引水隧道施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施分析

崔建強(qiáng)

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司山東青島　266100）

引水隧道施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施分析

崔建強(qiáng)

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司山東青島266100）

本文結(jié)合具體的工程實(shí)例對(duì)引水隧道施工難點(diǎn)以及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行分析，并對(duì)施工重難點(diǎn)項(xiàng)目施工過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，為其他類似工程提供一定的借鑒。

引水隧道；施工；難點(diǎn)；應(yīng)對(duì)措施

引言

山西中部引黃工程施工12標(biāo)，位于呂梁市方山縣境內(nèi)，跨2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，包含3號(hào)主洞（樁號(hào)：138+547.30～149+735.10）和4個(gè)支洞主洞長(zhǎng)11187.80m，4個(gè)支洞長(zhǎng)3271.42m，全長(zhǎng)約14.46km。主洞圍巖以Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)為主，部分為Ⅲ級(jí)圍巖；Ⅳ級(jí)長(zhǎng)6166.6m約占55.12%，Ⅴ級(jí)長(zhǎng)3956.09m，約占35.36%，Ⅲ級(jí)長(zhǎng)1065.11m，約占9.52%。本文結(jié)合該工程的具體情況進(jìn)行分析。

1　工程概況及主要工程量

山西中部引黃工程全線采用礦山法開(kāi)挖，支護(hù)采用初期支護(hù)加二次鋼筋混凝土襯砌，開(kāi)挖斷面全部為城門洞形。斷面凈寬3.8m，凈高4.9m。支洞均由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖及土洞段組成，主要為Ⅲ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖，部分為Ⅳ級(jí)圍巖，進(jìn)口段為土洞。斷面凈寬3.65m，交叉段斷面凈寬2.5m，斷面凈高3.2m，斷面為城門洞形。主要工程量有土石方開(kāi)挖約為32萬(wàn)方；噴射混凝土20098方；鋼筋9200t；鋼拱架579t；鋼筋混凝土襯砌79281方。初期支護(hù)噴混凝土厚度：Ⅲ級(jí)厚8cm、Ⅳ級(jí)圍巖厚10cm、Ⅴ級(jí)圍巖厚12cm，二襯厚度：Ⅲ級(jí)厚30cm、Ⅳ級(jí)圍巖厚35cm、Ⅴ級(jí)圍巖厚40cm。

2　施工重難點(diǎn)

2.1工程重點(diǎn)分析及主要對(duì)策

（1）本工程主要工程項(xiàng)目包括土方暗挖、石方暗挖、錨噴支護(hù)、回填灌漿、混凝土襯砌及隧洞施工監(jiān)測(cè)等，工程量較大、施工線路較長(zhǎng)是本工程的綜合特點(diǎn)，因此，確保各項(xiàng)工程質(zhì)量，是本工程的重點(diǎn)。應(yīng)對(duì)措施：為保證計(jì)劃工期的實(shí)現(xiàn)，合理安排總體施工工序和各期施工，優(yōu)化施工工序銜接。施工時(shí)，土石方開(kāi)挖、混凝土澆筑有機(jī)結(jié)合，流水施工，保證合同工期的實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化施工方案，簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)布置，保證施工快速進(jìn)行。

（2）本標(biāo)段工程巖性多為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖，巖層間還存在層間水，且隧洞開(kāi)挖時(shí)有遇到溶洞的可能，因此如何保證施工安全是本項(xiàng)目一大重點(diǎn)。應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)隧洞開(kāi)挖質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，洞身開(kāi)挖采用光面爆破法施工，人工鉆孔、非電毫秒雷管起爆，光面爆破質(zhì)量按“一標(biāo)準(zhǔn)、二要求、三控制、四保證”方法組織隧洞爆破施工。嚴(yán)格遵守“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)、緊襯砌”的隧洞施工原則。施工中加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及圍巖量測(cè)，采取超前鉆探孔探明地質(zhì)，分析圍巖類別，確定開(kāi)挖方法，調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確定支護(hù)型式。該工程開(kāi)挖施工工藝流程如圖1所示。

圖1　全斷面開(kāi)挖施工工藝框圖

（3）本工程所設(shè)的4座施工支洞均為斜洞，且坡度大、施工支洞長(zhǎng)度較長(zhǎng)（最長(zhǎng)段929.85m），其中人員出入、材料、石渣、混凝土拉運(yùn)均需通過(guò)斜洞進(jìn)出，因此如何保證斜洞施工安全以及隨洞開(kāi)挖過(guò)程中人員和設(shè)備的通行安全是本項(xiàng)目的一大重點(diǎn)。應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)本工程人員出入、材料、石渣、混凝土拉運(yùn)均需通過(guò)斜洞進(jìn)出，嚴(yán)格執(zhí)行斜洞行車不行人、行人不行車的制度；加強(qiáng)鋼絲繩的檢查和維護(hù)，以防止斷繩跑車事故的發(fā)生；相關(guān)人員要經(jīng)過(guò)安全技術(shù)培訓(xùn)、考試合格后才能上崗；斜洞內(nèi)安裝信號(hào)裝置；乘車人員要遵守乘車管理制度，服從司機(jī)和安全員的指揮，不得擁擠、超載。

