康巍
(山西省水利水電勘測設(shè)計研究院,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,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)及時噴錨支護。為確保工程質(zhì)量,需對工程重難點問題做好相關(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
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)時間短,需及時支護襯砌。
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°。基巖強風(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)及時噴錨支護。建議堅固系數(shù)3~4,單位彈性抗力系數(shù)100~1 000MPa/m,飽和抗壓強度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,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)加強支護。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。
3.1 不同斷面優(yōu)化開挖工藝
本工程采用6個工作面同時挖進(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)實施錨桿、掛網(wǎng)、機噴混凝土。在隧洞施工通風(fēng)處理上,利用Q= Max(Q1,Q2,Q3,Q4)來計算出洞口風(fēng)機的需供風(fēng)量,即洞內(nèi)允許最低風(fēng)速計算Q1、洞內(nèi)最多工作人員數(shù)Q2、排除爆破炮煙Q3、稀釋內(nèi)燃機廢氣Q4。其中,通風(fēng)機應(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相結(jié)合的方式。
3.3 臨時支護與超前錨桿支護技術(shù)
針對Ⅲ類圍巖采用臨時支護,結(jié)合現(xiàn)場圍巖條件隨機設(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,采用超前預(yù)支護工藝。如隧洞口作為重點施工部位,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)計規(guī)劃上以洞外明挖+超前支護、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)實施超前支護,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)計參數(shù)與現(xiàn)場支護基礎(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,要對前一開挖斷面進(jìn)行全面復(fù)核,并對欠挖點進(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)計監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控的同時,應(yīng)做好隧洞收斂斷面的量測工作。如從測點埋設(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),及時處理觀測點位移變化、錨桿應(yīng)力變化等問題。量測項目、方法和頻率見表1。
表1 供水2號隧洞量測項目表
3.5 巖爆防范工作
針對2號隧洞巖爆施工風(fēng)險特點,尤其是在過路、過渠、雨季等特殊環(huán)節(jié),應(yīng)做好風(fēng)險防范、甄別與應(yīng)急處置。結(jié)合“預(yù)加固、短進(jìn)尺、弱爆破、強支護、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,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,二次襯砌的及時跟進(jìn)是保障工程安全的重點。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)點需求集中拌制,提高項目配給效率;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。
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,在施工重難點技術(shù)上,需結(jié)合工程具體實際不斷完善,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?。?986-),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