隧洞豎井開挖施工工藝的選擇及運用

(施甸縣水務(wù)局, 云南 寶山 678200)

隧洞豎井開挖施工工藝的選擇及運用

楊在華尹自萍

(施甸縣水務(wù)局, 云南 寶山 678200)

在水利水電工程隧洞的施工過程中，經(jīng)常會遇到豎井開挖的情況。而豎井開挖施工中的出渣環(huán)節(jié)，往往是決定掘進速度快慢的關(guān)鍵。本文就“先導(dǎo)井后擴挖”施工工藝在紅谷田水庫中的應(yīng)用進行了闡述，并介紹了具體的施工工藝。在底部平洞具備出渣的條件下，通過采用“先導(dǎo)井后擴挖”施工工藝，既有利于出渣，又節(jié)約了施工成本。同時還加快了施工進度，經(jīng)濟和社會效益顯著。

隧洞豎井； 先導(dǎo)井后擴挖； 施工工藝

1 概 況

紅谷田水庫位于云南省保山市施甸縣境內(nèi)，怒江一級支流施甸河中游。壩址以上徑流面積50.5km2，壩址高程1593.80m，地理坐標(biāo)為東經(jīng)99°12′44″、北緯24°49′01″。水庫總庫容1190.3萬m3，工程規(guī)模中型，工程等別Ⅲ等。主要功能是解決農(nóng)村人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉供水，農(nóng)村供水人口4.79萬、牲畜6.46萬頭，設(shè)計灌溉面積2.68萬畝。水庫樞紐工程由大壩、輸水隧洞、溢洪道組成。

輸水隧洞布置于左岸，輸水隧洞與導(dǎo)流隧洞采用兩洞結(jié)合的方式布置，輸水隧洞全長751.154m。設(shè)計輸水流量3.0m3/s，最大泄流量50.6m3/s(P=5%)。豎井?dāng)嗝鏋榫匦?，?3.96m，縱向長9.9m,橫向?qū)?.7m。

輸水隧洞穿越低中山山脊，坡度10°～30°，地形起伏不平，屬構(gòu)造侵蝕、剝蝕地貌。豎井出露地層為奧陶系下統(tǒng)老尖山組(O1l)，巖性主要為頁巖、石英砂巖、砂巖，巖層產(chǎn)狀N25°～50°E，NW∠50～83°。受斷層影響，局部夾陡傾泥化軟弱夾層，全風(fēng)化底界埋深36m，強風(fēng)化底界埋深45m。地下水為裂隙水，主要受大氣降水補給，地下水位埋深25m。巖體完整性較差，自地面以下52m圍巖類別為Ⅴ級， 52m至井底圍巖類別為Ⅳ～Ⅲ級。設(shè)計開挖初期支護為?井口至全風(fēng)化底界采用鋼筋混凝土倒掛井襯砌支護，每循環(huán)段襯砌完成后布置φ22mm系統(tǒng)錨桿錨固，L=3m，@1.5m；?全風(fēng)化底界至強風(fēng)化底界采用砂漿錨桿掛網(wǎng)支護，(φ22mm鋼筋，L=3m@1.5m)+掛網(wǎng)(φ6.5mm@200mm)+噴C20混凝土厚10cm；?弱風(fēng)化巖體采用隨機錨桿支護，(φ22mm鋼筋，L=3m隨機錨桿)+噴C20混凝土厚5cm。

2 施工方案及工藝流程

2.1 施工方案

在水利水電工程隧洞的施工過程中,經(jīng)常會遇到豎井開挖,尤其是深豎井開挖，而豎井開挖施工中的出渣這一環(huán)節(jié),往往是決定掘進速度快慢的關(guān)鍵。豎井施工方法一般有全斷面開挖、導(dǎo)井開挖兩種方法。全斷面開挖方法鑿井是從上部或下部掘進工作面的施工方法。導(dǎo)井施工是先施工小斷面導(dǎo)井，以平洞作為出渣的通道。使其起到溜渣、通風(fēng)、排水作用，然后再擴挖至設(shè)計斷面的施工方法。導(dǎo)井又分為上導(dǎo)井和下導(dǎo)井兩種,上導(dǎo)井采用鉆爆提渣,下導(dǎo)井采用反井鉆機等方式。

