南溝門水庫引水發(fā)電洞施工技術(shù)要點(diǎn)

師 航，李增強(qiáng)，薛 健

（延安南溝門水利樞紐工程有限責(zé)任公司，陜西 延安 716000）

1 工程概況

南溝門水庫引水發(fā)電洞工程具備兩個(gè)功能，一是作為電站廠房發(fā)電的引水建筑物，二是作為南線供水管線的輸水建筑物。工程布置在大壩右岸，導(dǎo)流泄洪洞進(jìn)口上游側(cè)。出口洞軸線距黃延3053線路024桿水平距離72 m，垂直距離57.3 m，距黃富線1154線路桿水平距離123 m，垂直距離81.7 m。隧洞洞身長1317.6 m，由進(jìn)口放水塔、右岸配電室、出口閘室段、消力池、匯流池和退水渠等組成。隧洞設(shè)計(jì)流量為9.0 m3/s，洞內(nèi)設(shè)計(jì)流速2.48 m/s。開挖最大洞徑為R=1.55 m，襯砌成型洞徑R=1.1 m，圓形斷面，縱坡為i=3.2∶100和i=1∶1000。根據(jù)不同的圍巖類別采用不同的開挖支護(hù)型式和襯砌型式。全斷面采用C25鋼筋混凝土襯砌，隧洞圍巖為Ⅲ類、Ⅳ類,襯砌厚度均為0.35 m。

2 施工工藝

2.1 爆破參數(shù)

引水發(fā)電洞爆破設(shè)計(jì)，采用全斷面鉆爆開挖方式，手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝藥，非電毫秒位差導(dǎo)爆管起爆。爆破設(shè)計(jì)原則為：①盡量減少或避免爆破對(duì)周圍建筑物安全的影響；②保證開挖邊坡的平整及完整，保證建基面不受破壞；③爆破石渣的塊度應(yīng)適合機(jī)械操作，滿足高強(qiáng)度機(jī)械化施工的需要；④滿足總進(jìn)度工期需要，符合設(shè)計(jì)技術(shù)文件有關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。炮孔布置及爆破參數(shù)見圖1、表1。

根據(jù)爆破安全要求，從爆源至被保護(hù)對(duì)象之間的安全距離，按爆破地震、空氣沖擊波和個(gè)別飛石等各種爆破效應(yīng)分別核定。由于洞口朝向河道，且處于低位，此處以高壓線桿和民房為被保護(hù)對(duì)象，不再對(duì)空氣沖擊波和個(gè)別飛石進(jìn)行核定，僅對(duì)爆破地震波質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度和安全距離進(jìn)行核定。

圖1 炮孔布置圖

表1 全斷面爆破參數(shù)表

2.1.1 爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度

爆破地震波的安全判據(jù)主要為爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度，爆破地震波的強(qiáng)弱采用質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)參數(shù)表示。質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)參數(shù)指介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到爆破地震擾動(dòng)時(shí)圍繞平衡位置作震動(dòng)的量，質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度的計(jì)算公式為：

式中：v為質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度，cm/s；Q為炸藥量（取每循環(huán)總藥量30.05 kg），kg；R為藥包至震動(dòng)點(diǎn)的距離（高壓桿取72 m，民房取90m），m；K為與爆破點(diǎn)到計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、地址條件有關(guān)的參數(shù)，取200；a為衰減指數(shù)，取1.5。

以上參數(shù)分別代入公式中計(jì)算出高壓桿處震動(dòng)速度為1.79 cm/s，民房處震動(dòng)速度為1.28 cm/s。根據(jù)《水利水電工程施工手冊》土石方工程分冊中P88頁，關(guān)于爆破震動(dòng)安全容許標(biāo)準(zhǔn)可知：一般民房的安全運(yùn)行振速不超過2 cm/s,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不超過3 cm/s，因此爆破不會(huì)對(duì)民房和高壓桿基礎(chǔ)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性危害。

2.1.2 爆破震動(dòng)安全允許距離

以爆破震動(dòng)安全允許振速計(jì)算爆破安全允許距離，計(jì)算公式為：

式中符號(hào)意義與質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度公式一致。將一般民房的安全運(yùn)行振速不超過2 cm/s，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不超過3 cm/s，求的安全允許距離為67 m和51 m。既對(duì)于一次爆破裝藥30.05 kg而言，67 m外的房屋和51 m外的高壓桿均處于安全允許距離外。

