滹沱河太原調(diào)水工程輸水隧洞施工方案

張 震

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

滹沱河太原水質(zhì)提升調(diào)水工程，流經(jīng)五臺縣、定襄縣、忻府區(qū)和陽曲縣。水源地位于五臺縣境內(nèi)的滹沱河干流上，距定襄縣城約40 km，以坪上泉域的泉水為水源，從已建坪上應(yīng)急引水工程取水。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

調(diào)水工程分為水源工程和輸水線路工程兩大部分。其中，水源工程主要建筑物包括水源地取水建筑物、引水管道、管道附屬建筑物、加壓泵站、引水隧洞等；輸水線路工程主要建筑物，包括供水管線、加壓泵站、調(diào)壓池、管道附屬建筑物以及各供水點調(diào)節(jié)池等。輸水隧洞（上佐～小迦東），長約22.3 km，引水線路總長73 km。

2 施工條件

2.1 水文氣象條件

工程地處半干旱大陸性氣候地區(qū)，流域多年平均氣溫6.3°C～8.6°C，最高氣溫為35.5℃，最低氣溫-25.6℃。多年平均降雨量為500.4 mm，全年雨量分布不均，降雨主要集中在7～9月。據(jù)氣象資料統(tǒng)計，流域內(nèi)的多年平均蒸發(fā)量為1850.2 mm，年內(nèi)最大蒸發(fā)量出現(xiàn)在4～7月，一般占年蒸發(fā)量的58%左右；多年平均風(fēng)速為2.7 m/s，最大風(fēng)速達17 m/s，汛期最大風(fēng)速為15.7 m/s。

2.2 地形地質(zhì)條件

工程位于太行山山脈中部系舟山、忻定盆地和陽曲盆地，為跨流域引水工程。以工程區(qū)中部的系舟山南段石嶺關(guān)為地形分水嶺，北部為系舟山及其西側(cè)的忻定盆地，屬海河流域滹沱河水系；石嶺關(guān)以南為陽曲盆地，屬黃河流域汾河水系。工程區(qū)總體地形，東西兩側(cè)山脈區(qū)高中間盆地區(qū)低，中部的石嶺關(guān)的高南北兩側(cè)盆地區(qū)低，且陽曲盆地地形高于忻定盆地區(qū)。

按照地下水的賦存條件，區(qū)內(nèi)地下水分為沉積巖類裂隙水、變質(zhì)巖類類裂隙水等。沉積巖類裂隙水主要賦存于本區(qū)石炭系、二疊系砂巖層中，砂巖層相對裂隙發(fā)育，構(gòu)成貯水層及逕流通道，泥、頁為相對隔水層。地下水多以泉的形式在河谷及溝谷中溢出；變質(zhì)巖類裂隙水主要賦存于變質(zhì)巖及脈巖的裂隙中，該裂隙水水量較少，且隨季節(jié)變化，多以泉的形式在河谷兩岸及兩岸溝谷中排出。

2.3 施工重點難點

工程是以輸水線路為主的線性工程，沿線地形起伏較大，施工支洞布置困難。由于輸水隧洞長，施工支洞多，最長支洞890 m，因此，隧洞施工成為控制本工程工期的關(guān)鍵。

3 輸水隧洞工程施工

3.1 隧洞開挖及出渣

鉆孔采用氣腿式風(fēng)鉆，局部地方采用手持式風(fēng)鉆，在自制的軌行平臺上鉆孔。巖洞開挖采用光面爆破，人工裝藥，全斷面一次開挖。通風(fēng)采用壓、吸混合式通風(fēng)方式。

扒渣機裝渣，洞內(nèi)出渣采用有軌運輸，電瓶機車牽引礦車到井底，再由雙筒絞車牽引礦車到洞外。洞口附近設(shè)轉(zhuǎn)渣場，2 m3裝載機配15 t自卸汽車運輸至棄渣場。

土洞開挖采用人工風(fēng)鏟松動，裝渣和運輸同上。土洞開挖采用全斷面或小臺階一次成洞，并及時進行支護，避免對土體反復(fù)擾動。

父母是孩子的模范，父母首先要學(xué)會管理自己的情緒，不讓不良情緒帶給家庭、帶給孩子，要塑造出一種安全、溫馨、平和的心理情境，用欣賞的眼光鼓勵自己的孩子，讓身處其中的孩子產(chǎn)生積極的自我認同，獲得安全感，讓其能自由、開放地感受和表達自己的情緒，使某些原本正常的情緒感受不因壓抑而變質(zhì)。

