小型水工隧洞施工技術(shù)探討

□李小東 田明 張艷（焦作市引沁灌區(qū)管理局）

小型水工隧洞施工技術(shù)探討

□李小東 田明 張艷（焦作市引沁灌區(qū)管理局）

以小浪底北岸灌區(qū)一干渠隧洞為例，分析小型水工隧洞開挖、襯砌中的影響因素，針對(duì)小型隧洞如何選擇開挖、襯砌施工方案；重點(diǎn)探討軟巖、地下水、狹小施工作業(yè)空間在小型隧洞開挖、運(yùn)輸出渣、混凝土襯砌中的影響，評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)措施的優(yōu)缺點(diǎn)，分析應(yīng)對(duì)措施其對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度、成本影響；為同類隧洞施工方案選項(xiàng)提供借鑒。

水工隧洞；開挖；混凝土襯砌；施工控制

1 引言

水工隧洞是為滿足泄洪、灌溉、發(fā)電等各項(xiàng)任務(wù)在巖層中開鑿而成的建筑物。為保證隧洞按合同約定質(zhì)量、工期、投資完工，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、隧洞特性等條件選擇合理的施工技術(shù)。以下結(jié)合案例，對(duì)小型隧洞施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

2 工程概況

小浪底北岸灌區(qū)一干渠隧洞位于河南省黃河北岸。隧洞長2 997 m，設(shè)計(jì)流量6.41 m3/s，縱坡1/1 000。隧洞橫斷面城門型，寬2.30 m，高2.80 m，C25混凝土厚0.25 m。隧洞開挖斷面寬3.14 m，高3.42 m，斷面面積為9.70 m2，屬于特小斷面隧洞。

一干渠隧洞圍巖為低膠結(jié)強(qiáng)度的砂巖、泥巖、粘土巖等，巖石強(qiáng)度系數(shù)1.50～2，完整系數(shù)0.50～0.60，按礦井巷道支護(hù)分類屬于軟巖。此類圍巖具有粘結(jié)性差、強(qiáng)度低、易風(fēng)化、遇水膨脹、自穩(wěn)能力差等特性。地下水為基巖裂隙水，地表水下滲過程中，形成脈狀裂隙水和風(fēng)化殼裂隙水，局部地段出現(xiàn)較大滲流。

3 隧洞開挖方案

一干渠隧洞設(shè)計(jì)為進(jìn)出口相向開挖，單向掘進(jìn)長度約1 500 m。隧洞按照先開挖、后襯砌順序進(jìn)行施工。隧洞開挖方案應(yīng)綜合考慮隧洞斷面大小、工作面長、圍巖、不良地質(zhì)、地下水的等因素，并分析各因素對(duì)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)的影響，選擇最合適方案，達(dá)到各方最優(yōu)。

隧洞開挖包括測(cè)量、布孔、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、安全處理、出渣、支護(hù)等工序。文章僅對(duì)影響質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本的主要工序工藝選擇進(jìn)行探討。

3.1 洞口開挖

一干渠隧洞進(jìn)洞方案采用管棚法，即利用型鋼預(yù)先在洞外防護(hù)管棚，在管棚內(nèi)進(jìn)行隧洞開挖。修整隧洞進(jìn)口段自然邊坡，確保進(jìn)洞口坡面高于隧洞頂約2 m。沿洞臉周邊鉆孔，埋入直徑50 mm×5 mm無縫鋼管，用灌漿機(jī)對(duì)小導(dǎo)管周圍巖體進(jìn)行用早強(qiáng)水泥固結(jié)灌漿。在洞口處用工字鋼、鋼筋、混凝土做成支護(hù)明洞，利用支護(hù)明洞保護(hù)開挖隧洞。在明洞內(nèi)利用機(jī)械配合人工開挖，每循環(huán)進(jìn)尺不宜超過0.80 m。必要時(shí)輔以淺炮孔、小藥量、微震動(dòng)，保護(hù)周圍巖體。管棚法進(jìn)洞具有破壞自然山體少、保護(hù)地表植被、明挖工作量小的優(yōu)點(diǎn)。值得在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

