辛安泉供水改造工程2號隧洞施工技術(shù)簡述

康巍

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

辛安泉供水改造工程2號隧洞施工技術(shù)簡述

康巍

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

辛安泉供水改造工程取水口擬設(shè)淜頭水電站濁漳河下游河谷段，主要滿足平順、黎城等縣區(qū)的生活及工業(yè)用水需求，兼農(nóng)業(yè)灌溉。在2號隧洞改造施工中，隧洞穿過巖溶或裂隙發(fā)育地層時(shí)，局部可能產(chǎn)生涌水、突水現(xiàn)象，但受節(jié)理裂隙切割，圍巖穩(wěn)定性差，應(yīng)及時(shí)噴錨支護(hù)。為確保工程質(zhì)量，需對工程重難點(diǎn)問題做好相關(guān)技術(shù)改進(jìn)措施。

隧洞施工；超前預(yù)測；供水工程；辛安泉

1 工程概況

山西省辛安泉供水改造2號隧洞工程位于漳河與百里灘河右岸巖體中，地面高程630.0～940.0m。隧洞進(jìn)口底高程640.0m，出口底高程637.4m，隧洞埋深一般小于130m，最大達(dá)300m。隧洞圍巖為卵石混合土層，可能有上層滯水影響。洞頂上覆土層厚度5.0～55.0m，洞段圍巖類別為Ⅴ類，洞段土層遇水易變形，卵石混合土層遇水易坍塌，洞室穩(wěn)定性極差，自穩(wěn)時(shí)間短，需及時(shí)支護(hù)襯砌。

2 工程地質(zhì)條件

輸水2號隧洞沿線涉及地層有：低液限黏土，卵石混合土，結(jié)構(gòu)松散，厚度大于45m；厚—巨厚層鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，泥質(zhì)條帶灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀N70°～85°E/ NW＜30°～90°?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0～3.0m。其中，樁號ZG20+000—ZG20+106.0段隧洞圍巖類別總體為Ⅲ類。但受節(jié)理裂隙切割，局部圍巖穩(wěn)定性差，應(yīng)及時(shí)噴錨支護(hù)。建議堅(jiān)固系數(shù)3～4，單位彈性抗力系數(shù)100～1 000MPa/m，飽和抗壓強(qiáng)度40MPa，泊松比0.26～0.29，變形模量5～7.5GPa。隧洞穿過巖溶或裂隙發(fā)育地層時(shí)，局部可能產(chǎn)生涌水、突水現(xiàn)象，需考慮排水措施?；鶐r洞簾處巖體受風(fēng)化卸荷影響，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。樁號ZG20+106.0—ZG20+ 119.08段洞段圍巖類別為Ⅳ類，洞段土層遇水易產(chǎn)生軟化變形，卵石混合土層遇水易坍塌，洞室穩(wěn)定性極差，建議洞簾開挖邊坡1∶0.75～1∶1.0，并進(jìn)行加固處理。

3 施工重難點(diǎn)技術(shù)

3.1 不同斷面優(yōu)化開挖工藝

本工程采用6個工作面同時(shí)挖進(jìn)，隧洞及支洞按新奧法原理組織施工，采用噴錨構(gòu)筑法施工。由于2號隧洞屬淺埋深砂礫石混合層，為減少圍巖形變，保證圍巖穩(wěn)定性和工程安全性，隧洞巖質(zhì)地層開挖上采用鉆爆法，Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖，Ⅳ，Ⅴ類圍巖采用臺階法施工，土洞段采用人工配合機(jī)械開挖，上弧導(dǎo)坑預(yù)留核心土法施工。

3.2 鉆爆通風(fēng)技術(shù)