在以上計(jì)算中，被保護(hù)對(duì)象的安全允許振速均取最小值，同時(shí)起爆藥量按一次起爆計(jì)算，而實(shí)際開挖時(shí)分4段起爆，因此從計(jì)算角度留有充足的安全余地。

2.2 隧洞開挖

2.2.1 進(jìn)口鎖口施工

進(jìn)口洞口采用超前錨桿加洞臉噴錨方案，在洞口設(shè)計(jì)開挖線25 cm上布置三層Φ25（L=3 m）砂漿錨桿，間排距0.3 m×0.3 m梅花型布置，錨桿上傾15°，外漏15 cm。鎖口錨桿范圍內(nèi)鋪設(shè)Φ6@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)噴射15 cm厚C20砼。進(jìn)口段采用“小藥量、短進(jìn)尺、快支護(hù)、安全成洞”施工方法，光面爆破，每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m～1.5 m。進(jìn)口段系統(tǒng)錨桿和噴錨支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。進(jìn)洞10 m～15 m，頂拱120°范圍內(nèi)采用Φ25（L=3 m）超前砂漿錨桿加強(qiáng)支護(hù)。

2.2.2 出口管棚支護(hù)施工

隧洞出口施工和由中水十五局承建的“電站廠房工程”施工處于交叉和干擾，洞頂以上為電站廠區(qū)高邊坡（高36 m）施工范圍，高邊坡開挖和支護(hù)同步進(jìn)行中。隧洞出口圍巖為Ⅳ類，巖體比較破碎，為強(qiáng)風(fēng)化砂、泥（頁）巖互層。鑒于以上兩個(gè)原因，為保證進(jìn)出洞施工安全，出口采用超前管棚進(jìn)行支護(hù)。使用無縫鋼管（Φ76 mm、壁厚4 mm、長6 m），深入巖石5 m，外漏1 m作明拱。明拱采用14#工字鋼，支撐間距0.5 m。管壁上布置50 cm梅花型Φ6 mm壓漿孔，便于漿液滲出。采用100 D淺孔鉆造孔，鉆頭直接90 mm。

2.2.3 出口段施工

由于隧洞出口離村莊較近，附件村民對(duì)夜間爆破施工多次提出異議和阻擋。為了保證施工質(zhì)量和進(jìn)度，同時(shí)為了避免夜間擾民，在施工工藝上采取“短進(jìn)尺、少藥量、若爆破”的方案，進(jìn)洞前200 m每次掘進(jìn)控制在0.8 m～1.2 m，超過200m按正常爆破參數(shù)進(jìn)行爆破施工；在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上22:00～06:00之間禁止放炮，每天夜間鄰近22:00前進(jìn)行爆破，有效的利用夜間禁止爆破時(shí)間，進(jìn)行出渣和后續(xù)的爆破造孔等工序。通過工藝控制和合理的施工組織，既滿足了村民的愿景，又以最快的速度保證了施工進(jìn)度。

2.2.4 跨南溝段施工

在整個(gè)隧洞開挖中，跨南溝段為最危險(xiǎn)且難度最高，加強(qiáng)跨南溝段隧洞開挖支護(hù)方式，是施工中必須考慮的技術(shù)問題。在開挖過程中，引0+220-0+275段隧洞圍巖為泥巖與砂巖互層，洞頂有線狀滲水，地質(zhì)判斷為Ⅳ類圍巖?？紤]該段為跨南溝段，洞頂覆蓋巖層較薄且承擔(dān)渣場的棄渣荷載，同時(shí)考慮滲水引起的局部坍塌，參見各方討論該段隧洞的開挖支護(hù)問題。最終確定Ⅳ類圍巖按Ⅴ類圍巖的設(shè)計(jì)支護(hù)方式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，確保開挖的安全。

2.2.5 出渣方案

隧洞開挖成型為直徑2.9 m圓形斷面，洞底為弧形且斷面尺寸狹小，一般大中型機(jī)械無法進(jìn)入洞內(nèi)作業(yè)。在開挖過程中，利用開挖的爆破石渣，給洞底板鋪設(shè)30 cm開挖石渣，一者可給運(yùn)輸設(shè)備形成平坦路面，二者可以保護(hù)洞底板。石渣用扒渣機(jī)運(yùn)輸至機(jī)動(dòng)三輪，由三輪運(yùn)輸至洞口，待石渣集中后再由裝載機(jī)鏟裝至自卸汽車運(yùn)輸至指定南溝棄渣場。

