水利隧道工程洞身開挖與襯砌施工方法的應(yīng)用

張 正

(寧夏回族自治區(qū)水利水電工程局，銀川 750000)

水利隧道工程洞身開挖與襯砌施工方法的應(yīng)用

張 正

(寧夏回族自治區(qū)水利水電工程局，銀川 750000)

為了改善隧道施工過程當(dāng)中因受到地質(zhì)環(huán)境、自然條件、施工條件等多方面因素而造成隧道發(fā)生變形、裂縫等，應(yīng)從洞身開挖和襯砌施工這兩個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)入手，進(jìn)行嚴(yán)格的施工質(zhì)量把控。文章結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用著重對洞身開挖、襯砌施工進(jìn)行了技術(shù)分析，并采取科學(xué)有效的控制方法確保水利隧道工程的安全性，最終提升水利隧道工程的施工質(zhì)量。

水利隧道工程；施工方程；洞身開挖；洞身襯砌

0 引 言

隨著2015年中央1號文件的發(fā)布，國家對水利工程建設(shè)愈加重視，水利工程是一項造福子孫、利國利民的工程，具有深遠(yuǎn)意義。隧道施工是水利工程中的重要組成環(huán)節(jié)，因受到地質(zhì)環(huán)境、自然條件、施工條件等多方面因素影響，導(dǎo)致隧道發(fā)生了裂紋、變形、坍塌等破壞現(xiàn)象，造成了嚴(yán)重的不良影響。洞身開挖和襯砌施工是隧道工程中的主要施工過程，做好這兩項施工程序可以較好的延長水利工程使用壽命和減少后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。因此應(yīng)加大對洞身開挖與襯砌施工的重視力度，并對洞身開挖與襯砌施工技術(shù)進(jìn)行全面深入了解，采取改進(jìn)措施以促進(jìn)水利工程的穩(wěn)定發(fā)展。

1 水利隧道洞身開挖施工技術(shù)分析

1.1 臺階開挖技術(shù)分析

臺階環(huán)狀開挖施工中，應(yīng)采用預(yù)留核心土挖掘形式，在施工中始終遵循“安全第一、質(zhì)量至上”的方針進(jìn)行操作。水利隧道工程施工前，施工單位應(yīng)實(shí)地進(jìn)行勘測，根據(jù)施工地點(diǎn)、地質(zhì)環(huán)境以及周圍自然環(huán)境進(jìn)行全面分析，并做好施工計劃和施工方案。尤其對特殊的施工區(qū)域應(yīng)進(jìn)行區(qū)別對待，可采用臺階開挖技術(shù)形式進(jìn)行針對性施工。由于臺階開挖形式挖掘速度緩慢，應(yīng)對該施工地點(diǎn)做好相應(yīng)防護(hù)措施，并對施工臺階的高度、長度等進(jìn)行有效控制，一般臺階長度要求為50-80m，使之封閉成環(huán)來提高施工質(zhì)量。

1.2 光面爆破技術(shù)分析

在水利隧道洞身開挖過程中會受到地質(zhì)環(huán)境等多方面因素影響，會嚴(yán)重影響到隧道施工質(zhì)量，因此在隧道工程施工前對隧道洞身開挖施工技術(shù)進(jìn)行分析。在水利隧道開挖過程中主要利用爆破和機(jī)械設(shè)備施工，首先在光面爆破過程中應(yīng)注意對巖石面進(jìn)行打磨；其次施工中要對隧道洞身進(jìn)行有效保護(hù)，特別是從中心地進(jìn)行的光面爆破工作，在爆破挖掘時應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)耐翆訋r柱，一般要求土層巖柱高度不低于5m。再次在洞身開挖時應(yīng)預(yù)留70-100cm的保護(hù)厚度,再使用人工光面爆破技術(shù)形成閉環(huán)形式。

