥化的巖層,應(yīng)用高壓風(fēng)清掃巖面。隧洞噴射混凝土施工時(shí),按先底拱—邊拱—頂拱的順序分段、分次進(jìn)行,噴射進(jìn)行,各段間的結(jié)合部和結(jié)構(gòu)的接縫處要做好妥善處理,不得存在漏噴部位。噴頭與受?chē)妿r石面垂直,螺旋式噴射,噴射距離控制在0.6～1.2 m。一次噴射厚度控制在5cm左右,第一層噴射混凝土終凝后,第二層噴射應(yīng)在前一層噴射混凝土終凝后進(jìn)行,直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度,如遇終凝超過(guò)1 h,則用高壓水沖洗干凈后,再進(jìn)行第二層噴射。噴混凝土終凝2h后即進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù),一般工程不得少于7d的養(yǎng)護(hù),重要工程不得少于14d的養(yǎng)護(hù)。當(dāng)氣溫底于50℃時(shí),不得噴水養(yǎng)護(hù),必要時(shí)還需采取保溫防凍措施。

7隧洞灌漿

混凝土及鋼筋混凝土襯砌的頂部(頂拱),必須進(jìn)行回填灌漿,目的是充填混凝土襯砌與拱部巖面的空腔,防止通水后拱部塌方砸壞拱圈,危及供水;而回填灌漿的范圍、孔距、排距、灌漿壓力及灌漿濃度等都和隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)型式、運(yùn)行條件等有著密切的聯(lián)系;回填灌漿的范圍宜在頂部或頂拱中心角900～1200°以?xún)?nèi),孔距和排距宜為2～6 m,灌漿壓力應(yīng)視混凝土襯砌厚度和配筋情況確定;對(duì)混凝土襯砌可采用0.2～0.8 MPa;對(duì)鋼筋混凝土襯砌可采用0.3～0.5 MPa;灌漿孔應(yīng)深入圍巖50 mm以上;灌注要分區(qū)段進(jìn)行,且要分兩個(gè)次序進(jìn)行,后序孔為頂孔,先灌一序孔,后灌二序孔,施工應(yīng)自低的一段開(kāi)始,向較高的一段堆進(jìn),同一區(qū)段的同一次序孔可全部或部分鉆孔后在灌漿,也可單孔分序鉆金和灌漿;當(dāng)隧洞襯砌遇有圍巖塌陷、溶洞、較大超挖等情況時(shí),施工時(shí)應(yīng)在該部位頂部頂拱預(yù)埋灌漿管及排氣管;隧洞封堵體頂部也要進(jìn)行回填灌漿,封堵體其他周邊與圍巖間以及由于各種原因張開(kāi)的縫隙均應(yīng)做接觸灌漿;封堵段圍巖的固結(jié)灌漿可根據(jù)圍巖條件作用水頭大小以及封堵體型式研究決定。

綜上所述,文章通過(guò)對(duì)水工隧洞施工技術(shù)的介紹,我們對(duì)其有了初步的了解。但由于每一個(gè)水利工程隧洞的施工技術(shù)受所實(shí)施的工程狀況、環(huán)境、地質(zhì)、圍巖等不同情況的影響,則其具體的施工技術(shù)也會(huì)有所不同,所以在具體的工程施工時(shí),應(yīng)結(jié)合具體的情況和施工能力形成具體的施工技術(shù),提高施工技術(shù)的水平。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉英麗,劉曉娟,趙文海.隧洞施工技術(shù)方法探討[J].黑龍江水利科技,2008,36(4).

[2] SL279-2002,水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范[S].