2.2工程難點(diǎn)分析及主要對(duì)策

（1）本工程隧洞開(kāi)挖斷面較小，單頭掘進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)（單頭掘進(jìn)長(zhǎng)度最長(zhǎng)2074.8m），因此施工中通風(fēng)及出渣問(wèn)題是本工程的一大難點(diǎn)。應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)本工程隧洞開(kāi)挖面較小，單頭掘進(jìn)長(zhǎng)度較長(zhǎng)、坡度陡的特點(diǎn)，支洞出渣擬采用WZL-120型挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖，裝入礦車內(nèi)，由設(shè)置在洞口的絞車牽引到洞外，卸到洞口設(shè)置的轉(zhuǎn)渣場(chǎng)堆放。用裝載機(jī)裝車，自卸車將棄渣運(yùn)往指定渣場(chǎng)。主洞出渣擬采用WZL-120型挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖，并裝入礦斗車內(nèi)，平洞段采用自卸車運(yùn)輸?shù)街Ф唇徊娑?；再利用設(shè)在支洞口外的絞車牽引礦車出洞，卸到洞口的轉(zhuǎn)渣場(chǎng)，用裝載機(jī)裝車，自卸車將棄渣運(yùn)往指定渣場(chǎng)。本工程通風(fēng)計(jì)劃采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率2×55kW，配直徑1100mm軟質(zhì)通風(fēng)管，風(fēng)管口至工作面30m。

（2）本標(biāo)段施工線路長(zhǎng)（含支洞）約14.46km，在有效的施工工期內(nèi)如何合理利用和安排施工工作面，科學(xué)有效地組織施工是本工程的關(guān)鍵；洞身開(kāi)挖、支護(hù)和混凝土襯砌是本工程的施工重點(diǎn)。應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)隧洞有可能遇到巖溶地段的情況，在開(kāi)挖過(guò)程中采用超前地質(zhì)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)手段確定注漿地段，通過(guò)超前預(yù)注漿、后注漿、局部注漿等方式封閉加固巖溶地段，提高巖體的完整性。同時(shí)對(duì)巖溶水處理堅(jiān)持“宜疏不宜堵”的原則，并采取截、堵、排、防綜合治理措施，在施工中為防止巖溶水突然襲擊，可采取超前鉆孔探測(cè)的措施，預(yù)備足夠的抽水設(shè)備，以保施工安全。

3　引水隧道難點(diǎn)項(xiàng)目施工注意事項(xiàng)

3.1隧洞的開(kāi)挖

本標(biāo)段工程位于總干3#洞（樁號(hào)：138+547.30～149+735.10）段主洞約11.2km及33#～36#支洞的土石方洞挖施工。主洞段采用城門洞型，隧洞凈寬3.8m，凈高4.9m，直墻段高3.0m，頂拱中心角180°，半徑1m，支洞井身段均為城門洞型，凈寬3.65m，凈高3.2m，交叉段凈寬2.5m，凈高3.2m。

施工支洞進(jìn)口洞臉設(shè)計(jì)為城門洞形，采用M7.5漿砌片石砌筑，開(kāi)挖后坡面掛φ8@200mm鋼筋網(wǎng)，噴80mm厚C20混凝土，并設(shè)φ20隨機(jī)錨桿。施工支洞進(jìn)洞施工前必須完善洞頂排水系統(tǒng)，施工時(shí)必須采用先支后挖的方法，沿外輪廓線施作φ20隨機(jī)錨桿掛網(wǎng)噴護(hù)進(jìn)行加固，然后采用鉆爆法（巖洞）或直接開(kāi)挖（土洞）。鉆爆施工在正式開(kāi)挖前先進(jìn)行試驗(yàn)，以取得鉆爆的有關(guān)參數(shù)和炮眼布置及裝藥量等參數(shù)。石方采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼，松動(dòng)爆破的方法開(kāi)挖，挖掘機(jī)裝渣，自卸汽車外運(yùn)棄碴。土洞則直接挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖。

3.1.1洞口施工程序

①自上而下開(kāi)挖隧洞進(jìn)口，洞頂仰坡為1：0.5（土洞1：0.75），開(kāi)挖洞頂截水溝及兩側(cè)排水溝，截水溝距開(kāi)挖線不小于1m，截水溝、排水溝為倒梯形，上寬1200mm，底寬600，高600mm，內(nèi)部尺寸600mm×300mm，采用M7.5漿砌片石進(jìn)行砌筑，排水溝與原沖溝聯(lián)通（預(yù)埋涵管的位置和涵管相連），形成完整的排水系統(tǒng)。②從上至下進(jìn)行坡面防護(hù)。③開(kāi)挖仰坡腳時(shí)從上至下進(jìn)行坡面防護(hù)。開(kāi)挖仰坡腳時(shí)要保留核心，先從兩側(cè)挖起，寬度不超過(guò)1m。④在洞口以1m間距支立兩排型鋼支撐，其縱向放樣鋼筋做成穩(wěn)固框架。⑤在洞外支撐頂部堆放土袋，在其防護(hù)下進(jìn)行洞身開(kāi)挖。⑥開(kāi)挖洞口范圍下半斷面土方。

