深埋長輸水隧洞施工技術(shù)淺析

陳令令

（江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌330096)

1 工程概況

新建長輸水隧洞為跨流域引水工程[1]，施工方法采用鉆爆法全斷面施工，由于輸水線路經(jīng)過范圍多為山區(qū)，山高陡峻，沿線地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，根據(jù)取用水高程，引水線路只能采用長隧洞布置。隧洞進(jìn)口底板高程1529.00 m，全長10.51 km，其中洞身段長9965 m，設(shè)計(jì)底坡i=1/1000。輸水隧洞由進(jìn)口段、無壓洞身段、出口段組成。洞身段為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，屬于特小斷面、特長型隧洞。隧洞設(shè)計(jì)流量為4.63 m3/s。長隧洞建成后一勞永逸，維護(hù)、修繕費(fèi)用低，方便運(yùn)行管理，但在施工中由于洞身地下水活動(dòng)較強(qiáng)，褶皺裂隙發(fā)育，易坍方掉頂穩(wěn)定差，地質(zhì)條件復(fù)雜，不確定因素多，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)施工工作面狹窄，施工難度大，造成施工周期較長，因此施工方法與技術(shù)研究是本工程重中之重，本文將從長隧洞結(jié)構(gòu)布置、支護(hù)襯砌方式、灌漿方式，引排水以及其他具體施工技術(shù)等方面進(jìn)行探討。

2 長隧洞布置及襯砌

2.1 長隧洞結(jié)構(gòu)布置

長隧洞全長10.51 km，其中洞身段長9965 m，設(shè)計(jì)底坡i=1/1000。輸水隧洞由進(jìn)口段、無壓洞身段、出口段組成。洞身段為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，屬于特小斷面、特長型隧洞。具體結(jié)構(gòu)布置如下[1]：

（1）進(jìn)口段(隧0-005.00～隧0+000.00)

進(jìn)口段總長5 m，進(jìn)口底板高程1529.00 m，底坡i=0。進(jìn)口段為矩形斷面，邊墻0.4 m、底板為0.4 m 厚C25 鋼筋砼襯砌，邊墻高2.0 m。隧洞進(jìn)口采用槽挖，洞臉開挖邊坡采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，坡頂設(shè)置截水溝。

（2）無壓洞身段(隧0+000.00～隧10+400.00)

洞身段總長10400 m，洞身標(biāo)準(zhǔn)斷面為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，頂拱中心角為120°，底坡為1/1000。該隧洞主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖隧洞，隧洞洞挖完成后，洞壁的支護(hù)工作應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)。由于長輸水隧洞主洞洞身較長，里程隧2+2755.0 與隧7+362.0 處分別設(shè)置1 個(gè)施工支洞，支洞為2.2 m×2.5 m 城門洞，底坡i=1/2.5。

（3）出口段(隧10+400.00～隧10+510.00)

出口段總長110 m。其中隧10+400.00～隧10+405.00 m 為出口平臺(tái)段，長5 m，底寬2.0m，邊墻高2.5 m，底坡i=0，為40 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面；隧10+405.00～隧10+480.00 為泄槽段，長75 m，底寬2.0 m～5.0 m，邊墻高由2.5 m 漸變?yōu)?.0 m，標(biāo)準(zhǔn)段底坡i=1∶1.5，為40 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面；隧10+480.0～隧10+510.00 為消力池段，長30.0 m，底寬5.0 m，邊墻高4.0 m，為80 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面。出口段采用槽挖，洞臉開挖邊坡采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)，坡頂設(shè)置截水溝。

2.2 隧洞支護(hù)及襯砌方式

新建長隧洞洞身覆蓋主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖。隧洞洞挖完成后，洞壁的支護(hù)工作應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)。根據(jù)圍巖等級(jí)不同，采用不同的支護(hù)形式。若遇斷裂擠壓破碎帶、強(qiáng)富水地層、高地應(yīng)力段、易塌及軟巖地帶還應(yīng)認(rèn)真做好超前預(yù)報(bào)工作，并結(jié)合超前小導(dǎo)管、超前錨桿以及預(yù)灌漿等措施進(jìn)行施工[2]。主洞支護(hù)的具體施工措施見表1。

