引水隧洞施工技術(shù)要點

韓蓉

【摘 要】無論隧洞處于何種地質(zhì)條件，都需要施工單位根據(jù)因地制宜的原則，合理選擇隧洞開挖、支護(hù)、爆破等施工技術(shù)，確保工程的順利進(jìn)行。本文以某引水隧道工程為例分析了引水隧洞的支護(hù)、爆破、通風(fēng)與監(jiān)測等技術(shù)，望對其它引水隧道施工有所幫助。

【關(guān)鍵詞】引水隧道；支護(hù)；爆破；通風(fēng)

一、工程概況

某水電站工程引水系統(tǒng)由進(jìn)水口、引水隧道調(diào)壓井及壓力鋼管等建筑物組成，引水隧洞采用平底馬蹄形有壓隧洞，引水隧道全長5469.59m，坡度為i=2.84‰。Ⅱ類圍巖噴砼支護(hù)，Ⅲ類圍巖掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，Ⅳ類圍巖一次支護(hù)為掛網(wǎng)噴錨，Ⅴ類圍巖一次支護(hù)鋼支撐結(jié)合掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，Ⅳ、Ⅴ類二次支護(hù)采用鋼筋砼襯砌，并對圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿及回填灌漿。引水隧洞襯砌厚度30cm，隧洞噴砼段綜合糙率為0.02，鋼筋砼襯砌段綜合糙率為0.014。

本標(biāo)段引水隧洞樁號Y0+000～Y0+810m，隧洞長度為810m，設(shè)計圍巖類別為Ⅲ～Ⅳ，巖石為S11n粉砂巖夾頁巖和S21r粉砂巖、頁巖。

二、施工技術(shù)要點

（一）開挖支護(hù)

Ⅲ類圍巖設(shè)計開挖隧洞高3.6m，底寬3m，支護(hù)采用掛網(wǎng)噴C25砼，厚度10cm，采用φ6.5鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm，錨桿為Φ22鋼筋，長2.5m，排距2m，分兩序，Ⅰ序3根，Ⅱ序4根。Ⅲ類圍巖底板澆筑C20砼，砼厚度20cm。

Ⅳ類圍巖設(shè)計開挖隧洞高3.8m，底寬3.167m，支護(hù)采用掛網(wǎng)噴C20砼，厚度10cm，采用φ6.5鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm，錨桿為Φ22鋼筋，長2.5m，排距2m，分兩序，Ⅰ序3根，Ⅱ序4根。Ⅳ類圍巖采用鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為底板40cm，邊墻、頂拱30cm。引水隧洞錯車道每隔300m一個（Ⅱ、Ⅲ類圍巖處），位置與支護(hù)型式根據(jù)開挖揭示的地質(zhì)情況確定。

（二）光面爆破

1.光爆參數(shù)

一般應(yīng)通過試驗確定，施工中可先按有關(guān)技術(shù)規(guī)范或工程類比法暫定光爆參數(shù)，總結(jié)每次爆破效果，測量炮孔殘留率、圍巖破壞程度及輪廓的不平整度，對光爆參數(shù)進(jìn)行修正、優(yōu)化，使選定的光爆參數(shù)較為合理。經(jīng)試驗，本工程光面爆破參數(shù)選定為（巖石堅固系數(shù)f=6～7）：周邊孔間距a=50cm，最小抵抗線w=60cm，炮眼深度L=2.3cm，密集系數(shù)m=0.83，不偶合系數(shù)k=1.6，線性裝藥量g=150～200g/m.

