水利工程隧洞軟巖施工技術(shù)處理措施分析

李彥濱

(新疆額河建管局，烏魯木齊 830000)

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水利工程隧洞軟巖施工技術(shù)處理措施分析

李彥濱

(新疆額河建管局，烏魯木齊 830000)

文章結(jié)合某水利工程隧洞軟巖施工案例，采用現(xiàn)場(chǎng)放樣勘測(cè)、開(kāi)挖等收發(fā)端，針對(duì)軟巖的物理、力學(xué)性質(zhì)，按照軟巖隧洞設(shè)計(jì)、圍巖變形量等地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行施工和掘進(jìn)，在較大范圍內(nèi)對(duì)圍巖軟巖變形的情況進(jìn)行了技術(shù)處理，對(duì)地下工程施工技術(shù)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。

水利工程；隧洞施工；軟巖施工

雙三4#勘探試驗(yàn)洞主洞起訖里程SD52+585.465-SD53+718.160,全長(zhǎng)度1132.695m，主洞進(jìn)洞樁號(hào)SD52+918.16(雙三總樁號(hào)66+000)，進(jìn)口布置在隧洞左側(cè)，與支洞夾角83°45＇2″，主洞與支洞交叉口地面高程693.416m，縱斷面設(shè)計(jì)坡度為1/5000。主洞上游為城門(mén)洞型，下游為馬蹄形。從進(jìn)口往上游依次為：主支洞交叉洞段、連接洞段、TBM組裝洞段、TBM步進(jìn)洞段、TBM始發(fā)洞段；從進(jìn)口往下游依次為：鉆爆-Ⅲ圍巖洞段和鉆爆-Ⅳ軟巖洞段。雙三4#勘探試驗(yàn)洞開(kāi)挖人工配合機(jī)械開(kāi)挖，輔以弱爆破施工。

1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

本隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的段落為：SD53+407-SD53+718.16，共311.16m。超前地質(zhì)應(yīng)預(yù)報(bào)的內(nèi)容包括：①不同巖性接觸地帶位置，隧洞巖層風(fēng)化程度、巖體破碎程度、地下水儲(chǔ)量及發(fā)育等情況；②隧洞圍巖級(jí)別變化趨勢(shì)；③巖石斷層分布、與隧道的關(guān)系。

超前探孔每個(gè)斷面布設(shè)3個(gè)超前探測(cè)孔，鉆孔深度一般5m左右，兩循環(huán)之間搭接長(zhǎng)度≥3m。根據(jù)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、中期預(yù)報(bào)及紅外遙感預(yù)報(bào)及掌子面的揭示的地質(zhì)情況，在地質(zhì)條件復(fù)雜地段施作超前鉆孔，其中一個(gè)探孔需取巖芯，根據(jù)鉆孔大小、鉆速的變化以及水的清濁顏色，判斷掌子面前方地質(zhì)情況。一般來(lái)講，地下巖道分布很不規(guī)律，在進(jìn)行超前探水鉆孔過(guò)程中不一定能夠探到巖溶管道或溶穴、溶孔、溶隙等不良巖溶地質(zhì)，因此在施炮眼時(shí)應(yīng)將部分炮眼加深到3-6m的深度進(jìn)行輔助超前探測(cè)。另外，超前探孔數(shù)量在施工中根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況酌情增減。

接下來(lái)要根據(jù)相關(guān)勘測(cè)資料以及實(shí)際操作中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作和實(shí)施的動(dòng)內(nèi)外監(jiān)測(cè)所獲得的資料，進(jìn)行總和分析，以便于對(duì)隧道內(nèi)可能發(fā)生的大規(guī)模(高壓)涌(突)水突泥等突發(fā)情況地段施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

2 超前支護(hù)施工

超前支護(hù)方案為：軟巖地段采用超前注漿+鋼拱架?chē)婂^支護(hù)。超前支護(hù)為φ42注漿注漿小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)5m，環(huán)向間距0.4m，壁厚4mm，縱向每2.0m一環(huán)進(jìn)行超前支護(hù)；

小導(dǎo)管采用φ42鋼管加工，導(dǎo)管管口處布設(shè)型號(hào)為φ8mm的加強(qiáng)環(huán)；同時(shí)，在鋼管的前段位置，即≤30cm的范圍以?xún)?nèi)，保持漿孔不被鉆出來(lái)，其余每隔大約15cm的距離，在環(huán)向上鉆出4個(gè)孔，其直徑以10mm為宜。此外，相鄰兩個(gè)道孔口的方向之間應(yīng)當(dāng)交錯(cuò)在一起，而且管尖長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)≤20cm；同時(shí)，利用氧焊切掉缺口，再將其加工成尖端形，最后焊接即可。對(duì)于小導(dǎo)管加工而言，加工圖如圖1所示。

圖1 注漿小導(dǎo)管加工圖

3 開(kāi)挖施工

鉆爆-Ⅳ軟巖段圍巖為Ⅳ圍巖，斷面較小，開(kāi)挖采用全斷面開(kāi)挖施工。全斷面開(kāi)挖機(jī)械化作業(yè)施工示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 全斷面開(kāi)挖機(jī)械化作業(yè)施工示意圖

