桃曲坡灌區(qū)低干渠輸水工程2#隧洞穿越鐵路施工技術(shù)

鄭 坤

(陜西省寶雞峽灌溉管理局，陜西 咸陽(yáng) 727100)

桃曲坡灌區(qū)低干渠輸水工程2#隧洞穿越鐵路施工技術(shù)

鄭 坤

(陜西省寶雞峽灌溉管理局，陜西 咸陽(yáng) 727100)

結(jié)合低干渠輸水工程2#隧洞成功穿越梅七鐵路段的施工，闡述了隧洞穿越鐵路時(shí)，在埋深較淺，并穿越土石結(jié)合變化區(qū)，圍巖成洞條件較差，開(kāi)挖極易塌方的不良地質(zhì)段時(shí)，采取“短掘、弱爆、強(qiáng)支、快襯”的施工方案，采用鋼拱架結(jié)合管棚超前支護(hù)技術(shù)，施工效果較好，對(duì)解決類似工程問(wèn)題具有一定的參考和借鑒意義。

輸水工程;隧洞穿越;施工技術(shù)

1 工程概況

低干渠輸水工程是桃曲坡灌區(qū)一項(xiàng)重要的節(jié)水工程，工程建成后將改低干灌溉系統(tǒng)15.3 km的河道輸水為隧洞輸水，年節(jié)水1 048萬(wàn) m3，改善灌溉面積20.33萬(wàn)畝。工程建成后可同時(shí)提高銅川新區(qū)城市及工業(yè)供水保證率，對(duì)保障當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展具有重要作用。

低干渠輸水工程全長(zhǎng)7973.2 m，主要為7座隧洞，3座渡槽，2座橋倒組成，其中:隧洞總長(zhǎng)7 069.99 m。隧洞設(shè)計(jì)2.2×2.2m直墻圓拱型斷面，采用 C20F50W4鋼筋砼襯砌，土洞段襯砌厚度底板為35 cm，側(cè)墻及頂拱為30 cm，石洞段襯砌厚度均為30 cm。

低干渠輸水工程2#隧洞長(zhǎng)407 m，其中巖石洞段長(zhǎng)353 m，土質(zhì)洞段長(zhǎng)54 m。隧洞在樁號(hào)0+516～0+524(長(zhǎng)度8 m)段與梅七鐵路交叉(梅七線是一條運(yùn)煤為主的一級(jí)專用鐵路線)，平面夾角35°左右，洞頂?shù)借F路面埋深17.25 m，隧洞通過(guò)土石結(jié)合變化區(qū)，洞室為弱風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r以上為黃土狀壤土，厚度8～17 m，圍巖屬Ⅳ ～Ⅴ類圍巖，隧洞開(kāi)挖極易造成塌方。

2 穿越鐵路段隧洞設(shè)計(jì)

低干渠以隧洞形式斜交穿越梅七鐵路，隧洞斷面凈尺寸仍為 2.2 ×2.2 m 直墻圓拱型斷面，底寬 2.2 m，直墻高 1.7 m，頂拱半徑1.46 m，襯砌厚度和混凝土標(biāo)號(hào)相對(duì)本規(guī)程一般隧洞有所提高，采用 C25F50W4鋼筋混凝土模筑襯砌，襯砌厚度40 cm。

考慮到穿越鐵路防護(hù)段以外的路段滲漏水對(duì)鐵路地基的影響以及鐵路活荷載向下擴(kuò)散(一般采用45°角)的影響，防護(hù)段必須有足夠的長(zhǎng)度才能保證鐵路安全，涉及確定隧洞穿越段防護(hù)范圍和長(zhǎng)度為45 m，樁號(hào)0+497～0+542。

穿越鐵路段隧洞按3級(jí)建筑物考慮，裂縫寬度限值為0.3 mm情況下，主筋需采取5Ф16，鑒于隧洞頂部梅七鐵路為一級(jí)專用鐵路性質(zhì)，在其下新建引水隧洞必須確保鐵路安全，裂縫寬度按不大于0.2 mm控制，主筋最終調(diào)整為5Ф20。

考慮到穿越鐵路防護(hù)段圍巖較破碎，為增大強(qiáng)度，保證鐵路安全，在穿越段襯砌后對(duì)此段先進(jìn)行頂部回填灌漿，再進(jìn)行洞室圍巖固結(jié)灌漿，以增強(qiáng)此段的整體安全性。

