淺談冬季軟巖隧洞進(jìn)洞方案

周小泉

（新疆吉音水利樞紐工程建設(shè)管理局 新疆 和田 848000）

1 工程概況

吉音水利樞紐工程位于新疆和田地區(qū)于田縣境內(nèi)的克里雅河干流吾格也克河上，壩址位于克里雅河支流烏什開布隆達(dá)里亞、可與克里雅河干流吾格也克河交匯口上游約830m處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)81°33′、北緯36°11′，壩址以上控制流域面積6375km2。工程區(qū)距于田縣城約120km，距和田市323km，距烏魯木齊1418km，是克里雅河流域開發(fā)的控制性工程，是一項(xiàng)以灌溉、防洪為主，兼顧發(fā)電的綜合性水利工程。

吉音水利樞紐工程總庫容0.82億m3。水庫正常蓄水位2509.00m，相應(yīng)庫容0.78億m3；設(shè)計(jì)洪水位2509.12m，相應(yīng)庫容0.782億m3；校核洪水位2510.76m，相應(yīng)庫容0.82億m3；死水位2470.00m，死庫容0.18億m3；水庫調(diào)節(jié)庫容0.6億m3。攔河大壩高124.5m，壩頂長(zhǎng)度489m，電站裝機(jī)3×8MW，發(fā)電引水流量31.8m3/s，年發(fā)電量1.058億kW·h。工程建成后，可滿足克里雅河灌區(qū)灌溉面積70.73萬畝的用水要求，將下游防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)由3年一遇提高到20年一遇。

吉音水利樞紐工程為Ⅱ等工程，由攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪、沖沙、放空洞（導(dǎo)流洞改建，龍?zhí)ь^形式）、發(fā)電引水洞、地面廠房（主廠房位于河床，副廠房位于左岸階地上）及電站尾水渠等組成。建筑物級(jí)別:攔河壩、表孔溢洪洞、底孔泄洪、沖沙、放空洞（導(dǎo)流洞改建，龍?zhí)ь^形式）、發(fā)電引水洞進(jìn)口為2級(jí)，發(fā)電引水洞、發(fā)電廠房、尾水渠為3級(jí)，臨時(shí)性建筑物為4級(jí)。

2 引水發(fā)電洞下平洞進(jìn)口及鎖口方案

引水發(fā)電系統(tǒng)及廠房工程施工按照工程進(jìn)度安排，2014年12月25日完成了主廠房基礎(chǔ)開挖并出落下平洞洞臉。根據(jù)對(duì)洞臉的地質(zhì)勘察結(jié)果，下平洞出口段位于壩軸線下游350m河流轉(zhuǎn)彎右岸邊，岸坡上部殘留3級(jí)階地，地表堆積有坡積碎石土層，厚8m左右；下部砂礫石約10m，結(jié)構(gòu)密實(shí)。岸坡基巖大部被覆蓋，裂隙較發(fā)育，裂隙相互切割易形成小的不穩(wěn)定體，對(duì)洞臉邊坡形成危害，因此需對(duì)洞臉上部巖體采取工程措施以確保出口段安全。

2.1 方案一

初期制定的方案為在隧洞頂拱開挖斷面外3m內(nèi)采用Ф25的錨桿進(jìn)行鎖口，錨桿入巖3m，間距60cm，排距100cm。開挖采用全斷面爆破開挖，爆破形式選用光面爆破，計(jì)劃進(jìn)尺為80cm。

針對(duì)初期方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性開挖，爆破后洞頂高程以上5m的巖石塌落，鎖口錨桿也全部塌落。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，該段為強(qiáng)風(fēng)化巖層且伴有河床滲水，巖石硬度極軟，洞室成型困難。

2.2 方案二

依據(jù)初期實(shí)驗(yàn)開挖的情況，在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。鎖口方法及錨桿布置形式不變，爆破開挖采用先進(jìn)行下半洞開挖，后進(jìn)行上半洞開挖的方式進(jìn)行。計(jì)劃進(jìn)尺變?yōu)?0cm。

