東山供水工程3號隧洞施工技術(shù)簡述

許志超

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

東山供水工程任務(wù)是從清漳河、濁漳河流域水資源相對豐富的地區(qū)調(diào)水到汾河流域晉中南部的相對缺水地區(qū)，補(bǔ)充調(diào)入?yún)^(qū)的工農(nóng)業(yè)用水。供水線路隧洞總長74.53 km，占整個(gè)工程總長度的29.3%。

東山供水工程石匣支線、關(guān)河支線及云竹支線的來水匯集于云竹水庫右岸，由云竹流量調(diào)節(jié)閥室進(jìn)行壓力和流量調(diào)節(jié)，而3號隧洞將同時(shí)實(shí)現(xiàn)石匣與關(guān)河支線穿越分水嶺至云竹流量調(diào)節(jié)閥室。3號隧洞為土巖結(jié)合洞，土洞所占比例大，洞長306 m，但從隧洞地質(zhì)條件及工程使用要求考慮，設(shè)計(jì)斷面采用窄高形的城門洞形斷面，隧洞凈寬2.4 m，隧洞凈高4.15 m，頂部為半圓形，隧洞內(nèi)上下分別安裝直徑1.4 m與直徑1.6 m的鋼管，洞內(nèi)所留空隙用C15混凝土回填。

2 工程地質(zhì)情況

3號隧洞洞線走向?yàn)镾81°W，樁號10+796.7—10+872.9段為砂巖洞段，砂巖為中硬巖，巖體較破碎，圍巖厚度0～11.8 m；樁號10+872.9—11+000段為泥巖洞段，泥巖為軟巖—較軟巖，巖體完整性差，圍巖厚度0～13.2 m；樁號11+000以后為土洞段，圍巖厚度0～15.4 m。地層巖性表層為Q1含砂低液限黏土，厚0～5 m，其下為三疊系中統(tǒng)二馬營組第二亞組灰綠色中薄層中細(xì)粒長石砂巖與泥巖互層。基巖產(chǎn)狀N42°W/SW∠6°，圍巖類別為Ⅴ類，極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重，圍巖巖體單位彈性抗力系數(shù)（5～15）×104kN/m3，堅(jiān)固系數(shù)1～2。洞臉處發(fā)育一小型斷層，產(chǎn)狀 N12°W/NE∠75°，破碎影響帶寬 1～3 m。

3 隧洞施工過程

3號隧洞靠近云竹水庫，隧洞圍巖為土巖結(jié)合，設(shè)計(jì)斷面為窄高形的城門洞形斷面，洞內(nèi)上下安裝不同直徑的鋼管。根據(jù)3號隧洞特點(diǎn)，隧洞的主要施工工序?yàn)椋簻y量放線、隧洞開挖、一次支護(hù)、下部直徑1 600 mm鋼管安裝、下部回填C15素混凝土、上部直徑1 400 mm鋼管安裝、預(yù)留灌漿管安裝、上部回填C15素混凝土、回填灌漿。

3.1 隧洞開挖及一次支護(hù)

3.1.1 土洞段

土洞段施工工序?yàn)槌板^桿、開挖及一次支護(hù)。拱頂超前錨桿采用風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔方向偏向洞外，與洞軸線呈3°左右交角，超前錨桿采用直徑28 mm的螺紋鋼，長度3.0 m，間距不大于20 cm，錨桿間搭接長度1.0 m，掌子面外露0.7 m。土洞段土質(zhì)堅(jiān)硬且無滲水，采用小型挖掘機(jī)開挖，扒渣機(jī)配合四輪車出渣，開挖控制長度為每個(gè)循環(huán)1 m。開挖完成后及時(shí)安裝鋼拱架，洞底先鋪設(shè)18號工字鋼地梁，地梁長2.6 m，兩端焊工字鋼立柱定位鋼板，然后C20混凝土硬化底板，工字鋼兩端定位鋼板安裝立柱，立柱與上部工字鋼進(jìn)行連接，鋼拱架間距1～2 m。拱架分4段，采用鋼板螺絲連接，底部與地梁焊接，鎖腳錨桿采用直徑28 mm的螺紋鋼呈60°布置，深入3 m，排距1 m，錨桿端部與拱架焊接。工字鋼頂部與超前錨桿焊接，鋼筋網(wǎng)片安裝在鋼拱架外側(cè)，采用直徑8 mm的鋼筋，用直徑28 mm的螺紋鋼聯(lián)系筋支撐并與鋼拱架焊接。隨后對洞頂及側(cè)壁噴射150 mm厚C20混凝土加固。

3.1.2 土石過渡洞段

土石過渡洞段拱頂超前錨桿施工與土洞段相同；隧洞開挖采用上下分段開挖，先開挖上部土洞段，土洞左右側(cè)壁各擴(kuò)挖50 cm，清理出基巖面；待上部土洞掘進(jìn)及支護(hù)10～20 m后，對下部巖石洞段集中進(jìn)行人工鉆孔、裝填巖石破碎材料和基巖破碎開挖。