3 穿越段隧洞施工

3.1 隧洞整體施工方案

3.1.1 施工原則

在2#隧洞穿越鐵路段，遵循了“短掘、弱爆、強(qiáng)支、快襯”和管棚超前支護(hù)和鋼拱架跟進(jìn)支護(hù)的原則。

3.1.2 工藝流程

測(cè)量放線→管棚超前支護(hù)→人工鉆爆開(kāi)挖→出渣清理→管棚結(jié)合鋼拱架超前支護(hù)→下一循環(huán)→開(kāi)挖達(dá)到10 m長(zhǎng)度后澆筑襯砌砼。

3.2 隧洞施工方法

3.2.1 測(cè)量放線

用全站儀和水準(zhǔn)儀根據(jù)測(cè)量控制導(dǎo)線按工程圖紙測(cè)放出掌子面規(guī)格線、頂拱中心線和兩側(cè)腰線?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員按照開(kāi)挖斷面將管棚孔和炮孔位置用漆料標(biāo)在掌子面上。每一個(gè)循環(huán)開(kāi)始和結(jié)束測(cè)量檢查一次超欠挖情況，以便改進(jìn)鉆爆作業(yè)，確保挖洞軸線、斷面尺寸準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.2.2 隧洞開(kāi)挖掘進(jìn)

隧洞開(kāi)挖采用人工鉆爆法開(kāi)挖，30 kw軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，出渣采用 ZL－80型小型扒渣機(jī)裝渣，三輪車運(yùn)輸出渣。鉆機(jī)采用YT－28氣腿式鑿巖機(jī)，鉆桿直徑 φ25 mm;空壓機(jī)為4L－20/8型空壓機(jī)。炸藥為2#巖石乳化硝銨炸藥，雷管為毫秒電雷管，導(dǎo)爆管為塑料導(dǎo)爆管。此段掘進(jìn)采用短掘，弱爆方案，循環(huán)進(jìn)尺控制1.0 m左右，炮眼深度控制1.1～1.2 m，開(kāi)挖斷面面積 7.26 m2，布設(shè)炮眼 48 個(gè)，裝藥量17.4 kg，單位耗藥量 2.4 kg/m3。

斷面上炮眼布設(shè)為:在開(kāi)挖面中央偏下布置1個(gè)掏槽眼，四周布置6個(gè)空炮眼，空炮眼兩側(cè)各布置3個(gè)擴(kuò)槽眼，擴(kuò)槽眼間距32 cm，炮眼深度1.2 m;底板眼 5個(gè)，間距 50 cm，深度與掏槽眼相同;周邊眼18個(gè)，間距45 cm，深度1.1 m;輔助眼 12個(gè)，間距 60～80 cm，深度 1.1 m。

在爆破掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)洞室圍巖的變化情況，采取小藥量弱爆，不斷調(diào)整炮眼的布設(shè)數(shù)量、深度和裝藥量，減少對(duì)洞室圍巖的擾動(dòng)，減少坍塌量，使隧洞掘進(jìn)成洞較好。

3.2.3 隧洞支護(hù)

1)管棚超前支護(hù)。在隧洞開(kāi)挖前先在頂拱范圍內(nèi)實(shí)施超前管棚支護(hù)，管棚鋼管沿頂拱徑向均布，共11根。管棚施工技術(shù)要求如下:(1)沿鋼拱架上沿縱向鉆設(shè)管棚孔，其外插角以不侵入隧洞開(kāi)挖輪廓線越小越好。(2)管棚孔深3.0 m，孔徑大于管棚鋼管5～10 mm，鉆孔環(huán)向間距40 cm，鉆孔由高孔位向低孔位進(jìn)行。(3)縱向兩組管棚搭接長(zhǎng)度1 m。(4)管棚鋼管采用無(wú)縫鋼管，直徑 Ф50 mm，壁厚4 mm，每組鋼管長(zhǎng)度2.5 m。(5)管棚鋼管與跟進(jìn)支護(hù)的鋼拱架之間應(yīng)接觸緊密，固定采用8號(hào)鐵絲綁扎。

