靠山屯水庫(kù)供水線路改造地下洞室段施工技術(shù)分析

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

1 工程概況

靠山屯水庫(kù)供水線年久失修，排水能力小，為了增大水庫(kù)的蓄水和調(diào)節(jié)能力，擬新建放水隧洞。工程(8+572～11+110)新建隧洞長(zhǎng)約2.54km，斷面形式采用城門洞斷面，洞高3m，寬2.9m。新建隧洞區(qū)(4+730～11+110)地貌類型屬低山丘陵地貌單元。場(chǎng)地地面標(biāo)高相差較大，地面標(biāo)高最高約431.50m；最低處約202.00m，最大高差約230.00m?？辈炱陂g鉆孔內(nèi)未見(jiàn)地下水，地表亦未見(jiàn)地表水。工程沿線穿越村鎮(zhèn)，靠近公路，至各施工現(xiàn)場(chǎng)一般均有鄉(xiāng)村道路。部分區(qū)段需修筑臨時(shí)施工道路連通。工地四周有繞城高速、省道公路，交通便利，大量施工物資可用自卸汽車或拖拉機(jī)運(yùn)達(dá)到管道邊，再用翻斗車沿管道運(yùn)到工地現(xiàn)場(chǎng)。

2 洞口施工段施工措施

項(xiàng)目區(qū)進(jìn)出洞口的地質(zhì)環(huán)境與洞內(nèi)地質(zhì)環(huán)境有一定差異，往往存在一些弱地質(zhì)體，處理不當(dāng)可能會(huì)影響洞口的整體穩(wěn)定性，因此進(jìn)口段和出口段施工是施工重點(diǎn)。

2.1 進(jìn)口段施工

該工程洞口上部揭露土層為坡積土堆積，下部巖層為縱橫向裂隙發(fā)育的泥質(zhì)頁(yè)巖，不足以支撐洞口保持永久穩(wěn)定，因此洞口需要進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

a.進(jìn)口段施工設(shè)計(jì)方案：洞口采用人工開(kāi)挖，開(kāi)挖斷面大于洞身斷面，寬度和高度分別增加0.5m，施工長(zhǎng)度深入巖體2.0m，洞口支撐結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，支撐結(jié)構(gòu)斷面為方形。

b.施工方法：在洞口支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到要求強(qiáng)度后，人工開(kāi)挖，使用風(fēng)鉆和風(fēng)鎬掘進(jìn)，人工出渣。在頂部巖性較差時(shí)縮短人工掘進(jìn)單循環(huán)進(jìn)尺，采用超前錨桿配合鋼拱架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 出口段施工

出口段施工至107.60m高程時(shí)，外部山體出現(xiàn)明顯張開(kāi)裂縫，繼續(xù)開(kāi)挖存在安全隱患，研究決定先對(duì)山體進(jìn)行加固支護(hù)后再繼續(xù)施工。

2.2.1 山體支護(hù)

利用預(yù)應(yīng)力錨索加固不穩(wěn)定山體，每根錨索有3根鋼索組成，錨固深度20.0m，支護(hù)表面防護(hù)使用掛準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)和噴射C20混凝土。該措施主要為了預(yù)防山體的坍塌、滑坡、碎石滾落等。

為驗(yàn)證支護(hù)措施的效果，保證施工安全，擬在洞內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)度10m的試驗(yàn)段開(kāi)挖和支護(hù)，并進(jìn)一步探明前方洞內(nèi)巖性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。施工中，揭露前方巖層為泥質(zhì)頁(yè)巖，水平層理結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，但穩(wěn)定性良好。

2.2.2 洞壁加強(qiáng)支護(hù)

試驗(yàn)段施工發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)上部裂隙夾縫中存在泥和顆粒的弱膠結(jié)物，在受到上部滲水和施工擾動(dòng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)冒頂或碎石掉落現(xiàn)象，需加強(qiáng)支護(hù)。

對(duì)洞壁上部120°范圍內(nèi)采用鋼筋網(wǎng)支護(hù)，斷面使用鋼拱架支撐，并且全斷面噴射混凝土。該支護(hù)方式開(kāi)挖和支護(hù)工序間的銜接要快，這樣有利于保證施工進(jìn)度，減少支護(hù)時(shí)間，同時(shí)增加了洞身的安全穩(wěn)定性。

3 洞室施工關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)放水洞進(jìn)出口揭露的巖層特性，洞室工程施工具有斷面面積小、施工空間狹小、斷面尺寸不好控制、施工巖層條件差等難點(diǎn)。因此在加快開(kāi)挖施工進(jìn)度的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施，盡可能減少隧洞無(wú)支護(hù)狀態(tài)時(shí)間。工程的關(guān)鍵施工工序包括隧洞開(kāi)挖和支護(hù)。

3.1 隧洞開(kāi)挖工序

隧洞開(kāi)挖采用全斷面光面爆破方法，爆破孔使用YT28氣腿式風(fēng)鉆鑿孔，炸藥使用巖石乳化炸藥，人工裝藥，毫秒電雷管起爆。出渣采用JCYRB-60型液壓巷用扒裝機(jī)配合機(jī)動(dòng)翻斗車進(jìn)行運(yùn)輸，出渣至洞外暫存場(chǎng)地，最后運(yùn)走。