紅谷田水庫地下水位埋深25m，巖體完整性較差，自地面以下52m圍巖類別為Ⅴ級，全斷面開挖存在較大安全隱患。導(dǎo)井法施工由于出渣方式的變化可以節(jié)約施工成本, 與全斷面開挖的施工工藝相比, 采用導(dǎo)井施工在安全、工期和投資方面效果明顯。綜合考慮安全、進度、投資等因素, 紅谷田水庫豎井選擇“先導(dǎo)井后擴挖”的上導(dǎo)井施工工藝。

2.2 施工工藝

紅谷田水庫豎井開挖設(shè)計斷面為矩形，縱向長9.9m,橫向?qū)?.7m。導(dǎo)井直徑1.5m，采用自上而下“先導(dǎo)井后擴挖”的方法施工。

2.2.1 鎖口

a. 鎖口基坑采用機械開挖，開挖完成后，及時進行鎖口鋼筋混凝土澆筑，鎖口高3.0m。

b. 鎖口C20混凝土采用拌和機拌和，斗車運輸。

c. 鎖口混凝土高出地面40cm，并設(shè)排水溝，以防止地表水進入井孔內(nèi)。

2.2.2 豎井施工工藝

豎井施工工藝流程如圖1所示。

圖1 豎井施工工藝流程框圖

3 導(dǎo)井施工方法及技術(shù)措施

3.1 放樣

開工前先建立施工控制網(wǎng)，完成鎖口后,復(fù)核控制網(wǎng),并建立臨時控制點。導(dǎo)井施工時，為控制導(dǎo)井軸線，在鎖口頂部測設(shè)四個控制點(用錨筋錨入基巖形成)，分別用型鋼將兩對角線連接，兩對角線連接交點即為豎井中心點，施工時，掛重錘于該中心點，即可放出掌子面處的閘室井中心點。高程控制時在洞壁上設(shè)高程點，用鋼卷尺丈量的方法進行傳遞。

3.2 導(dǎo)井施工

3.2.1 注意事項

a. 導(dǎo)井第一倉混凝土臨時襯砌高出地面20cm，以防地面水流入井內(nèi)或雜物落入井內(nèi)。井口邊1m范圍內(nèi)不得有任何雜物，堆土應(yīng)在井口邊1.0m以外。

b. 施工前工后檢查卷揚機、鋼絲繩、掛鉤(保險鉤)、提桶等設(shè)施運行及安全狀況，并對井壁、混凝土臨時襯砌的外觀進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施。

c. 井下施工工具，采用提升設(shè)備遞送，禁止向井內(nèi)拋擲。

d. 井孔上、下有可靠的通話聯(lián)絡(luò)，如對講機等。

e. 現(xiàn)場施工人員佩帶安全帽、安全帶，安全帶接繩由孔上人員負(fù)責(zé)隨作業(yè)而加長，井下有人操作時，井上配合作業(yè)人員堅守崗位，不得擅離職守。