輸水隧洞襯砌厚度根據(jù)開挖揭露圍巖情況進(jìn)行調(diào)整，采用0.3 m、0.4 m 厚C25 砼、C25 鋼筋砼襯砌，Ⅴ類圍巖特殊地段隧洞襯砌厚度加大為0.5 m，輸水隧洞初期支護(hù)和襯砌斷面圖見圖1。

2.3 回填灌漿、固結(jié)灌漿施工

二次襯砌結(jié)束后，當(dāng)襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對(duì)整個(gè)隧洞洞身進(jìn)行回填灌漿，回填灌漿7 d 后進(jìn)行固結(jié)灌漿[3]，灌漿設(shè)計(jì)圖見圖2。回填灌漿、固結(jié)灌漿的施工要求如下：

圖2 輸水隧洞回填、固結(jié)灌漿施工圖

（1）回填灌漿是在隧洞頂拱120°范圍內(nèi)布置灌漿孔并進(jìn)行灌漿，灌漿孔分為Ⅰ、Ⅱ序孔，并按孔序進(jìn)行，Ⅰ序孔孔距6 m，Ⅱ序孔孔距6 m，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔交錯(cuò)布置呈梅花形，預(yù)埋灌漿孔孔深深入圍巖不小于10 cm 且應(yīng)鉆透空腔，灌漿時(shí)先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔。

（2）回填灌漿選用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa，在規(guī)定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌注10 min 即可結(jié)束。洞身灌漿質(zhì)量檢查結(jié)束后，對(duì)回填灌漿孔重新開孔作為排水孔。

（3）洞身固結(jié)灌漿應(yīng)在回填灌漿工作結(jié)束7 天后才能進(jìn)行，灌漿孔伸入圍巖3 m，灌漿孔排距3 m，灌漿時(shí)應(yīng)先灌一序排，再灌二序排，最后灌三序排。每排先灌一序孔，再灌二序孔，然后灌三序孔。

（4）固結(jié)灌漿材料應(yīng)選用不低于42.5 普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間≥45 min、終凝時(shí)間≤10 h；固結(jié)漿液采用純水泥漿，漿液水灰比為1、0.8、0.6 和0.5 四個(gè)級(jí)別，漿液由稀至濃逐級(jí)變換，固結(jié)灌漿采用單孔灌漿法，灌漿在規(guī)定的壓力下，灌漿孔段注入率不大于0.4 L/min 時(shí)，延續(xù)30 min 即可結(jié)束。

（5）Ⅴ類圍巖地下水高壓力穩(wěn)定流段，采用超前預(yù)灌漿結(jié)合初期支護(hù)的方式進(jìn)行掘進(jìn)；超前預(yù)灌漿灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5 級(jí)。速凝材料采用水玻璃，灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，初擬孔口灌漿壓力為1.5 MPa。

3 施工技術(shù)要求

本工程輸水隧洞屬于特小斷面、特長型隧洞，隧洞開挖采用全斷面開挖，圍巖較差時(shí)采用短進(jìn)尺開挖，開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，隧洞貫通后，對(duì)洞身進(jìn)行永久襯砌、灌漿施工[4]。隧洞施工關(guān)鍵技術(shù)要求如下：

（1）電壓?jiǎn)栴}。當(dāng)隧洞掘進(jìn)至一定深度，洞外變壓器所供電壓產(chǎn)生壓降，難以滿足工作面施工機(jī)械作業(yè)要求時(shí)，可采用高壓進(jìn)洞，在輸水隧洞掘進(jìn)1 km 左右開挖洞室加設(shè)一變壓器降壓到施工要求電壓；

（2）施工供水。洞內(nèi)施工可采用φ50 mm 管將水從洞口送到工作面供施工作業(yè)用水；

（3）通風(fēng)問題。主、支洞前300 m 洞挖采用壓入式通風(fēng)，300 m以后采用混合式，即爆破完畢后，壓入式風(fēng)機(jī)與抽出式風(fēng)機(jī)同時(shí)工作。風(fēng)機(jī)除了停工和檢修時(shí)間之外，應(yīng)始終處于工作狀態(tài)，不得隨意停機(jī)結(jié)束供風(fēng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量風(fēng)壓不能滿足隧洞通風(fēng)要求時(shí)，可以適當(dāng)增大風(fēng)筒直徑或串聯(lián)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行升壓。為改善洞內(nèi)空氣，可采取適當(dāng)布置射流風(fēng)機(jī)加以解決，為了降低工作面粉塵可在距工作面50 m 左右設(shè)水幕降塵器[5]。

