水庫(kù)引水隧洞開(kāi)挖與支護(hù)施工方法

尚琰

摘 要：在水庫(kù)引水隧洞施工過(guò)程中，開(kāi)挖和支護(hù)是非常關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)，對(duì)工程施工質(zhì)量有較大的影響。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)工程施工過(guò)程中遇到的重難點(diǎn)進(jìn)行了多方面的分析，并對(duì)水庫(kù)引水隧道開(kāi)挖和支護(hù)施工方法進(jìn)行具體的探討，保證了工程的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)引水隧洞 洞身開(kāi)挖 洞身支護(hù)

1.工程概況

資中縣城北水資源綜合利用開(kāi)發(fā)工程A2隧洞長(zhǎng)度2140.3m，樁號(hào)為A1+579.7～A3+720，根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖，A1+579.7～A1+640、A1+760～A1+880、A2+000～A2+120、A2+520～A2+720、A3+460～A3+540、A3+660～A3+720為Ⅴ類圍巖F型支護(hù)，開(kāi)挖段面尺寸為5940×3838mm（寬×高，含預(yù)留圍巖變形量10cm），A1+640～A1+760、A1+880～A2+000、A2+120～A2+520、A2+720～A3+460、A3+540～A3+660為Ⅳ類圍巖D型支護(hù)，開(kāi)挖段面尺寸為5760×3728mm（寬×高，含預(yù)留圍巖變形量8cm）。對(duì)應(yīng)管道布置隧洞形式為雙孔隧洞。

2.工程重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

（1）交通條件差：本工程處在山地、丘陵地帶，大量借用資安路及村村通公路作為進(jìn)場(chǎng)道路?，F(xiàn)狀道路等級(jí)較低，路況較差，尤其村村通公路彎多路窄，大型設(shè)備需拆卸成幾部分才能轉(zhuǎn)運(yùn)至作業(yè)面。

（2）隧洞圍巖級(jí)別低：根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，隧洞圍巖以粉砂質(zhì)泥巖為主，巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，圍巖劃分主要為Ⅳ～Ⅴ類，圍巖較破碎，自穩(wěn)能力差，安全隱患大。

（3）隧洞斷面小，超欠挖控制難度大、出碴及通風(fēng)散煙困難：本工程隧洞斷面小，出碴無(wú)法應(yīng)用大型設(shè)備，采用小型機(jī)械出碴效率低；隧洞通風(fēng)散煙困難，排煙時(shí)間長(zhǎng)，施工效率低。

（4）雨季防排水是本工程的重點(diǎn)：隧洞進(jìn)出口在原地表以下，洞口埋深達(dá)到7～9m，施工排水難度大，雨季易發(fā)生洪水倒灌隧洞。

3.隧洞開(kāi)挖和支護(hù)施工

3.1洞口開(kāi)挖和支護(hù)

（1）開(kāi)挖施工

隧道進(jìn)出口位置在開(kāi)展開(kāi)挖施工前，首先應(yīng)該進(jìn)行清坡和護(hù)坡工作，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，清坡范圍通常設(shè)置為開(kāi)口線以外5m；然后進(jìn)行洞口頂部護(hù)坡施工以及基坑周邊漿砌石截水溝施工。完成截排水系統(tǒng)的施工后，開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)工作，在支護(hù)施工過(guò)程中，最常用的支護(hù)方法為：分層開(kāi)挖和分層支護(hù)，支護(hù)的順序通常是自上而下。在進(jìn)洞段自穩(wěn)能力較差的圍巖地段，通常應(yīng)用超前中管棚進(jìn)行支護(hù)。

（2）洞口超前中管棚

因?yàn)樗淼肋M(jìn)出口的位置埋深位置較淺，應(yīng)先對(duì)圍巖進(jìn)行處理，旨在提高其整體性和穩(wěn)定性，防止圍巖變形的現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而保證隧道開(kāi)挖過(guò)程中的穩(wěn)定性。