f. 井底如需抽水時，在井下作業(yè)人員上地面后進行。

g. 現(xiàn)場用電均須安裝漏電保護裝置。

3.2.2 開挖

a. 根據(jù)巖層情況可以采用人工風(fēng)鎬鑿?fù)?，如遇硬巖采用爆破開挖，循環(huán)進尺2.0m。

b. 棄渣采用卷揚機配裝渣筒吊運至井口外3.0m，再采用洞外運輸?shù)姆绞竭\至棄渣場。

c. 每開挖2.0m，及時進行臨時襯砌，當(dāng)井壁層穩(wěn)定性差時，縮短開挖進尺，以確保施工安全。

d. 施工過程中在開挖面挖集水坑, 采用潛水泵將水抽至井口排水溝。

e. 豎井開挖時觀察并描繪周邊圍巖狀況，隨時分析巖層的穩(wěn)定性，繪地質(zhì)柱狀圖,保證施工安全。

3.2.3 臨時支護

a. 導(dǎo)井每開挖2.0m及時進行臨時支護，臨時支護采用C15混凝土，厚10cm。

b. 臨時支護采用普通鋼模板。

c. 混凝土澆筑采用斗車運輸,溜筒灌入，振搗采用插入式搗固棒。

d. 臨時支護混凝土強度達(dá)到75%以上方可拆模,繼續(xù)開挖下一段井身，直至閘室井底部。

4 豎井?dāng)U挖及支護施工

4.1 擴挖

a. 擴挖前將直徑2.0m的鋼筋防護網(wǎng)(間距約15cm×15cm)鋪蓋于導(dǎo)井口，以防踩踏，施工人員須系安全繩。

b. 采用人工風(fēng)鎬鑿?fù)冢鶕?jù)巖層情況也可采用鉆爆開挖，循環(huán)進尺2.0m。

c. 利用已貫通的導(dǎo)井，由底部平洞出渣。

d. 井身每開挖2.0m，按設(shè)計擴挖完成后，及時進行支護，當(dāng)井壁圍巖穩(wěn)定性較差時,縮短井身擴挖高度，必要時加強初期支護，以確保施工安全。

e. 豎井開挖時觀察并描繪周邊圍巖狀況，隨時分析巖層的穩(wěn)定性，繪地質(zhì)柱狀圖，保證施工安全。

4.2 混凝土倒掛井襯砌支護

a. 施工程序為巖面沖洗→斷面校核→鋼筋綁扎→立?！炷翝仓鹉！鷶U挖。

b. 倒掛井鎖口混凝土襯砌豎向鋼筋必須穿過施工縫與下一澆筑段豎向鋼筋焊接牢固，施工縫面采取措施盡量澆筑飽滿密實。

c. 每擴挖循環(huán)段不超過3m，具體可根據(jù)圍巖情況，在確保井壁穩(wěn)定的前提下進行調(diào)整，襯砌支護采用C20混凝土，厚度為30cm。

d. 襯砌支護采用普通鋼模板。

e. 混凝土澆筑采用斗車運輸,泵管輸入，振搗采用插入式搗固棒。

f. 襯砌支護混凝土強度達(dá)到75%以上方可拆模。

4.3 鋼筋掛網(wǎng)噴混凝土襯砌支護

a. 施工程序為巖面沖洗→初噴混凝土→錨桿→掛鋼筋網(wǎng)→標(biāo)識噴混凝土厚度→第二次噴混凝土至設(shè)計厚度。

b. 豎井砂漿錨桿直徑為22mm的Ⅱ級螺紋鋼。

c. 水泥砂漿采用粒徑不大于2.5mm的中細(xì)砂，其強度等級不低于20MPa，水泥砂漿配合比在以下范圍內(nèi)通過試驗確定：水泥∶砂子為1∶1～1∶2(重量比)；水泥∶水為1∶0.38～1∶0.45。

d. 錨桿孔位偏差不超過10cm，孔深偏差不得大于5cm，鉆頭直徑大于錨桿桿體直徑1.5cm。

e. 錨桿桿體插入孔內(nèi)長度不小于設(shè)計規(guī)定的95%，桿體露出巖面的長度不大于噴射混凝土的厚度，并與鋼筋網(wǎng)片牢固連接。

f. 錨桿安裝后，在水泥砂漿凝固前不得隨意敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

g. 噴射混凝土強度等級為C20，施工機具選擇符合要求(密封性能良好，輸料連續(xù)均勻，生產(chǎn)率大于5m3/h，允許骨料最大粒徑為15mm，機旁粉塵小于10mg/m3等)的噴射混凝土機。