2.布孔

采用JZY—3型激光指向儀定出隧洞軸線，根據(jù)高程定出掌子面隧洞中心點，再按設(shè)計孔位在工作面上布孔，用紅色油漆標(biāo)出孔位及編號。在無水或少水部位，先行導(dǎo)洞采用9孔中空槽法。涌水部位本也采用此法，但因涌水量較大，孔內(nèi)壓力較大，炸藥容易被沖出，爆破效率差；又因涌水帶分散且近1km長，采用常規(guī)的鉆設(shè)超前排水孔或布設(shè)灌漿孔等方法，效果并不好。故在9孔中空法的基礎(chǔ)上設(shè)計出13孔4空孔的掏槽方法，另在集中滲水點鉆孔作排水孔，取得了良好的施工效果。

3.裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方法

（1）炸藥

先行導(dǎo)洞采用粉狀乳化炸藥，在有水部位，裝膠狀乳化炸藥，藥卷直徑為32；為獲得良好的光爆效果，光面爆破炸藥藥圈直徑按照不偶合系數(shù)確定。本工程采用40mm鉆頭，不偶合系數(shù)取1.6，選用藥圈直徑為25mm。炸藥選用乳化光爆炸藥，為克服巖體的挾制作用，炮孔的底腳部位裝一支粗藥圈—直徑為32mm的粉狀乳化炸藥。

（2）裝藥結(jié)構(gòu)

先行導(dǎo)洞采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，光面爆破孔采取間隔不偶合裝藥。

（3）起爆方法

先行導(dǎo)洞采用導(dǎo)火線和火雷管自內(nèi)而外分層爆破。光面爆破層是采用毫秒導(dǎo)爆管實現(xiàn)輔助孔與光面爆破孔間的微差爆破，即先用導(dǎo)爆管爆除輔助孔，再用導(dǎo)爆管引爆光爆孔內(nèi)的導(dǎo)爆索，使光爆孔同時起爆。

（三）模板工程

本工程模板主要有導(dǎo)流洞進(jìn)水口進(jìn)水塔、出水口調(diào)壓室、洞身圓型襯砌、及澆筑倉面封頭模板。導(dǎo)流洞襯砌采用定型鋼模，調(diào)壓室砼及進(jìn)水塔砼主要用組合鋼模，模板采用？12拉桿加固，輔以鋼管腳手架支撐。不足模數(shù)尺寸空隙用等厚度的木模補(bǔ)充嵌縫，鋼模背面用縱、橫鋼管組成圍柃。用拉筋或支撐進(jìn)行加固，橫斷面施工縫及支洞封堵，模板采用木模和組合鋼模的結(jié)合型式。模板安裝時，豎井門槽的埋件必須用模板一起固定好。模板拆除按《水工混凝土施工及驗收規(guī)范》有關(guān)規(guī)定要求執(zhí)行，拆除的模板應(yīng)派專人維修，涂刷脫模劑保養(yǎng)堆放整齊，以方便周轉(zhuǎn)，同時將破損嚴(yán)重，不能再用的模板清除施工區(qū)。

（四）混凝土工程

1.混凝土振搗

本引水隧洞混凝土襯砌采用鋼模臺車進(jìn)行混凝土澆筑，根據(jù)不同洞段的施工需要，鋼模臺車分為穿行和針梁兩種，針梁臺車又分為全斷面針梁臺車和底拱針梁臺車，鋼模臺車上均配有附著式振搗器，用于振搗混凝土。但是附著式振搗器都安裝在鋼模臺車的腰線上下部位，底部混凝土無法進(jìn)行振搗，且由于引水隧洞部分洞段超挖嚴(yán)重，襯砌混凝土較厚，鋼模臺車自身配備的附著式振搗器根本無法滿足混凝土的振搗要求，因此，在混凝土澆筑過程中根據(jù)不同的澆筑部位打開鋼模臺車相應(yīng)的進(jìn)料窗口（底部、頂部、腰線上下均有），在進(jìn)料窗口采用軟軸式振搗棒對混凝土進(jìn)行振搗。

2.頂拱部位混凝土澆筑

引水隧洞部分洞段頂拱超挖嚴(yán)重，巖面起伏較大，鋼模臺車進(jìn)料口距頂拱圍巖距離最大的高達(dá)1.5～2m左右，若完全以鋼模臺車進(jìn)料口進(jìn)行混凝土澆筑頂拱部位是很難澆筑密實的，因此，在進(jìn)行頂拱混凝土澆筑時采用的施工方法是預(yù)埋尾管，每一個澆筑倉至少預(yù)埋3根尾管，澆筑尾管埋設(shè)的原則是安裝在頂拱部位超挖較高處，管口距圍巖的距離為10㎝左右，澆筑順序是從澆筑倉的一端向另一端逐步澆筑，并且要求澆筑施工人員在進(jìn)行頂拱部位混凝土澆筑時加強(qiáng)對澆筑倉的觀測，確保頂拱部位的混凝土澆筑密實。