隧道拱部應(yīng)用壁厚為6mm的Φ76mm無(wú)縫鋼管用作注漿支護(hù)輔助施工，總計(jì)共需設(shè)置21環(huán)，相鄰環(huán)之間的距離為0.39m，控制外插角處于1～3°范圍之間，然后開(kāi)始注水泥漿。通過(guò)對(duì)施工實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研和分析，一旦地下水存在發(fā)育的情況，可添加適當(dāng)水玻璃，進(jìn)行水泥-水玻璃雙液注漿，在隧道開(kāi)挖輪廓線意外施工通常采用套拱進(jìn)行。

在超前中管棚施工過(guò)程中，一般應(yīng)用壁厚為6mm的無(wú)縫鋼管，鋼管節(jié)長(zhǎng)一般為6m。應(yīng)用壁厚約為6mm的套管聯(lián)接，控制其長(zhǎng)度約為40cm。在鋼管接頭的過(guò)程中，盡量將奇數(shù)和偶數(shù)相互錯(cuò)開(kāi)，控制縱向同一斷面內(nèi)的接頭儲(chǔ)量≤50%，相鄰接頭之間的距離約為1m。在開(kāi)展超前中管棚施工時(shí)，除了路線縱坡，控制其仰角為處于1～3°范圍之間。中管棚施工具體過(guò)程如下：鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)開(kāi)挖→測(cè)量放線→施作導(dǎo)向墻、安設(shè)導(dǎo)向管→鉆孔→棚管制作→棚管安設(shè)→封閉工作面或作止?jié){墻→注漿材料及機(jī)具準(zhǔn)備→注漿→洞身開(kāi)挖及支護(hù)。

3.2洞身段開(kāi)挖和支護(hù)

（1）洞身開(kāi)挖

該工程隧道圍巖種類為砂巖和粉質(zhì)泥巖，屬于軟質(zhì)圍巖。因?yàn)樗淼缆裆畛潭容^淺，在隧道上方存在民房、電纜等建筑結(jié)構(gòu)，為了降低施工過(guò)程給周圍建筑帶來(lái)的影響，隧道在開(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)用EBZ318懸壁式掘進(jìn)機(jī)，同時(shí)配置一臺(tái)液壓破碎頭作為輔助施工。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析和研究，隧道在開(kāi)挖時(shí)需預(yù)留圍巖變形量，通常情況下，Ⅴ類圍巖預(yù)留的變形量為10cm，而Ⅳ類圍巖預(yù)留變形量為8cm。為了保證在工期內(nèi)完成施工，隧道在施工過(guò)程中，在進(jìn)出口位置同時(shí)配備一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，利用雙向掘進(jìn)的方法進(jìn)行掘進(jìn)。

在隧道施工過(guò)程中，為了判斷斷面超差和欠挖情況，一般會(huì)應(yīng)用激光導(dǎo)向儀進(jìn)行定位。將激光導(dǎo)向儀安裝在隧道的墻上或頂部，為了避免開(kāi)挖施工會(huì)造成一些損壞，應(yīng)控制其和掌子面之間的距離≤20m。

隨著掌子面開(kāi)挖深度的加深，為了方便工作人員檢查，在規(guī)定的位置需要將樁號(hào)和高程清晰地標(biāo)示出來(lái)。在開(kāi)挖斷面的過(guò)程中，及時(shí)進(jìn)行測(cè)繪工作，方便在驗(yàn)收和混凝土噴射施工中應(yīng)用。在開(kāi)挖施工過(guò)程中，為了保證測(cè)量質(zhì)量，需定期對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)全面的測(cè)量。為了防止洞內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)遭到設(shè)備破壞，埋設(shè)必須隱蔽，同時(shí)盡可能做好保護(hù)。