按照優(yōu)化后的方案，進(jìn)行了二次實(shí)驗(yàn)性開挖。爆破完成后，上部巖石繼續(xù)塌落，鎖口錨桿同樣全部塌落，洞室未成型。

2.3 方案三

通過兩次開挖實(shí)驗(yàn)可以看出，爆破效果極差且遠(yuǎn)達(dá)不到進(jìn)洞開挖的質(zhì)量及安全要求。經(jīng)過多方考慮及參照相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，制定了“測(cè)量放線→破碎錘破除中心→人工擴(kuò)挖→鋼拱架架設(shè)→錨桿施工→掛網(wǎng)噴護(hù)→下一循環(huán)”開挖方案，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)效果較好。

（1）測(cè)量放線

測(cè)量放線工作是施工中關(guān)鍵的工序，本工程使用徠卡全站儀進(jìn)行測(cè)量放線。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)以后，首先校核基準(zhǔn)點(diǎn)，放出隧洞的中心線，建立施工控制網(wǎng)，并根據(jù)此控制網(wǎng)點(diǎn)，按設(shè)計(jì)圖紙放樣隧洞開挖輪廓線。

（2）破碎錘施工

放樣完成后，采用破碎錘進(jìn)行開挖，開挖先從洞室中心開始進(jìn)行撥出，開挖范圍為從中心開始至全斷面的三分之二。開挖進(jìn)尺約為50cm。

（3）人工擴(kuò)挖

因圍巖硬度較軟，如果采用破碎錘全斷面開挖的話，會(huì)造成嚴(yán)重超挖，固破碎錘開挖范圍只占開挖斷面的三分之二，剩余由人工采用破碎錘進(jìn)行撥出。

（4）拱架架設(shè)

鋼拱架是軟弱圍巖中初期支護(hù)的重要組織部分，施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求加工制作和架設(shè)。

鋼拱架斷面分4片拼接而成，每節(jié)之間由2個(gè)鋼腳板連接而成（δ=1m），拱架與基礎(chǔ)由1個(gè)鋼腳板連接而成。在洞外加工成型后，用自卸車?yán)连F(xiàn)場(chǎng)拼接，原則上片與片之間用螺栓聯(lián)接，榀與榀之間焊接。

施工時(shí)隧洞斷面開挖完成后，立即由機(jī)械運(yùn)輸拱架片至安裝面由人工進(jìn)行安裝，1榀拱架組成一個(gè)完整的拱架支承才能起到拱架的作用，施工中連接處采用連接件連接。

鋼支撐之間采用鋼筋網(wǎng)制成擋網(wǎng)，以防止巖石塊料掉落，鋼筋網(wǎng)采用焊接或其它方式與鋼支撐裕固連接，在砼襯砌施工前，按要求拆除部分鋼筋網(wǎng)，保證砼襯盡量填滿空隙。

鋼拱架安裝完后，開挖面噴護(hù)第一層混凝土護(hù)壁。

（5）錨噴支護(hù)

錨桿施工在開挖完成后進(jìn)行造孔注漿，錨桿施工方法采用“先注漿、后安裝錨桿”的施工方法進(jìn)行，施工順序；搭架桿—清壁—造孔—注漿—安裝錨桿—封堵保護(hù)。其工藝流程見圖1。

圖1 錨噴支護(hù)工藝流程圖

鉆錨桿孔前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和圍巖情況，定出孔位，做出標(biāo)記，開孔孔位偏差小于10cm。錨桿鉆孔采用氣腿式手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔，錨桿孔徑為φ42mm，孔距的允許偏差為150mm。系統(tǒng)錨桿孔孔軸方向垂直于開挖面，局部加固錨桿的孔軸方向，按照設(shè)計(jì)要求與可能滑動(dòng)面的交角大于45°。鉆孔傾角、方位角誤差均小于2°，孔深及孔徑滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔完畢后用高壓風(fēng)或水沖洗鉆孔，清除孔內(nèi)殘?jiān)翱妆诟≡⒋蹈煽變?nèi)積水。

錨桿選用優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋，錨桿體按設(shè)計(jì)要求在加工場(chǎng)內(nèi)斷料加工后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)；錨桿安裝前，對(duì)桿體材料進(jìn)行平直、去油污處理；錨桿內(nèi)端頭切成20°～40°斜面，以利于插桿。錨桿采用人工安裝并插入孔底。