整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程的單循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)地質(zhì)條件確定，而后制定爆破開(kāi)挖方案，結(jié)合進(jìn)出口及試驗(yàn)段的施工情況，最終確定：?Ⅲ類、Ⅳ類圍巖每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.2～1.5m；?Ⅴ類圍巖及斷層帶每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0～1.2m以內(nèi)。同時(shí)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況隨時(shí)調(diào)整，保證施工安全。

爆破參數(shù)設(shè)置：炮眼深度直接決定了爆破效果，炮眼參數(shù)具體如下：掏槽孔深2.3m，輔助孔深2.0m，周邊孔深2.0m。炮孔間距0.3～0.5m，炮孔排距0.3～0.5m，如圖1所示。在鉆孔爆破實(shí)施過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)圍巖的巖性變化和現(xiàn)場(chǎng)爆破效果，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

圖1 開(kāi)挖爆破孔布置圖及鉆孔剖面 (單位：mm)

爆破施工工序：首先應(yīng)準(zhǔn)確做好測(cè)量放線工作，使用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行放線測(cè)量，確定開(kāi)挖縱軸中心線方向及高程，畫出開(kāi)挖輪廓線。當(dāng)放線測(cè)量時(shí)應(yīng)注意是否需調(diào)整爆破參數(shù)。根據(jù)輪廓線布置炮眼，進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔應(yīng)由上而下分層作業(yè)?？孜黄畈粦?yīng)大于5cm，周邊孔沿輪廓線調(diào)整范圍不大于5cm。

3.2 隧洞支護(hù)措施

洞身支護(hù)基本方法：洞身開(kāi)挖斷面上部120°范圍內(nèi)掛8mm×200mm×200mm鋼筋網(wǎng)防護(hù)，對(duì)一次開(kāi)挖斷面采用定型鋼拱架支撐，拱架采用國(guó)標(biāo)[10]型槽鋼，安裝間距1.0m，全開(kāi)挖斷面噴射C20混凝土封閉開(kāi)挖巖面，如圖2、圖3所示。

圖2 頂部鋼筋網(wǎng)及鋼拱架支護(hù)

圖3 噴射混凝土作業(yè)

若遇到裂隙及發(fā)育巖體、破碎斷層帶、陷落柱等特殊地質(zhì)帶，可采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿和超前錨桿進(jìn)行預(yù)先加固再繼續(xù)開(kāi)挖作業(yè)。此外視情況還需對(duì)鋼拱架支撐進(jìn)行加密。

鋼拱架安裝要點(diǎn)：鋼拱架的安裝不能影響占用設(shè)計(jì)襯砌斷面，設(shè)立支撐架時(shí)先對(duì)欠挖部分進(jìn)行人工挖槽。鋼架應(yīng)支護(hù)在洞壁的堅(jiān)硬部分，若壁面軟弱就在鋼架與壁面之間設(shè)置鋼墊板，以免應(yīng)力集中破壞壁面。鋼架安裝的角度和位置應(yīng)盡量與洞軸線垂直，使鋼架更好地受力。每道鋼拱架在拱頂120°肩部及底角位置處利用4根準(zhǔn)22錨桿進(jìn)行鎖定加固，與鋼架采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，錨固深度2.3m。各拱架之間在頂部120°范圍內(nèi)使用準(zhǔn)22連接筋焊接連接，連接筋焊接間距0.5m，將鋼架形成組合架，防止其傾倒，增強(qiáng)整體抗變形能力。若鋼架后面存在間隙，則使用楔形鋼墊板進(jìn)行填塞，使鋼架與圍巖更好地接觸，改善支護(hù)效果。鋼架安裝允許偏差，橫向和高度±5cm，鋼架平面應(yīng)垂直與隧洞軸線，垂直度允許誤差±20cm。

3.3 噴射混凝土施工

原料選用：水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料選用硬質(zhì)潔凈的中砂，粗骨料采用粒徑0.5～3cm的碎石?；炷烈蠹?jí)配良好，速凝劑初凝時(shí)間不大于5min，終凝時(shí)間不大于10min，用量根據(jù)試驗(yàn)選定。

施工要點(diǎn)：噴射前檢查噴射面，簡(jiǎn)單處理以下壁面，清除壁面的松動(dòng)石塊、墻角的雜物等。然后使用高壓水槍沖洗壁面，使壁面濕潤(rùn)。噴射施工應(yīng)分段進(jìn)行，由下到上、先墻后拱進(jìn)行。施噴前，埋設(shè)噴層厚度檢查標(biāo)志，以便控制噴層厚度，混凝土終凝至下一循環(huán)放炮時(shí)間不應(yīng)小于3h。

第一次混凝土噴射厚度見(jiàn)下表。

第一次混凝土噴射厚度表 (單位：mm)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的地下洞室開(kāi)挖和支護(hù)施工指標(biāo)和方法在靠山屯水庫(kù)新建地下隧洞工程施工中均取得了良好的效果。洞室開(kāi)挖后堅(jiān)固穩(wěn)定，各方面指標(biāo)也完全滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，該工程中使用的施工技術(shù)可為其他相似工程提供一定的經(jīng)驗(yàn)和參考。