隧道開(kāi)挖的位置一旦出現(xiàn)超強(qiáng)滲水的現(xiàn)象，為了防止?jié)B水持續(xù)進(jìn)行，應(yīng)及時(shí)將此情況報(bào)送監(jiān)理處，確定最佳的應(yīng)對(duì)方案，一般采用的方案為掌子面超前加固。通過(guò)超探技術(shù)對(duì)孔滲水量的大小進(jìn)行檢測(cè)，適當(dāng)增加超前固結(jié)灌漿，掌子面施工應(yīng)使用超前固結(jié)灌漿施工進(jìn)行。促進(jìn)圍巖形成帷幕圈，降低洞身受到各種壓力，同時(shí)增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性，增加圍巖防滲性能，優(yōu)化隧道受力條件。

（2）洞身支護(hù)

該工程隧道的初期支護(hù)內(nèi)容通常為超前小導(dǎo)管施工、掛鋼筋網(wǎng)以及噴射混凝土施工，如果遇到圍巖穩(wěn)定性較差的地段，需通過(guò)架設(shè)鋼架進(jìn)行支撐。隧洞洞身拱部V類圍巖段預(yù)支護(hù)通常應(yīng)用超前小導(dǎo)管注漿施工。超前小導(dǎo)管一般使用熱軋無(wú)縫鋼花管制作而成，控制環(huán)向間距50cm，每一根超前小導(dǎo)管的長(zhǎng)度約為3.5m，控制兩組小導(dǎo)管縱向搭接長(zhǎng)度必須>100cm。小導(dǎo)管通常在現(xiàn)場(chǎng)完成加工，應(yīng)用熱軋無(wú)縫鋼管制作而成，呈梅花形布置，控制尾部長(zhǎng)度必須>30cm，前端加工成錐形，同時(shí)焊接Φ6mm加勁箍。具體如圖1所示。

選擇全站儀進(jìn)行孔位的測(cè)定，控制環(huán)向孔距50cm，相鄰兩環(huán)搭接長(zhǎng)度需≤1m。鉆孔應(yīng)用YG40導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)，鉆孔直徑通常比鋼管直徑大3～5mm，控制鉆進(jìn)過(guò)程中的角度在5°～15°之間。完成鉆孔施工后，使用鉆進(jìn)進(jìn)行掃孔，將浮渣清除干凈，保證孔徑以及孔深等參數(shù)符合相關(guān)指標(biāo)要求。

按設(shè)計(jì)要求，將Φ42mm超前小導(dǎo)管插入孔內(nèi)，控制打入長(zhǎng)度必須>其自身長(zhǎng)度的90%，鋼管的尾部需和鋼架穩(wěn)定焊接，形成穩(wěn)定的預(yù)支護(hù)體系。完成小導(dǎo)管的設(shè)置后，為了避免漏漿的情況發(fā)生，需用塑膠泥漿孔口封堵。

在注漿施工前，必須對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行檢查，保證其可正常工作。首先將管內(nèi)雜物清洗干凈，自上而下地進(jìn)行。控制注漿壓力處于0.2～0.3MPa范圍之間，如果單孔注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，方可結(jié)束注漿過(guò)程。根據(jù)現(xiàn)象實(shí)際情況以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證注漿結(jié)果。注漿通常按自下而上的順序進(jìn)行，如果遇到跑漿的現(xiàn)象，應(yīng)使用間隔注漿的方式，最終完成注漿過(guò)程。完成注漿施工后，將注漿接頭拆除，為了避免還未凝固的漿液發(fā)生外流的現(xiàn)象，應(yīng)使用水泥藥卷將注漿管口封堵住。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在水庫(kù)引水隧洞施工過(guò)程中，隧洞的開(kāi)挖和支護(hù)十分重要。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)水庫(kù)引水隧洞開(kāi)挖和支護(hù)施工方法進(jìn)行了分析和探討，取得了良好的施工效果，值得類似工程借鑒和參考。

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