洞身段采用中心掏槽，爆破法掘進(jìn)，主爆孔選用毫秒微塑導(dǎo)爆管，預(yù)裂、光爆孔選用導(dǎo)爆索組成起爆網(wǎng)絡(luò)。按照爆破藥量控制及煙塵難題，針對Ⅳ及Ⅴ類巖層，通過密布孔、短進(jìn)尺、少藥量方式來施工。每一茬爆破后對不穩(wěn)定塊體及圍巖結(jié)構(gòu)實(shí)施錨桿、掛網(wǎng)、機(jī)噴混凝土。在隧洞施工通風(fēng)處理上，利用Q= Max（Q1，Q2，Q3，Q4）來計(jì)算出洞口風(fēng)機(jī)的需供風(fēng)量，即洞內(nèi)允許最低風(fēng)速計(jì)算Q1、洞內(nèi)最多工作人員數(shù)Q2、排除爆破炮煙Q3、稀釋內(nèi)燃機(jī)廢氣Q4。其中，通風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的風(fēng)壓以克服系統(tǒng)阻力，即h＞h阻，按h阻=∑h動+∑h沿+∑h局計(jì)算。在洞內(nèi)防塵處理上，采用濕式鑿巖和濕噴混凝土工藝，水幕降塵和個人防護(hù)相結(jié)合的方式。

3.3 臨時(shí)支護(hù)與超前錨桿支護(hù)技術(shù)

針對Ⅲ類圍巖采用臨時(shí)支護(hù)，結(jié)合現(xiàn)場圍巖條件隨機(jī)設(shè)置系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土來確保圍巖承載力。洞身Ⅳ，Ⅴ類圍巖，考慮到爆破后隧洞不穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，采用超前預(yù)支護(hù)工藝。如隧洞口作為重點(diǎn)施工部位，針對出口地質(zhì)條件較差，對穩(wěn)定性要求更高，在工程設(shè)計(jì)規(guī)劃上以洞外明挖+超前支護(hù)、懸吊錨桿穩(wěn)固法來處理。針對洞口巖體擾動問題，在爆破前提前對邊坡進(jìn)行預(yù)裂，以近洞口5m范圍內(nèi)采用分層方式嚴(yán)格控制施藥量來減小爆破擾動。明挖至洞頂后，采用懸吊錨桿預(yù)加固技術(shù)實(shí)施超前支護(hù)，針對局部地質(zhì)較差問題，利用錨筋孔，對圍巖、洞頂巖體進(jìn)行灌漿固結(jié)后再安裝錨桿。在洞口鎖扣開挖施工中，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)與現(xiàn)場支護(hù)基礎(chǔ)，對導(dǎo)流洞上層輪廓線外1m處布置鎖口錨桿，為確保剛性變形，將支座設(shè)計(jì)成活動方式。為增加隧洞基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度，設(shè)置承重墻來增強(qiáng)穩(wěn)定性，并對墻體進(jìn)行加固。如利用圈梁對洞口進(jìn)行封閉施工，針對特殊部位設(shè)置附加圈梁，對內(nèi)外墻交界處或轉(zhuǎn)角處設(shè)置構(gòu)造柱，并留馬牙槎和拉結(jié)鋼筋。針對Ⅴ類圍巖根據(jù)需要設(shè)置鋼筋格構(gòu)架和鋼支撐，并確保構(gòu)架緊貼巖面，與錨桿支護(hù)共同承載。針對Ⅴ類圍巖施工中鋼拱架支撐，采用每1m設(shè)置一榀鋼拱架，并根據(jù)圍巖條件適當(dāng)減少間距。洞室開挖時(shí)，要對前一開挖斷面進(jìn)行全面復(fù)核，并對欠挖點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，后期開挖首先預(yù)處理。

3.4 圍巖量測監(jiān)測工作

現(xiàn)場監(jiān)控量測與復(fù)合式襯砌是新奧法施工的核心技術(shù)。由于2號隧洞地質(zhì)條件較差，在對原設(shè)計(jì)監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，應(yīng)做好隧洞收斂斷面的量測工作。如從測點(diǎn)埋設(shè)、監(jiān)控量測、數(shù)據(jù)處理分析和儀器保養(yǎng)等方面為安全施工提供準(zhǔn)確依據(jù)，及時(shí)處理觀測點(diǎn)位移變化、錨桿應(yīng)力變化等問題。量測項(xiàng)目、方法和頻率見表1。