上部土洞段一次支護(hù)，將直徑28 mm的楔型錨桿錨固于基巖面，錨固深度900 mm，外露100 mm，錨桿上部焊接鋼板，將鋼拱架底部與鋼板焊接牢固。鋼支撐采用14號工字鋼，連接筋采用直徑28 mm的螺紋鋼，每榀間距1～2 m，環(huán)向布置。拱架間掛直徑8 mm的鋼筋網(wǎng)片，噴150 mm厚C20混凝土支護(hù)。

3.1.3 巖石洞段

巖石洞段采用YT-28型手風(fēng)鉆配合單臂液壓鑿巖臺車鉆孔，采用周邊光面爆破，鉆孔深度1.8 m，全斷面一次開挖成型，采用ZL30型裝載機(jī)出渣并運(yùn)至洞外的棄渣場。巖石洞段超前錨桿及一次支護(hù)與土洞段基本相同。

3.2 鋼管安裝及混凝土回填

隧洞為洞內(nèi)安裝直徑1 400 mm與直徑1 600 mm的雙管，分上下兩次安裝，先進(jìn)行下部直徑1 600 mm鋼管的施工，待下部回填混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行上部直徑1 400 mm鋼管的施工，預(yù)埋灌漿管后，進(jìn)行上部回填混凝土的施工。

3.2.1 鋼管安裝

鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸采用事先安設(shè)的軌道進(jìn)行滑行，軌道采用直徑50 mm的鋼管雙排沿隧洞縱向固定，間距50 cm，采用5 t卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引，適當(dāng)控制牽引速度，防止對鋼管管壁造成損壞。為防止鋼管變形，安裝過程中在鋼管內(nèi)部每隔2 m設(shè)置一道米字撐，待鋼管外包混凝土澆筑完成后方可拆除。

鋼管滑行接近安裝位置后，采用2臺小型龍門架配合手動(dòng)倒鏈葫蘆進(jìn)行鋼管就位，在鋼管兩頭距管頭2 m位置處起吊，矯正位置人工輔助下管至鋼管支撐架，支撐架采用型鋼制作，每2 m設(shè)置一個(gè)，每節(jié)鋼管均勻設(shè)置3個(gè)鋼管支撐架，支撐架頂高程與鋼管安裝底高程相匹配，管底安裝高程控制在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。調(diào)整鋼管高程、軸線位置達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將管節(jié)與支撐架焊接固定。鋼管設(shè)管內(nèi)單焊縫，焊接采用管內(nèi)對稱焊接及分段退焊的方式進(jìn)行。

3.2.2 混凝土回填

鋼管安裝焊接完成后，用鋼筋將鋼管與隧洞底板及側(cè)墻進(jìn)行固定，確?；炷粱靥顣r(shí)管位不發(fā)生偏移?；炷粱靥钍┕で埃捎萌斯Φ装暹M(jìn)行清理鑿毛，確保混凝土與基礎(chǔ)面結(jié)合良好。

下部包封混凝土回填高度2.25 m，上部混凝土回填采用全斷面回填，7.5 m為一個(gè)回填單元，M7.5漿砌磚作為堵頭?；炷猎诙纯诎韬希斯づ浜螲BT-50混凝土泵直接入倉，混凝土回填通過人工移動(dòng)混凝土輸送管路后退進(jìn)行，插入振搗器密實(shí)，回填時(shí)管兩側(cè)混凝土分層均衡上升。

3.2.3 回填灌漿

上部混凝土回填前預(yù)埋直徑50 mm的灌漿花管，灌漿花管利用鋼筋固定于洞壁。回填灌漿在混凝土全部澆筑完成后進(jìn)行。灌漿采用預(yù)埋管注漿法“純壓式”灌漿，灌漿壓力由設(shè)置在孔口的壓力表控制，壓力控制在0.2～0.3 MPa之間，灌漿孔停止吸漿5 min后結(jié)束該孔的灌注，進(jìn)行封孔，并將孔口抹平。

4 結(jié)語

東山供水工程3號隧洞長度雖然有限，但隧洞靠近云竹水庫；隧洞地質(zhì)特別復(fù)雜，包含了土洞段、土石過渡洞段及巖石洞段；施工斷面與一般隧洞斷面有別，為窄高形的城門洞形斷面；隧洞內(nèi)要分上下層安裝不同直徑的鋼管，并分層分段進(jìn)行洞內(nèi)混凝土回填。雖然施工難度大，施工中也出現(xiàn)過一些技術(shù)問題，由于施工前編制了詳細(xì)的施工方案，目前隧洞施工已順利完成，下一步將進(jìn)行通水檢驗(yàn)。