2)鋼拱架跟進(jìn)支護(hù)。隧洞開(kāi)挖后，及時(shí)跟進(jìn)鋼拱架支護(hù)，鋼拱架由I14工字鋼加工而成，其內(nèi)輪廓尺寸同混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的外尺寸，鋼拱架間距 1.5 m，鋼拱架之間以 Ф50 mm、壁厚4 mm的無(wú)縫鋼管焊接，保證鋼拱架的穩(wěn)定。在鐵路正下方段的10 m范圍內(nèi)，鋼拱架進(jìn)行了加密，間距1.0 m。

3.2.4 隧洞襯砌

在此穿越段45 m的掘進(jìn)過(guò)程中，隧洞掘進(jìn)達(dá)到10 m時(shí)，隨后就停止掘進(jìn)，立即進(jìn)行了隧洞的永久性鋼筋砼襯砌，每次襯砌長(zhǎng)度5 m，使砼襯砌與掌子面保持不大于5 m的距離，以保證隧洞施工安全和鐵路運(yùn)行安全。

穿越段隧洞混凝土襯砌厚度40 cm，采用P8等級(jí)的抗?jié)B鋼筋混凝土，主筋采用5Φ20雙層鋼筋，施工縫及變形縫按一級(jí)防水進(jìn)行施工。

3.2.5 監(jiān)控量測(cè)

在采取以上支護(hù)措施后，并做到在有列車通過(guò)時(shí)停止爆破和開(kāi)挖施工，并加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)觀測(cè)等工作。

在施工過(guò)程中，在0+497～0+542段洞頂每間隔5 m設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，在邊墻每間隔5 m設(shè)置收斂觀測(cè)點(diǎn)，每2 h觀測(cè)一次，直至觀測(cè)點(diǎn)變形量趨于穩(wěn)定為止。同時(shí)在地面上方的鐵路影響段布點(diǎn)，安排專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做記錄，監(jiān)控開(kāi)挖前后地表沉降變化情況，對(duì)發(fā)現(xiàn)的異常情況應(yīng)及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，確保鐵路運(yùn)行和施工安全。

在整個(gè)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)量測(cè)數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)任何異常。

4 施工效果分析

在低干渠輸水工程2#隧洞穿越鐵路段45 m的施工過(guò)程中，隧洞開(kāi)挖安全通過(guò)，洞內(nèi)未造成大的塌方，對(duì)梅七鐵路也未造成任何影響，隧洞成功穿越鐵路。說(shuō)明施工中采用的施工方案合理，設(shè)計(jì)合理安全可靠。

1)采取“短掘、弱爆、強(qiáng)支、快襯”的施工方案，對(duì)隧洞穿越不良地質(zhì)段和穿越一些重要建筑物，是非常有效的施工方法，施工組織簡(jiǎn)單，便于施工，成本較好控制，對(duì)圍巖和建筑物影響小。

2)鋼拱架結(jié)合管棚超前支護(hù)設(shè)計(jì)，增大了初期支護(hù)的整體性和剛度，有效的遏制了隧洞塌方，超前支護(hù)效果較為明顯，減少了圍巖垮塌，施工成果符合圍巖應(yīng)力釋放基本規(guī)律。從而保證穿越鐵路段的施工安全和既有鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。

3)隧洞下穿鐵路段施工時(shí)加強(qiáng)洞室圍巖及地面建筑物的監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作非常必要，切實(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在開(kāi)挖前做到對(duì)地質(zhì)情況心中有數(shù)，應(yīng)對(duì)方案和措施齊備，發(fā)生緊急情況可以做到立即處理。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程隧洞成功穿越梅七鐵路，說(shuō)明施工中采用鋼拱架結(jié)合管棚超前支護(hù)，增大了初期支護(hù)的整體性和剛度，有效遏制了隧洞開(kāi)挖塌方，采取“短掘、弱爆、強(qiáng)支、快襯”的施工方案，合理可行，設(shè)計(jì)安全可靠，施工技術(shù)成熟，簡(jiǎn)便易施工，工程成本較低，對(duì)同類問(wèn)題具有一定的參考和借鑒意義。

TV672

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1004－1184(2012)05－0171－02

2012－06－13

鄭坤(1971－)，男，陜西富平人，工程師，主要從事工程管理工作。