實(shí)施爆破作業(yè)前，先將爆破方案、地址、范圍、爆破時(shí)間、警戒方式、有關(guān)信號(hào)等報(bào)請(qǐng)當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)審批后，向業(yè)主及監(jiān)理部門(mén)進(jìn)行通報(bào)，并在爆破危險(xiǎn)區(qū)邊緣設(shè)置旗幟、聲響、燈光等有效的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)標(biāo)志。

爆破作業(yè)時(shí)，在項(xiàng)目經(jīng)理部統(tǒng)一指揮下，嚴(yán)格按照統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一時(shí)間進(jìn)行施工。在發(fā)出警戒信號(hào)后，所有與爆破作業(yè)無(wú)關(guān)的人員、設(shè)備撤離危險(xiǎn)區(qū)；在確認(rèn)所有與爆破作業(yè)無(wú)關(guān)的人員、設(shè)備均已撤離危險(xiǎn)區(qū)后、發(fā)出起爆信號(hào)。各爆破作業(yè)點(diǎn)在起爆信號(hào)發(fā)出后，統(tǒng)一時(shí)間起爆。

4 初 支

在施工之前現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)主管需對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底，交底內(nèi)容需包括鋼拱架所有技術(shù)參數(shù)及連接板大小及焊接等要求，拱架制作完成后現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)主管首先要進(jìn)行自檢，自檢合格之后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，監(jiān)理工程師檢測(cè)驗(yàn)收合格后集中堆碼在成品區(qū)備用。

5 二 襯

軟巖段全部襯砌，永久支護(hù)均為邊墻及拱頂為45cm厚C35鋼筋混凝土。主洞段底板為100cm厚C35混凝土。

混凝土襯砌長(zhǎng)度較少，采用組合鋼模施工，5m一節(jié)。對(duì)于混凝土的運(yùn)輸則采用6m3混凝土攪拌車(chē)，然后用HBT60型混凝土泵泵送[2]。

先施工底板仰拱混凝土，再施工邊頂拱混凝土。

5.1 鋼筋制作與安裝

1)洞內(nèi)鋼筋：鋼筋料運(yùn)入洞內(nèi)應(yīng)注意不使其變形，且按綁扎次序分類(lèi)堆放。采用錨桿(初期支護(hù)錨桿環(huán)向應(yīng)在同一斷面上、縱向應(yīng)在同一坡度上)外露部分作為襯砌鋼筋的固定點(diǎn)。先在錨桿外露部分上測(cè)襯砌鋼筋位置，固定縱向鋼筋，然后每隔5m綁扎(或焊接)一道橫向樣板筋，最后綁扎(或焊接)縱、環(huán)向鋼筋(與箍筋)。鋼筋綁扎或焊接后自檢鋼筋搭接長(zhǎng)度(鋼筋綁扎40d，單面焊10d)，檢查焊縫是否飽滿。為保證鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度，應(yīng)按設(shè)計(jì)尺寸，預(yù)先制造一些水泥墊塊，并在墊塊上埋入鐵絲，用鐵絲把墊塊固定在鋼筋上。

鋼筋安裝支架用鋼管腳手架搭設(shè)，φ16鋼筋可直接上頂成弧，直徑大于φ16的鋼筋應(yīng)在洞外鋼筋制作場(chǎng)提前彎制成型。

錨桿、加力筋、樣板筋，需先進(jìn)行打設(shè)，一般是在超前邊頂拱位置安裝一塊鋼筋，這有利于減少鋼筋施工安裝時(shí)間。值得一提的是，采用該種技術(shù)方法，可利用定位筋對(duì)是否存在沒(méi)有處理的部位進(jìn)行檢查。

2)直徑大于φ16的鋼筋在洞外按1：1的比例彎制成型，其單根長(zhǎng)度結(jié)合鋼筋長(zhǎng)度與施工順序要求，先綁扎邊頂拱鋼筋，邊頂拱襯砌完畢及清底后綁扎底部鋼筋。

3)采用搭接焊時(shí)，要確保鋼筋的預(yù)彎和安裝所使用的兩鋼筋軸線在一直線上。施焊時(shí)，收弧應(yīng)在搭接端頭上；弧坑應(yīng)填滿；主焊縫與定位焊縫應(yīng)融合良好；焊接地線應(yīng)與鋼筋接觸良好，防止因起弧燒傷鋼筋。

洞外鋼筋測(cè)量定位后采用人工現(xiàn)場(chǎng)綁扎。

5.2 洞內(nèi)邊頂拱混凝土

5.2.1 模板臺(tái)架就位

采用激光準(zhǔn)直儀導(dǎo)向。臺(tái)架就位以后，對(duì)頂模中心標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，由頂模支撐梁上橫向絲桿調(diào)整臺(tái)架中線；由側(cè)向絲杠對(duì)邊墻模板進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后再將其加固。完成以上操作以后，支立好擋頭板，其應(yīng)當(dāng)與巖面之間密貼在一起，確?；炷敛怀霈F(xiàn)外露現(xiàn)象。