3.2 施工支護

3.2.1 支護方案

巖洞段沿線地形起伏較大，巖性軟硬分布不均，圍巖不穩(wěn)定，規(guī)模較大的變形和破壞可能發(fā)生；巖性較軟處多為強風(fēng)化，巖體破碎，完整性差，開挖后易坍塌失穩(wěn)，應(yīng)加強支護措施，及時襯砌成洞。結(jié)合現(xiàn)場踏勘情況，初步擬定支護方案如下：

Ⅲ類圍巖支護，在拱部采用直徑25 mm，長L為2.0 m，間距1m×1m隨機錨桿；直徑8 mm間距150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，噴10 cm厚C 25混凝土進行處理（噴射分兩次，每次噴射厚度5 cm）；

Ⅳ、Ⅴ類圍巖，圍巖性軟，易掉塊，加上地下水的影響，巖穩(wěn)定性較差，必須加強支護措施。采用錨網(wǎng)噴混凝土支護，拱部加14號槽鋼、邊墻用Ⅰ16工字鋼支撐的復(fù)合支護方式。

錨網(wǎng)噴混凝土參數(shù)為：直徑25 mm，長為2.2 m，間距1 m×1 m系統(tǒng)錨桿，加直徑8 mm，間距150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，噴10 cm厚C25混凝土進行處理（噴射分兩次，每次噴射厚度5cm）；鋼支撐中的邊墻采用Ⅰ16工字鋼，拱部采用14號槽鋼，間距55～110 cm/榀；用直徑20 mm，長L為1.6 m鎖腳錨桿，與鋼支撐的工字鋼進行焊接聯(lián)接（每榀6根）；邊墻布置直徑22 mm，間距80 cm，長L為75～125 cm的長連接筋（每榀4根）；拱頂布置直徑22 mm，間距105 cm，長L為75～125 cm長連接筋（每榀6根）。

噴混凝土施工不可避免在冬季施工，為滿足噴混凝土材料的溫度要求，于洞外予先貯存一定數(shù)量的骨料升溫，使用前運至洞外拌和站。

3.2.2 超前小導(dǎo)管施工

測量放線：首先測量放樣小導(dǎo)管布設(shè)輪廓線，沿輪廓線在開挖面上準(zhǔn)確畫出本循環(huán)需要設(shè)的小導(dǎo)管孔位。

鉆孔：移動多功能作業(yè)臺架就位，采用氣腿式鑿巖機進行鉆孔，用人工或鑿巖機將小導(dǎo)管頂入，鋼管尾端外露足夠長度，超前小導(dǎo)管外插角嚴(yán)格按施工圖要求施做，尾部與鋼架焊接在一起。超前小導(dǎo)管與線路中線方向大致平行。孔位鉆設(shè)偏差不超過5 cm，孔眼長大于小導(dǎo)管長。

鋼管加工及施工：將小導(dǎo)管前端加工成尖錐狀，尾部焊直徑6 mm加肋筋。除尾部1 m外，管壁四周鉆注漿孔。鋼管插入及孔口密封處理，在小導(dǎo)管尾部安裝止?jié){閥。鋼管由專用頂頭頂進，頂進鉆孔長度不小于90%管長。鋼管尾端除焊上擋圈外，再用膠泥麻筋纏箍成楔形，以便鋼管頂進孔內(nèi)后其外壁與巖壁間隙堵塞嚴(yán)密。鋼管尾端外露足夠長度，并與鋼支撐焊接在一起。鋼管頂進時，注意保護管口不受損變形，以便與注漿管路連接注漿前導(dǎo)管孔口先檢查是否達到密封標(biāo)準(zhǔn)，以防漏漿。

注漿：注漿采用高壓注漿泵壓注漿，注漿壓力為1.0～1.5 MPa，一般按單管達到施工圖標(biāo)示注漿量作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿壓力達到終壓不少于20 min，進漿量仍達不到注漿終量時，亦可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，將管口封堵，以防漿液倒流管外。

3.2.3 大管棚施工

首先平整潛孔鉆車停放場地，對大管棚孔位進行編號，從一側(cè)順次編號；潛孔鉆車要確保穩(wěn)定，防止在施鉆時鉆機產(chǎn)生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質(zhì)量。

鉆機定位：鉆機要求與已設(shè)定好的預(yù)埋導(dǎo)向管方向平行，必須精確核定鉆機位置。用經(jīng)緯儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整，確保鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