注漿采用水泥砂漿灌注，水泥采用標(biāo)號(hào)不低于425#復(fù)合硅酸鹽水泥，砂子采用粒徑＜1.5mm的細(xì)砂，并經(jīng)試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)。根據(jù)需要可在砂漿中摻入減水、早強(qiáng)、速凝等外加劑，但摻入的外加劑不得含有對(duì)錨桿產(chǎn)生腐蝕作用的化學(xué)成份。水泥砂漿隨拌隨用，拌制均勻，防止石塊或其他雜物混入，初凝前使用完畢。

（6）鋼筋網(wǎng)噴射砼工程施工

噴射砼的施工工藝流程見圖2。

受噴面準(zhǔn)備工作。噴射施工前拆除作業(yè)面障礙物，清除開挖面浮石、石渣或堆積物，挖除欠挖部分，用高壓風(fēng)水沖洗受噴面；受噴面驗(yàn)收合格后，在錨筋上設(shè)立噴厚標(biāo)志。無錨筋時(shí)，自設(shè)錨筋設(shè)立噴厚標(biāo)志。對(duì)受噴面滲水部位，采用埋設(shè)導(dǎo)管、盲管或截水圈作排水處理。

圖2 噴射砼的施工工藝流程

混凝土料采用在拌合站拌制。噴射混凝土的配合比通過室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。拌制噴射混凝土的混合料時(shí)，各種材料要按施工配合比要求分別稱量。允許偏差：水泥、速凝劑及鋼纖維不大于±2%，砂、石各不大于±3%。混合料攪拌時(shí)間不少于2min，混合料達(dá)到攪拌均勻，坍落度8cm～12cm，顏色一致的要求?；旌狭想S拌隨用，存放時(shí)間不超過20min，保持物料新鮮。

采用TK-961型濕噴機(jī)作業(yè)。噴射厚度小于10cm，噴射施工一次完成；噴射厚度大于10cm時(shí)，噴射施工分層完成。當(dāng)作業(yè)層數(shù)不只一層時(shí)，各層間可間隔30min～60min。如果間隔時(shí)間大于1h，則按SDJ57-85規(guī)范要求對(duì)已噴混凝土面用風(fēng)和水清洗。

受噴面作業(yè)順序采用自下而上分段分區(qū)方式進(jìn)行。噴射作業(yè)時(shí)，連續(xù)供料，工作風(fēng)壓穩(wěn)定。完成或因故中斷作業(yè)時(shí)，將噴射機(jī)及料管內(nèi)的積料清理干凈。

噴砼終凝2h后即開始噴水養(yǎng)護(hù)，14d內(nèi)保持濕潤(rùn)狀態(tài)。在基槽內(nèi)澆筑梯形鋼筋砼導(dǎo)墻，砼標(biāo)號(hào)C20，鋼筋采用Ⅰ級(jí)鋼筋。導(dǎo)墻高1.3m，墻頂厚0.3m，導(dǎo)墻間距0.6m。導(dǎo)墻模板采用定型鋼模板，導(dǎo)墻兩側(cè)立模同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)澆筑砼。

依據(jù)上述方案三隧洞開挖后從形狀、安全、質(zhì)量方面都得到了改善。相比較來看，本次改進(jìn)的方案會(huì)造成施工占用時(shí)間較長(zhǎng)，但如果考慮常規(guī)支護(hù)方案的話，只能等來年進(jìn)行或強(qiáng)行進(jìn)行開挖造成大量超挖及安全隱患。

3 結(jié)語

不同圍巖類型的隧洞進(jìn)洞的支護(hù)、鎖口技術(shù)，已有許多成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但在新疆和田吉音水利樞紐引水發(fā)電系統(tǒng)及廠房工程隧洞進(jìn)洞的支護(hù)、鎖口施工中，由于地理、氣候、工期等條件的影響，隧洞開挖在12月～1月進(jìn)行，借用已有的經(jīng)驗(yàn)無法解決松軟巖層的支護(hù)和鎖口問題。在摸清地質(zhì)條件的情況下，對(duì)引水發(fā)電洞下平洞進(jìn)洞的支護(hù)及鎖口施工方案進(jìn)行了改進(jìn)，取得了良好的開挖效果，為水利工程在冬季進(jìn)洞的施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，為以后施工節(jié)約了工期，大大減少了工程經(jīng)營(yíng)成本?！?/p>