表1 供水2號隧洞量測項(xiàng)目表

3.5 巖爆防范工作

針對2號隧洞巖爆施工風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，尤其是在過路、過渠、雨季等特殊環(huán)節(jié)，應(yīng)做好風(fēng)險(xiǎn)防范、甄別與應(yīng)急處置。結(jié)合“預(yù)加固、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測量、襯砌緊跟”原則，對供水2號隧洞可能發(fā)生高地應(yīng)力地段進(jìn)行測試，并對巖體的巖性特征，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力特征等進(jìn)行綜合分析，預(yù)測可能出現(xiàn)巖爆的具體地段及巖爆等級。充分考慮支護(hù)措施和襯砌結(jié)構(gòu)，采用淺孔爆破，盡可能減少爆破對圍巖的影響；采用短進(jìn)尺、多循環(huán)的作業(yè)方式；實(shí)施光面爆破，開挖后對隧道工作面及其以后約15m范圍內(nèi)進(jìn)行噴霧和高壓水沖洗，以適當(dāng)改變巖石物理性質(zhì)，降低巖石脆性。另外，噴射混凝土層采用鋼纖維混凝土，提高噴層的抗拉和抗剪能力；對于可能產(chǎn)生巖爆的地區(qū)，應(yīng)采用超前地質(zhì)鉆孔對巖體應(yīng)力進(jìn)行釋放；采用高壓水濕潤，向巖體深部注水，降低巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減緩巖爆。采取以上措施后，有效規(guī)避了可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，也為推進(jìn)工程施工進(jìn)度提供了保障。

3.6 掌子面與襯砌施工

在軟巖類隧洞開挖施工中，二次襯砌的及時(shí)跟進(jìn)是保障工程安全的重點(diǎn)。由于2號隧洞砂礫巖弱膠結(jié)性，對開挖與襯砌安全間距提出較高要求，加之洞內(nèi)施工環(huán)境的復(fù)雜性，交叉施工干擾大。為此，在主洞施工前期，結(jié)合地質(zhì)監(jiān)測，設(shè)計(jì)為40m間距限值，并根據(jù)2號隧洞三個典型斷面60 d圍巖最大累計(jì)收斂變形量為水平側(cè)線8.94mm，提出洞空允許的相對收斂值為32.5mm，而對于圍巖收斂變形監(jiān)測結(jié)果，后期開挖與襯砌間距可以調(diào)整為60m，以確保整個工程開挖進(jìn)度。另外，針對多點(diǎn)作業(yè)帶來的交叉施工干擾問題，結(jié)合現(xiàn)場施工總體規(guī)劃，統(tǒng)籌協(xié)同施工各方。如設(shè)置臨時(shí)棄渣場，盡量減少占用耕地，充分利用周邊廢棄料坑；做好混凝土制備與質(zhì)量控制，根據(jù)各作業(yè)點(diǎn)需求集中拌制，提高項(xiàng)目配給效率；在洞內(nèi)施工中預(yù)先備料、留置堆渣區(qū)，確保掘進(jìn)作業(yè)速度；做好施工場區(qū)環(huán)保監(jiān)測，協(xié)調(diào)好水、電、排水、供風(fēng)等管理工作。

4 結(jié)語

辛安泉供水改造工程2號隧洞在施工方案優(yōu)化上取得了良好效果，確保了工程施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全，節(jié)約了施工成本。針對不同地質(zhì)條件下隧洞施工環(huán)境的差異性，在施工重難點(diǎn)技術(shù)上，需結(jié)合工程具體實(shí)際不斷完善，提升隧洞施工整體水平，特別是在施工監(jiān)理環(huán)節(jié)，勤量測、嚴(yán)管理，做好施工現(xiàn)場監(jiān)控與應(yīng)急措施安排。如圍巖變形量測、對已錨地段的變形檢測、噴層異常裂縫的處置，以及防洪度汛應(yīng)急救援方案的優(yōu)化，確保工程組織施工嚴(yán)密、平穩(wěn)、安全推進(jìn)。

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］1004-7042（2016）09-0033-02

康巍（1986-），男，2012年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2016-07-03；

2016-08-15