3.下1/3底拱混凝土澆筑

水庫引水隧洞由于前期開挖進(jìn)度滯后，導(dǎo)致混凝土襯砌施工工期緊張，為了加快施工進(jìn)度，采用分洞段增加工作面的方法交叉平行施工，因此，為了滿足洞內(nèi)的交通要求，部分洞段采用穿行襯砌臺車先進(jìn)行上2/3邊頂拱襯砌，后期再采用針梁襯砌臺車進(jìn)行下1/3底拱襯砌。

（五）通風(fēng)技術(shù)

隧洞施工中，由于開挖爆破炸藥的分解不完全和內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)時排放的大量有害氣體，必須及時通風(fēng)凈化空氣。同時，隧洞施工的作業(yè)人員需要不斷補(bǔ)充新鮮空氣，規(guī)范規(guī)定每人每分鐘應(yīng)擁有3m3/min新鮮空氣。目前國內(nèi)隧洞施工中的通風(fēng)問題通常采用通風(fēng)機(jī)械與風(fēng)管壓入的方法解決。當(dāng)壓人式通風(fēng)難以滿足要求時，根據(jù)國內(nèi)外的施工經(jīng)驗，一般都采用壓入式和吸出式兩套風(fēng)管混合通風(fēng)。如我國目前單向掘進(jìn)長度最長（5238m）的盤道嶺隧洞，通風(fēng)方式采用88—1型2×55kW軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為1OOm3/min，爆破后吸出污濁氣體出碴時壓入新鮮空氣的交替變換通風(fēng)方式；又如單向掘進(jìn)長度為3666m的魯布革引水隧洞，采用DF—lOOJW37型可逆式軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為1OOm3/min，爆破后逆向轉(zhuǎn)動吸出污濁氣體，其他時間則向洞內(nèi)壓人新鮮空氣，在開挖面另加一臺PF—60SW15型軸流風(fēng)機(jī)，保證工作面通風(fēng)良好。

本引水隧洞施工采用混合式通風(fēng)。在隧洞進(jìn)出口分別選用BI（J66—1）型礦井軸流通風(fēng)機(jī)，吸風(fēng)量為167m3/min。為保證掘進(jìn)工作面作業(yè)人員平均擁有的新鮮空氣不小于3.0m3/min，在兩個工作面各配置一臺I（J66—1）型礦井軸流風(fēng)機(jī)向掌子面送風(fēng)。

（六）監(jiān)測方法

1.地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察

地質(zhì)和支護(hù)狀態(tài)觀察。每次爆破后觀察確認(rèn)圍巖名稱、類別、巖層傾角，走向及變化情況與趨勢，斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育、發(fā)展情況、洞內(nèi)滲水、涌水部位、里程、流量等作地質(zhì)狀況的觀察作地質(zhì)描述。觀察頻率每循環(huán)一次。

支護(hù)狀況觀察，對初期支護(hù)和二次襯砌的情況進(jìn)行觀察，并注意位移，變形發(fā)展趨勢，以保證施工安全和反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)是否合理。

2.周邊位移量測

II、III類圍巖每50m一個斷面，IV、V類圍巖每30m一個斷面，每個斷面設(shè)兩條水平測線，主要量測邊墻，邊墻與拱部相對位移，是判斷圍巖穩(wěn)定性的重要手段，主要工具為收斂計。

3.拱部下沉量測

用以判斷拱部穩(wěn)定性，防止坍方，量測點布置與周邊位移量測相同，每個斷面拱頂部位安設(shè)一個觀測點，在后面設(shè)一個固定水準(zhǔn)點，用精密水準(zhǔn)儀量測出拱部標(biāo)高，計算出拱部下沉量。

參考文獻(xiàn)：

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