1.3 洞身開挖注意事項

對隧道圍巖進(jìn)行開挖施工時首先需做好支護(hù)工作，對于特殊軟弱地質(zhì)應(yīng)采用人工作業(yè)和機(jī)械挖掘機(jī)作業(yè)相結(jié)合的方式。①針對人工作業(yè)方式無法開挖的區(qū)域應(yīng)利用臺架手持風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，再對水利隧道洞身進(jìn)行松動爆破施工。②一般出渣方式為上臺階出渣，需要通過人工翻渣處理；下臺階出渣要利用挖掘機(jī)等機(jī)械處理。③洞身土石開挖應(yīng)采用循環(huán)進(jìn)尺方式，應(yīng)能夠立起1榀鋼架，直至架立隧道洞身的拱部鋼架全部結(jié)束后再對縮腳錨桿進(jìn)行設(shè)置，確保鋼架不出現(xiàn)懸空或沉降問題，檢查完畢后對系統(tǒng)錨桿進(jìn)行噴網(wǎng)支護(hù)。另外在隧道上級圍巖拱部支護(hù)完畢后，可以利用弱爆破施工和風(fēng)鎬施工相結(jié)合進(jìn)行開挖作業(yè)，避免施工環(huán)節(jié)破壞初期支護(hù)設(shè)施。需要注意的是隧道洞身上、下臺階之間需按照施工圖紙預(yù)留一定坡度。所有開挖工作結(jié)束后，要結(jié)合自身地質(zhì)情況設(shè)置好臨時仰拱。對于隧道洞身下臺階開挖方式，也需要利用人工作業(yè)及挖掘機(jī)作業(yè)相結(jié)合的作業(yè)方式進(jìn)行鉆孔爆破作業(yè)，要注意檢查防止出現(xiàn)拱角懸空的現(xiàn)象。洞身開挖施工后，要隨著開挖進(jìn)度做好下部鋼架以及鋼筋網(wǎng)錨桿等結(jié)構(gòu)布置，以便進(jìn)行混凝土噴射施工以及混凝土灌注施工等，從而使其與洞身拱墻構(gòu)成完整支護(hù)整體。

2 襯砌施工技術(shù)在實(shí)際施工中的應(yīng)用分析

2.1 襯砌施工常見問題分析

襯砌施工是隧道工程中的一項重要施工程序，一般采用的施工方法為利用鋼筋混凝土材料在隧道洞身周邊修筑起堅固的支護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到預(yù)防圍巖變、坍塌的目的。實(shí)際施工中，在襯砌施工中出現(xiàn)了一些質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了隧道工程的穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性，必須加以重視。常見問題和原因分析主要有以下方面：

1)表面缺陷：包括起拱線以下墻體出現(xiàn)局部麻面、蜂窩等現(xiàn)象，造成這種狀況的原因很多，主要原因多為水泥與骨料配比不合理或是砂石顆粒度過大；還有就是一次振搗混凝土太厚、振搗未達(dá)到指定層或未進(jìn)行振搗、用過的模板清理不干凈、以及未到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度過早拆開模板等原因造成的；再有就是振搗過程中未排凈混凝土中的氣泡或摻水過多，水分蒸發(fā)后出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。

2)襯砌沉降變形：由于地質(zhì)環(huán)境以及周邊水脈條件等形成復(fù)雜，且變化較大，造成基礎(chǔ)與隧道發(fā)生一些沉降變形，整體均勻下沉應(yīng)保持在規(guī)定范圍內(nèi)，但不均勻沉降就會造成襯砌混凝土出現(xiàn)變形、裂縫，而出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，治理難度較大。應(yīng)遵循“疏堵結(jié)合”的原則，根據(jù)斷層、巖體、地下水等條件設(shè)置排水溝，將涌出的水疏走來減少對襯砌的破壞。

3)襯砌錯臺：在施工過程一般需要進(jìn)行二次襯砌施工，很容易在襯砌接縫處出現(xiàn)錯臺現(xiàn)象。主要原因有以下方面，首先臺車制造時自身存在前后斷面尺寸存在誤差；其次是在使用過程中臺車受損變形或是因混凝土壓力作用下致使臺車模板出現(xiàn)變形，也會使襯砌接縫處出現(xiàn)錯臺問題；再次就是臺車支模時，曲線支頂過程中臺車與襯砌混凝土搭接部分稍長，也會導(dǎo)致接縫處漏漿出現(xiàn)錯臺問題。

4)地下水腐蝕：由于在山脈中有大量地下水存在，環(huán)境水中的鉀、鈉、鎂等硫酸鹽與混凝土中氫氧化鈣反應(yīng)后生成硫酸鈣，硫酸鈣與混凝土熟料礦物水生成高硫型水化硫鋁酸鈣，俗稱鈣礬石，由于鈣礬石的沉淀結(jié)晶會造成混凝土脹裂，發(fā)生裂縫或是塌落，應(yīng)做好針對性防范措施。

5)混凝土裂紋：主要發(fā)生在襯砌混凝土與噴射混凝土黏固不牢時，導(dǎo)致出現(xiàn)分層現(xiàn)象，襯砌混凝土因承受應(yīng)力不均易產(chǎn)生裂紋問題。