3.1.2異常情況處理

開(kāi)挖過(guò)程中，施工人員要隨時(shí)注意觀察土質(zhì)變化及邊坡穩(wěn)定情況，出現(xiàn)異常情況，立即報(bào)告。開(kāi)挖過(guò)程中如遇滑坡跡象，應(yīng)立即暫停施工，報(bào)告業(yè)主并主動(dòng)采取應(yīng)急措施，在轉(zhuǎn)移工人的同時(shí)，將滑坡現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行封鎖；測(cè)量人員根據(jù)滑坡跡象設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，以便觀測(cè)坡體平面及豎向位移，為應(yīng)急措施提供重要的原始資料。

3.2土洞開(kāi)挖

支洞洞口土洞段，采用小型挖機(jī)裝自卸汽車，邊開(kāi)挖邊裝自卸汽車運(yùn)輸渣料，開(kāi)挖進(jìn)尺達(dá)到1m后，人工進(jìn)行修邊處理并及時(shí)進(jìn)行鋼支撐支護(hù)及掛網(wǎng)，安裝完成后，進(jìn)行噴射混凝土施工。開(kāi)挖一定距離后采用WZL-120挖掘裝載機(jī)開(kāi)挖，周邊輪廓線部分采用人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，十字鎬、鐵鍬配合修整成型，及時(shí)進(jìn)行鋼支撐支護(hù)及掛網(wǎng)、噴射混土。施工過(guò)程中遵循確保安全、短進(jìn)尺、快封閉、強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)襯砌的原則，并指定專人做好地表沉陷、頂拱下沉、周邊位移等施工監(jiān)控工作。開(kāi)挖后的洞壁要求平整，不允許出現(xiàn)過(guò)大的起伏差，不允許欠挖。嚴(yán)格施工用水管理，未襯砌段不允許積水，也不允許出現(xiàn)大面積人為水濕。

3.3洞身爆破設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

為在石方洞挖中能按合理的爆破參數(shù)進(jìn)行施工，提高開(kāi)挖質(zhì)量，在石方洞挖前，應(yīng)進(jìn)行專門的鉆孔爆破設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。爆破設(shè)計(jì)內(nèi)容包括掏槽方式、炮眼布置、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)以及堵塞方式、起爆方法和順序等，該工程炮眼布置如圖2所示。在爆破試驗(yàn)前，首先應(yīng)按爆破設(shè)計(jì)初選各爆破參數(shù)，而后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，通過(guò)爆破試驗(yàn)，為施工選定合理的爆破參數(shù)。本工程將洞身開(kāi)挖起始端作為試驗(yàn)段，通過(guò)爆破試驗(yàn)逐步調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到良好的爆破效果。

圖2　炮孔布置示意圖

3.4錨桿支護(hù)

錨桿根據(jù)圍巖開(kāi)挖的實(shí)際情況，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范要求確定孔位、孔深和傾角。如巖層情況變化，需調(diào)整孔位、孔深和間距時(shí)，及時(shí)報(bào)監(jiān)理工程師同意后方可執(zhí)行。利用錨桿鉆機(jī)鉆孔，錨桿孔位與巖面垂直，與設(shè)計(jì)孔位偏差不大于100mm，鉆孔偏差不大于±50mm。鉆孔后用高壓風(fēng)清除孔內(nèi)石屑，然后安裝錨桿，插入長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%。成孔后用高壓風(fēng)清孔后，先將內(nèi)徑4～5mm，壁厚1～1.5mm的軟塑料排氣管同錨桿一起送入鉆孔至孔底，并在孔外留0.5m左右的富余長(zhǎng)度，然后將注漿管固定在孔口位置，并將錨桿孔口堵塞，確認(rèn)排氣管暢通后，采用雙管排氣法注漿，直到排管氣不排氣或溢出稀漿時(shí)停止，拔出排氣管，待砂漿達(dá)到強(qiáng)度后安裝墊板擰緊螺帽。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，引水隧道是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的施工項(xiàng)目，其建設(shè)過(guò)程中的影響因素較多，若不加控制和注意，就會(huì)引發(fā)工程事故，直接影響工程施工進(jìn)度。因此，需要根據(jù)具體的地質(zhì)情況以及工程建設(shè)需求選用適宜的施工工藝，保證工程施工質(zhì)量，才能使得工程的安全和質(zhì)量得到保障。

[1]李漢青，馮兵.引水隧洞混凝土襯砌施工中的難點(diǎn)、重點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施[J].四川水力發(fā)電，2010，29（4）：37～39.

[2]周垂一，李軍，嚴(yán)鵬.錦屏二級(jí)水電站深埋隧洞施工難點(diǎn)解析[J].隧道建設(shè)，2013，33（6）：481～488.

[3]孔景華.引水洞爆破施工對(duì)既有隧道襯砌的影響分析[J].隧道建設(shè)，2014（3）：221～225.

U455.4

A

1673-0038（2015）15-0214-03

2015-3-22

崔建強(qiáng)（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事隧道與地下工程工作。