鉆孔：鉆機就位前要在平整場地上對鉆桿進行試裝，根據(jù)30 m連接好的鉆桿的撓度調(diào)整鉆桿鉆進角度，確保大管棚不侵線，不上揚過高，影響大管棚施工質(zhì)量；為了便于鋼管頂進以及注漿擴散，鉆頭直徑采用直徑115 mm，鉆孔由一臺鉆機進行施工，按順序號進行施工，并鉆好一個孔位安裝一根鋼花管以及一根鋼筋籠；待編號為單號的孔位施工完成后進行注漿，再施做編號位雙數(shù)的孔位，并由高孔位向低孔位對稱進行施工，同時鉆好一個孔位頂進一根鋼花管以及一根鋼筋籠；若鉆進時出現(xiàn)坍孔、卡鉆、涌水，需補注漿后再鉆進；鉆機開鉆時，先宜低速鉆進，待成孔10 m后可加快鉆進速度，但要根據(jù)地質(zhì)情況對鉆進速度進行調(diào)整，避免成孔卡鉆現(xiàn)象及保證成孔質(zhì)量；鉆進過程中經(jīng)常用檢測鉆桿角度及位置；鉆進過程中確保動力器，扶正器、合金鉆頭按同心圓鉆進。

清孔：用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭（直徑130 mm）進行掃孔，清除浮渣至孔底，確?？讖?、孔深符合要求、防止堵孔；通過鉆桿，用高壓氣從孔底逐漸向孔口清理鉆渣。

管棚、鋼花管及鋼筋籠安裝：用鉆機分節(jié)安裝鋼花管和鋼筋籠，即鉆機鉆桿不轉(zhuǎn)動，鉆機機身往前推進，通過連接卡使鋼花管和鋼筋籠受力，當(dāng)鉆機機身移動到最大位置后松動連接卡，鉆機機身退回來，然后重新固定連接卡，鉆機向前推進，如此反復(fù)，將鋼花管和鋼筋籠分節(jié)安裝就位，鋼花管采用內(nèi)車絲扣，每節(jié)鋼花管在安裝好鋼筋籠后一同安裝；鋼花管和鋼筋籠前端均應(yīng)焊成錐形，便于鋼花管入孔以及鋼筋籠的安裝。

注漿：大管棚注漿漿液采用水泥凈漿，漿液比例根據(jù)現(xiàn)場情況確定，在地下水豐富的時候采用水玻璃雙液漿，水泥漿與水玻璃體積的比例為1∶0.5；注漿分兩次進行，即第一次是編號為單號的孔位鉆孔及鋼花管、鋼筋籠安裝施工完成后，對編號為單號的孔位進行注漿，第二次是編號為雙號的孔位鉆孔及鋼花管、鋼筋籠安裝施工完成后，對編號為雙號的孔位進行注漿；若單號孔位注漿不密實，可通過雙號孔位注漿填充密實；大管棚在注漿前要在將鋼花管與預(yù)埋導(dǎo)向管間空隙用水泥砂漿封堵，避免露漿；通過焊接在鋼花管上的止?jié){閥對大管棚注漿，注漿壓力為2.0～2.5 MPa，在壓力達到2.0 MPa以上后持續(xù)15 min；注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿；注漿時要關(guān)注注漿機壓力表的變化，若出現(xiàn)壓力表指示持續(xù)在1.0 MPa以下，則要停止注漿進行檢查，常見的原因為注漿機出現(xiàn)故障、漿液從地表竄出、與地表徑流相通，可依實際情況采取稍停注漿或調(diào)整漿液的方法處理。

3.3 隧洞混凝土襯砌

施工工藝流程：沖洗、測量放線、鋼筋安裝、支模、混凝土澆筑、拆模、養(yǎng)護。

混凝土拌和站一般設(shè)在洞口附近，拌和站設(shè)2臺0.8 m3拌和機。洞內(nèi)由斗車軌道運輸混凝土，人工綁扎鋼筋，混凝土入倉使用20型混凝土泵入倉，混凝土澆筑段長10 m。采用組合鋼模臺車，按側(cè)墻、頂拱順序澆筑。洞身結(jié)合水工結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)置伸縮縫。

4 結(jié)語

滹沱河太原水質(zhì)提升調(diào)水工程，是太原市為提高飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、促進環(huán)城供水體系建設(shè)、提高供水保證率的重要水源組成部分，對太原市的社會經(jīng)濟發(fā)展和群眾用水保障有著極大的作用，同時也可以充分利用坪上泉域優(yōu)質(zhì)水源。