3.2 洞身開挖

一干渠隧洞主洞開挖時(shí)，常規(guī)洞段采用光面爆破法。光面爆破能保持了圍巖完整性，不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂縫；在裂隙發(fā)育的地層中，能避免裂隙擴(kuò)大和產(chǎn)生新的裂縫，提高了圍巖的穩(wěn)定性。隧道成型規(guī)整，減少了隧洞超挖量，節(jié)省襯砌量，提高了施工進(jìn)度，降低工程成本。一般情況下，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不宜超過1.50 m。在斷層及破碎帶及地下水豐富等不良地質(zhì)段，采用機(jī)械松動(dòng)圍巖人工輔助修整輪廓面的方式開挖，但存在開挖進(jìn)度緩慢，需投入人工較多，生產(chǎn)效率不高，施工成本較高等問題。

3.3 出渣與運(yùn)輸

一干渠隧洞出渣運(yùn)輸距離短，不適宜有軌運(yùn)輸。隧洞開挖斷面狹窄，洞內(nèi)大型機(jī)械無法擺布，僅能選用小型運(yùn)輸機(jī)械裝渣、運(yùn)輸。隧洞出渣選用WZT-60扒渣機(jī)裝渣配合機(jī)動(dòng)三輪車方案。

3.4 排水

地下水在一干渠隧洞的影響主要是軟化、泥化巖層，給交通造成不利影響。根據(jù)一干渠隧洞地下水滲出水量小，確立“滲水即排”原則。遇到地下水滲出時(shí)，在滲水點(diǎn)附近開挖集水坑，引導(dǎo)水流入坑。若滲水范圍較廣，順?biāo)矶催厜Φ撞块_挖排水溝，滲水自流入坑。根據(jù)滲水量的大小，在集水坑布置不同型號(hào)的排水泵抽排入排水總管。排水總管在隧洞支護(hù)完成后，沿洞壁按1/1 000坡度鋪設(shè)，自流排水，管徑≥150 mm。

4 隧洞混凝土襯砌方案

混凝土襯砌按底板、邊墻與拱部兩階段進(jìn)行，邊墻和拱部模板采用鋼模臺(tái)車?；炷吝\(yùn)輸采用2 m3攪拌車，混凝土泵入倉。襯砌工序包括基底清理、鋼筋綁扎、模板、止水、伸縮縫、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等。

混凝土拌合站計(jì)量器具按期校驗(yàn)，嚴(yán)格按照簽發(fā)的配料單配料，根據(jù)原材料含水量即時(shí)調(diào)整。水、水泥、骨料、外加劑應(yīng)與原試驗(yàn)廠家、型號(hào)一致?；炷猎跀嚢铏C(jī)中連續(xù)攪拌時(shí)間應(yīng)符合要求。混凝土從攪拌機(jī)卸料、運(yùn)輸?shù)奖盟屯戤呑铋L時(shí)間不超過規(guī)定的數(shù)值。

鋼筋型號(hào)、間距、保護(hù)層等應(yīng)符合要求并綁扎牢固。伸縮縫及止水的安裝位置。鋼模臺(tái)車架設(shè)應(yīng)符合隧洞軸線、高程，位置準(zhǔn)確，連接牢固。模板就位前應(yīng)打磨平整、涂刷隔離劑。

混凝土澆筑前清理倉內(nèi)積水、混凝土廢料、雜物等。在新老混凝土接觸面鋪設(shè)高標(biāo)號(hào)水泥砂漿?；炷翍?yīng)分層澆筑,左右邊墻同時(shí)平倉，同時(shí)振搗。掌握混凝土振搗時(shí)間，避免欠振或過振?；炷翝仓^程應(yīng)隨時(shí)觀察，發(fā)現(xiàn)模板、鋼筋、止水等位置變動(dòng)及時(shí)恢復(fù)到位。混凝土澆筑完成后，混凝土強(qiáng)度超過2.50 MPa時(shí)方可拆模?；炷敛鹉：蠹皶r(shí)養(yǎng)護(hù)。

混凝土澆筑前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備，保證每倉混凝土連續(xù)澆筑，盡量做到澆筑過程中斷。

5 隧洞施工控制要點(diǎn)

一干渠隧洞施工過程中，經(jīng)歷諸多問題，對(duì)工程質(zhì)量、工期、生產(chǎn)成本均產(chǎn)生很大影響。因此需要總結(jié)本隧洞施工過程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)控制的經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。