（4）排水問題。洞內(nèi)施工排水采用集水坑（2.0m×1.0m×1.5m）、集水井與水泵、排水管相結(jié)合的排水方式，首先把工作面的水排至集水坑（每隔500 m 設(shè)一個(gè)）；當(dāng)為支洞側(cè)工作面時(shí)，通過水泵、排水管道抽排至接力泵站，由接力泵站排至支洞底部集水井（2.0 m×1.5 m×2.0 m），由高揚(yáng)程水泵排至洞外的污水沉淀池，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放；當(dāng)為隧洞進(jìn)出口工作面時(shí)，通過水泵、排水管道抽排至接力泵站，由接力泵站排至洞外的污水沉淀池，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排放。當(dāng)?shù)叵掠克枯^大時(shí)可鉆匯水孔或采用灌漿阻水。

（5）出渣問題。隧洞出渣采用輕軌單車道運(yùn)輸，洞身每隔200 m 左右間距設(shè)置一錯(cuò)車道，錯(cuò)車道布置位置可根據(jù)開挖圍巖情況適當(dāng)調(diào)整，應(yīng)布置于圍巖類別相對(duì)較好地帶。錯(cuò)車道布置見圖3、圖4。支洞軌道每隔8 m 設(shè)一組防滑裝置，人行道設(shè)置臺(tái)階、安全欄桿及縱向排水溝。

圖3 錯(cuò)車道平面布置圖（尺寸單位：cm)

圖4 錯(cuò)車道橫斷面布置圖（尺寸單位：cm)

（6）鋼筋砼澆筑。隧洞貫通后，采用有軌作業(yè)；在隧洞進(jìn)出口拌制混凝土，采用斗車將拌制好的混凝土運(yùn)輸至混凝土輸送泵跟前，采用人工將砼送入混凝土輸送泵，采用混凝土泵壓送入倉。先澆筑底板，后澆筑邊頂拱；底板采用底模臺(tái)車進(jìn)行澆筑，澆筑完底板，砼強(qiáng)度達(dá)到要求后，采用有軌整體式鋼模臺(tái)車進(jìn)行邊頂拱澆筑。對(duì)于地質(zhì)條件差或有軟弱夾層的地段可提前襯砌[6]。

（7）主、支洞洞身均為城門洞型斷面，主洞施工結(jié)束后對(duì)支洞進(jìn)行封堵，在支洞進(jìn)口和主洞、支洞交叉位置采用漿砌石堵頭，堵頭長度為3.0 m，并且每隔10 m 均采用漿砌石砌筑，長度也為3 m，支洞其余洞段采用毛石回填，洞頂預(yù)埋φ5 cm 灌漿花管，回填后進(jìn)行灌漿封堵。

（8）施工供電與照明應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，洞身作業(yè)面采用投光燈照明，洞身非作業(yè)面采用白熾燈，應(yīng)有備用電源。

4 結(jié)論及建議

本工程深埋長輸水隧洞施工應(yīng)結(jié)合圍巖地質(zhì)情況，對(duì)地質(zhì)條件較好洞段采用開挖后再進(jìn)行二次襯砌，對(duì)局部地質(zhì)條件特別差地段，采用邊襯邊挖方式進(jìn)行施工，以確保圍巖穩(wěn)定；當(dāng)遇到大斷層、地下涌水等不良地質(zhì)段應(yīng)采用超前錨桿、超前小導(dǎo)管和超前高壓預(yù)灌漿等加強(qiáng)初期支護(hù)后再進(jìn)行掘進(jìn)，并同時(shí)做好施工用電、用水、通風(fēng)、出渣及排水等工程措施，在施工中要及時(shí)觀測(cè)和測(cè)量開挖斷面圍巖變形情況，同時(shí)做好超前預(yù)報(bào)工作，最大限度的保障施工中人員和機(jī)器設(shè)備安全，保證工程順利進(jìn)行。