5.2.2 立模補(bǔ)砌與澆筑

對(duì)于臺(tái)車(chē)的兩端頭擋頭而言，用木模作為模板，洞口段的木模需鉆孔，然后穿設(shè)襯砌縱向連接鋼筋。隧道襯砌作業(yè)前，需先對(duì)其斷面尺寸及其工況條件等進(jìn)行嚴(yán)格的檢查與審核，保證襯砌厚度符合要求。在混凝土澆筑前，需將模板內(nèi)的雜物、鋼筋油污等清理干凈，填實(shí)擋頭板縫隙以及孔洞。在此過(guò)程中，采用對(duì)稱(chēng)或者水平分層澆筑方法進(jìn)行混凝土施工， 控制好其灌注速度以及單側(cè)灌注的高度，尤其是單側(cè)施工時(shí)應(yīng)當(dāng)一次連續(xù)澆筑1m以?xún)?nèi)。從輸送軟管的管口位置，到澆筑面之間的垂直距離，自落高度控制在2m范圍以?xún)?nèi)，目的在于防止出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)超過(guò)時(shí)現(xiàn)象，則需采用滑槽或者串筒等方式進(jìn)行處理；在澆筑施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)確保施工作業(yè)的連續(xù)性，相鄰兩層間隔的時(shí)間不超過(guò)2h。搗固過(guò)程中，振搗器的頻率、振動(dòng)速度以及振幅等參數(shù)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)混凝土塌落度等因素具體確定。灌注施工過(guò)程中，采用的是整環(huán)灌注法。當(dāng)混凝土灌注到墻拱交界位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)停頓1h的時(shí)間，這有利于邊墻混凝土得以有效的沉實(shí)。

混凝土澆筑時(shí)，當(dāng)前高度達(dá)到作業(yè)窗以下大約50cm的位置，應(yīng)當(dāng)將周?chē)哪凉{清洗干凈，然后涂刷一層脫模劑。在窗口和面板之間的接縫位置，應(yīng)當(dāng)黏貼一層海棉止?jié){條，以避免出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。另外采用插入式振搗器振搗，直至混凝土不再下沉，表面無(wú)氣泡泛漿為止。在內(nèi)模反弧位置，應(yīng)當(dāng)充分的振搗，堅(jiān)決杜絕避氣孔現(xiàn)象發(fā)生。振搗過(guò)程中，振搗器與模板之間應(yīng)當(dāng)相互分離，切忌相互接觸，而且每次移動(dòng)的距離不超過(guò)振搗器作用半徑的1/2。封頂采用頂模中心封頂器接輸送管，按從里向外的順序逐漸封頂。

6 洞內(nèi)排水

量雙三4#試驗(yàn)洞為大下坡洞，縱坡為12.5%的下坡，洞內(nèi)出水大，支洞內(nèi)出水最大時(shí)流量為325m3/h，目前平均流量為450m3/h。主洞縱坡1/5000，坡度較緩和，洞內(nèi)所有出水全部從支洞內(nèi)排出[3]。洞內(nèi)排水施工采用多臺(tái)大功率污水泵多級(jí)排水方案，掌子面設(shè)臨時(shí)集水坑，安排6臺(tái)污水泵將掌子面的積水抽至三岔口，再由三岔口的水泵逐級(jí)抽出洞外，考慮到水泵的揚(yáng)程，支洞內(nèi)縱向每隔100m設(shè)6m3水箱一個(gè)水箱，水箱內(nèi)放置污水泵，再把下游抽上來(lái)的水逐級(jí)排出。排出洞外的水經(jīng)污水沉淀處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。洞口設(shè)置排水坡及防洪沙袋，防止雨水進(jìn)洞。

7 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，本次工程的施工方案，設(shè)計(jì)上合理，技術(shù)上可行，按時(shí)保質(zhì)地完成了水利隧洞軟巖地質(zhì)的施工工程，在較大范圍內(nèi)對(duì)圍巖軟巖變形的情況進(jìn)行了技術(shù)處理，形成了完整成熟的開(kāi)挖、支護(hù)施工方案。完善了地下隧洞的設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)施，對(duì)地下工程施工技術(shù)的發(fā)展 起到推動(dòng)作用。

[1]李增平.下車(chē)亭隧洞軟巖塌方段地質(zhì)條件及處理措施[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2012(02):64-65.

[2]陳亮,陳壽根,楊家松，等.錦屏二級(jí)水電站引水隧洞軟巖段變形特征及預(yù)留變形量分析[J].水利水電技術(shù),2013,44(10):52-56,61.

[3]李寧,劉乃飛,李國(guó)峰，等.軟巖及土質(zhì)隧洞圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)新方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014(09):1812-1821.

1007-7596(2017)04-0141-03

2017-03-12

李彥濱(1981-)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，研究方向?yàn)樗姽こ淌┕づc管理。

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