豎井?dāng)U挖混凝土襯砌支護施工示意圖如圖2所示。

圖2 豎井?dāng)U挖混凝土襯砌支護施工示意圖

4.4 鉆爆布置

4.4.1 主炮孔爆破參數(shù)

a. 孔徑d的確定：一般鉆頭的直徑為42mm。

b. 孔距a、排距b的選定：一般孔深在1.5m以下取a=1.0m、b=0.8m；孔深在1.5m以上取a=2.0m、b=1.0m。保護層一次性開挖取a=1.0m、b=0.8m。

c. 單位耗藥量q：q=0.4kg/m3，每米裝藥量1.0kg。豎井爆破參數(shù)見下表。

豎井爆破參數(shù)表

d. 孔深H：結(jié)合開挖分層情況，最大孔深控制在3m以內(nèi)。

e.單孔裝藥量Q：計算公式為

Q=abqH

4.4.2 周邊預(yù)裂孔爆破參數(shù)的選定

a. 孔距：預(yù)裂孔的孔距，根據(jù)鉆孔機械的性能和施工經(jīng)驗，可根據(jù)下式計算：

a=(1～12)D

式中D——成孔的孔徑，此處為淺孔預(yù)裂爆破取a=0.5m。

在實際施工中，預(yù)裂孔的孔距可結(jié)合開挖進行實地試驗逐步調(diào)整，以獲得最佳孔距。

b. 線裝藥密度：線裝藥密度是指預(yù)裂孔的每米裝藥量(堵塞長度除外)，其公式為

Qx=0.042σ0.63a0.60(g/m)=200g/m

c.堵塞長度：根據(jù)工程經(jīng)驗取L2=0.5m。

5 施工總工期及工程成效

5.1 施工總工期

紅谷田水庫工程豎井總消耗時間為6個月，其中：鎖口及導(dǎo)井1個月，井身擴挖2個月，襯砌施工3個月。

5.2 工程成效

紅谷田水庫工程采用 “先導(dǎo)井后擴挖”施工工藝，與自上而下的全斷面開挖工藝相比,主要優(yōu)點包括：?導(dǎo)井貫通后，形成自然通風(fēng)系統(tǒng)，加快了擴挖爆破作業(yè)循環(huán)；?擴挖時爆破石渣不用提升，直接滑到豎井底部，由平洞出渣，提高了出渣效果；?導(dǎo)井施工對各類圍巖條件的適用性好，施工安全；?節(jié)省勞動力，有利于降低工程造價；?增加了平行作業(yè)機會,加快了豎井施工速度。

“先導(dǎo)井后擴挖”的施工，導(dǎo)井有效排泄或降低地下水位,解決了水文地質(zhì)條件差等不利因素，排除了安全隱患，保證了工程的安全，加快了施工進度，節(jié)約了投資，經(jīng)濟和社會效益顯著。

Selectionandapplicationoftunnelshaftexcavationconstructiontechnology

YANG Zaihua, YIN Ziping

(ShidianCountyWaterAuthority,Baoshan678200,China)

Tunnel shaft excavation is frequently encountered in the construction process of water conservancy and water resources project tunnel. The slagging link in the tunnel shaft excavation construction is the key to determine tunneling speed. In the paper, the application of construction technology ‘excavation following pilot shaft’ in Honggutian Reservoir is described. Concrete construction technology is introduced. The construction technology ‘excavation following pilot shaft’ is beneficial for slagging, and the construction cost is further saved when the bottom flat tunnel has slagging condition. Meanwhile, the construction progress is also accelerated with significant economic and social benefits.

tunnel shaft; excavation following pilot shaft; construction technology

TV52

：A

：1005-4774(2017)09-0009-04

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.09.003