5.1 隧洞開挖

一干渠隧洞開挖過程，超挖是不可避免的。但如何控制超挖，卻是在施工中必須認(rèn)真對(duì)待的事情。

地下圍巖千變?nèi)f化，施工圖設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)勘查也不能完全判定隧洞圍巖狀況。開挖前試驗(yàn)的爆破參數(shù)，也不能一勞永逸。施工中應(yīng)及時(shí)修正。一般情況下，圍巖狀況變化是有預(yù)兆的。比如：巖石風(fēng)化破碎程度加劇，巖石節(jié)理密集切方向一致，鉆進(jìn)度加大或出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，爆破后巖石塊度減小，巖體突然出現(xiàn)滲流，或滲水量突然加大等?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)上述情況，修正當(dāng)前掌子面的爆破參數(shù)。若發(fā)現(xiàn)爆破超挖現(xiàn)象嚴(yán)重，應(yīng)立即分析、查找原因，并予以糾正。必要時(shí)輔助人工開挖，努力降低因超挖而引起的生產(chǎn)成本的增加。

5.2 隧洞排水

一干渠隧洞施工中，地下水的滲出量雖然很小，但工程進(jìn)度的影響也不容小覷，對(duì)生產(chǎn)成本的增加更是大麻煩。開挖過程中地下水的滲出有多種形式，如：點(diǎn)滲、線滲、面滲等，也有呈股狀滲流的。隧洞地下水處理方案在實(shí)際運(yùn)行過程中，效果卻并不滿意：其一滲水未按預(yù)設(shè)路徑匯集到集水坑；其二滲水在匯集過程中已經(jīng)對(duì)圍巖造成軟化，地下水造成底板巖層淤泥化、集水坑淤積、排水泵損壞，總排水管淤塞不暢、出渣車輛通行緩慢等問題，直接造成影響隧洞開挖進(jìn)度；其三是造成運(yùn)輸機(jī)械磨損，故障多發(fā)。其四是增加工人、機(jī)械維修費(fèi)用。

針對(duì)地下水在一干渠隧洞中的影響，施工期采用以下處理方案。首先，預(yù)留底板20 cm保護(hù)層，但保護(hù)層也會(huì)泥化；其次，挖出淤泥，挖出填碎石的方案，但效果不理想；最后，采用碎石墊層上鋪設(shè)預(yù)制混凝土塊，效果較好，但已大幅度增加了工程成本。

5.3 混凝土襯砌

一干渠隧洞混凝土襯砌方案是按照流水工藝布置的。即鋼筋綁扎、鋼模臺(tái)車安裝、伸縮縫及止水安裝、混凝土澆筑、拆模與養(yǎng)護(hù)等工序順序進(jìn)行的。

隧洞內(nèi)工作面狹小，設(shè)計(jì)鋼模臺(tái)車時(shí)必須留足整修臺(tái)車、涂刷隔離劑的操作空間。臺(tái)車應(yīng)設(shè)計(jì)成既可以向下伸縮，也可以向內(nèi)伸縮的結(jié)構(gòu)。一干渠隧洞襯砌采用先澆筑邊墻混凝土0.50 m高的方案來調(diào)整鋼模臺(tái)車上下伸縮的問題。受模板支撐結(jié)構(gòu)的制約，模板向內(nèi)收縮幅度較小，特別是拱腳處處理時(shí)需要認(rèn)真細(xì)致。

合理優(yōu)化各工序配合，盡量減少相互干擾，洞內(nèi)混凝土襯砌應(yīng)采用跳倉法施工。鋼筋綁扎與鋼模臺(tái)車修整、涂刷隔離劑兩個(gè)工序相互制約。因此每倉混凝土拆模后，需要將模板移到未綁扎鋼筋的洞段維護(hù)后，才能就位。因此，跳倉法施工在隧洞內(nèi)施工是最適宜的，對(duì)提高混凝土襯砌質(zhì)量、加快施工進(jìn)度有很大的幫助。

6 結(jié)語

隧洞工程是水利工程中地下建筑物的一部分，與其他工程的隧洞又有很多不同。認(rèn)真總結(jié)分析解決在水工隧洞遇到的各種問題，確保項(xiàng)目在預(yù)計(jì)的成本內(nèi)按時(shí)、按質(zhì)完成，具有十分重要的意義。以上隧洞施工中遇到的問題對(duì)于小斷面隧洞施工或許具有很好的借鑒。

［1］李榮.軟巖隧道施工中超挖問題的處理研究.［J］黑龍江交通科技，2014（6）.

［2］劉耀勛.淺談管棚施工技術(shù)在隧洞進(jìn)口段施工中的應(yīng)用.［J］中國西部科技，2015（02）.

TV523

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1673-8853（2017）10-0053-02

李小東（1972-），男，工程師，主要從事水利工程建設(shè)管理。

2017-8-3

編輯：劉 青