2.2 施工中放線的應(yīng)用分析

在襯砌施工前要進(jìn)行測量放線，測量放線的準(zhǔn)確度直接影響隧道工程質(zhì)量。因此在測量過程將渠坡建成后，再進(jìn)行全面測量，應(yīng)保持各個測量線間水平程度控制在2.6m，并將9m的范圍做為測量線之間的間隔距離，同時施工人員要利用有關(guān)設(shè)備設(shè)施對渠坡高度進(jìn)行標(biāo)記。另外，施工人員在隧道工程測量放線時應(yīng)當(dāng)做好與之對應(yīng)高程點(diǎn)，以便科學(xué)合理使用。

2.3 水利隧道工程養(yǎng)護(hù)過程中的應(yīng)用分析

在襯砌施工中主要以混凝土材料為主，施工過程中要對混凝土支模、振搗等施工工作進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，同時水泥混凝土后期養(yǎng)護(hù)也特別重要。因此在水利隧道混凝土施工后應(yīng)做好后期養(yǎng)護(hù)工作，混凝土凝固后達(dá)到施工最終目的，進(jìn)一步科學(xué)養(yǎng)護(hù)才能達(dá)到最佳強(qiáng)度。一般養(yǎng)護(hù)不低于28d，可適量覆蓋草簾、苫布等遮蓋物，特別注意混凝土內(nèi)外溫度差，為了降低溫度梯度影響，每天至少兩次噴霧或灑水濕潤來保證混凝土質(zhì)量，科學(xué)養(yǎng)護(hù)可以提高襯砌施工后期防水性能。

3 一次支護(hù)中的應(yīng)用分析

在整個水利隧道工程施工中一次支護(hù)十分重要，施工人員采用相應(yīng)施工設(shè)備才能做好鋪設(shè)工作。隧道工程一次支護(hù)中施工人員應(yīng)對工膜進(jìn)行裁剪，再對其進(jìn)行土層碾壓，一次支護(hù)過程中應(yīng)加強(qiáng)重視壓實(shí)支護(hù)邊緣的工作，一般可以利用沙袋等重物進(jìn)行碾壓，碾壓工作結(jié)束后收集剩余工膜以備下個環(huán)節(jié)使用。

一次支護(hù)完成后，還需要進(jìn)行重復(fù)壓實(shí)工作，一定要保證隧道土層的壓實(shí)平整性能。在一次支護(hù)過程中要對每一個土層面間的距離進(jìn)行測量，一般要求土層面間距離為10cm，避免發(fā)生相互干擾。在一次支護(hù)過程中還要由專業(yè)人員對每一個土層進(jìn)行雙縫連接，在雙縫連接施工結(jié)束后應(yīng)當(dāng)對所連接部位進(jìn)行打孔檢驗，確保質(zhì)量合格。

4 施工中質(zhì)量管理

1)一般所用原材料在選購和使用前都需要有關(guān)部門質(zhì)檢人員進(jìn)行全面檢查，審核完畢后才能投入使用，但實(shí)際當(dāng)中由于部分人員責(zé)任心不強(qiáng)導(dǎo)致不合格材料進(jìn)入施工現(xiàn)場，勢必會造成混凝土強(qiáng)度降低，甚至出現(xiàn)“豆腐渣”工程。

2)因混凝土施工人員因?qū)W歷、綜合素質(zhì)、作業(yè)習(xí)慣不同，而且施工中涉及多道工序的銜接問題,上一道工序不合格致使下一道工序也會返工,甚至出現(xiàn)質(zhì)量問題導(dǎo)致事故發(fā)生。因此引入“點(diǎn)檢”制度,在施工前由技術(shù)人員對重要關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注劃分,當(dāng)施工到某一節(jié)點(diǎn)必須由專業(yè)負(fù)責(zé)人員驗收合格后方可進(jìn)行下一道工序。通過此制度把控每一細(xì)小節(jié)點(diǎn)的合規(guī)性,確保工程質(zhì)量符合要求。

5 結(jié) 語

在我國的水利施工建設(shè)當(dāng)中隧道工程逐漸增多，洞身開挖與砌筑施工都是其中的重要環(huán)節(jié)，同樣也是施工中易出現(xiàn)問題的節(jié)點(diǎn)。文章結(jié)合理論與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)分析，在實(shí)際施工中還需技術(shù)人員根據(jù)不同的水利隧道情況，針對性采取適合的施工方案，打造優(yōu)質(zhì)放心的水利隧道工程。

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[2]吳煥通，崔永軍.隧道施工及組織管理指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

1007-7596(2017)10-0160-02

U455.4

B

2017-09-14

張正(1978-)，男，寧夏銀川人，工程師，從事水利工程施工管理工作。