2.3 混凝土襯砌措施

2.3.1 模板選用

建設(shè)時(shí)對(duì)洞內(nèi)選擇怎么樣的模板型式進(jìn)行了對(duì)比，一是針梁臺(tái)車，優(yōu)點(diǎn)是混凝土外觀質(zhì)量有保證且支?？?，缺點(diǎn)是造價(jià)高，狹小空間移動(dòng)不方便；二是小型鋼模和木模組合模板，優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，缺點(diǎn)是施工支模緩慢，外觀易錯(cuò)臺(tái)。經(jīng)過比較和優(yōu)化，在通用斷面內(nèi)，最終模板采用定型組合鋼模板，一個(gè)斷面為4塊模板拼裝，每節(jié)長度為1.5 m，共6節(jié)。模板加固采用14#鋼拱進(jìn)行加固，鋼拱間距為75 cm。根據(jù)施工總進(jìn)度要求鋼模選用2套，進(jìn)出口各1套。漸變段、反弧段、弧形段均采用滿堂架支撐鋼木組合模板，襯砌長度3 m～5 m。在側(cè)墻和頂拱砼設(shè)置45 cm×45 cm梅花型入倉口，在底拱和頂拱布置4臺(tái)平板振搗器。入倉混凝土應(yīng)左右均衡（兩側(cè)高差小于50 cm），及時(shí)振搗，防止鋼模移位。

2.3.2 混凝土運(yùn)輸

由于斷面小，混凝土罐車無法進(jìn)入洞內(nèi)工作面，特制混凝土罐車成本又很大，而且利用率低。經(jīng)過綜合衡量，運(yùn)輸方案采用罐車、三輪車、溜槽和泵車組合的運(yùn)輸方式。用4 m3混凝土罐車運(yùn)至洞口，進(jìn)口砼采用塔吊或溜槽垂直運(yùn)輸至洞口，三輪車運(yùn)至作業(yè)面入泵，人工配合二次攪拌，最后由HBT30-1408混凝土泵入倉。隧洞底部為砂泥巖互層，遇水軟化，三輪運(yùn)輸混凝土過程中出現(xiàn)顛簸，易造成混凝土離析，且運(yùn)輸速度緩慢。為此將一次澆筑成型調(diào)整為兩次成型，第一次用C15素砼澆筑設(shè)計(jì)尺寸外底板超挖部分，為三輪車形成堅(jiān)硬的洞內(nèi)運(yùn)輸路面，有效解決一次成型方案中混凝土的離析問題，且提高了混凝土的運(yùn)輸速度，確保了澆筑的質(zhì)量。

2.4 固結(jié)灌漿施工

2.4.1 出口段灌漿補(bǔ)強(qiáng)

整個(gè)洞身按設(shè)計(jì)進(jìn)行了常規(guī)性的灌漿施工，鑒于引水發(fā)電洞是壓力隧洞，且給下游用水企業(yè)延安煉油廠和石化廠供水不可中斷，本著科學(xué)性、合理性和準(zhǔn)確性，為保證整個(gè)隧洞的灌漿效果，特別是對(duì)出口閘室附近，電站廠房邊坡出口段隧洞，進(jìn)行設(shè)計(jì)外的補(bǔ)強(qiáng)灌漿，以保證運(yùn)行安全。參見各方共同商議確定，在洞身出口1+1317.6-1+1302.6樁號(hào)段15 m范圍內(nèi)，進(jìn)行補(bǔ)充加強(qiáng)灌漿，防止在工程運(yùn)行時(shí)，在靜水壓力的作用下，隧洞出口邊坡出現(xiàn)滲漏。補(bǔ)強(qiáng)灌漿方案為孔深3 m，間排拒1 m，與原設(shè)計(jì)中的孔距0.5 m，采用梅花型布置，灌漿壓力為0.6 MP。

2.4.2 砼貫通縫補(bǔ)強(qiáng)

在洞身樁號(hào)0+697、0+706處各有一道環(huán)項(xiàng)貫通縫，對(duì)隧洞以后的運(yùn)行存在一定的質(zhì)量安全隱患。經(jīng)參加各方共同商議，在兩處貫通縫下游30cm處各增加一環(huán)固結(jié)灌漿孔，空位、孔深、孔距按設(shè)計(jì)圖紙。通過補(bǔ)強(qiáng)灌漿，對(duì)該部位存在的質(zhì)量隱患進(jìn)行消除，確保工程的質(zhì)量和運(yùn)行安全。

3 結(jié)語

2015年8月19日南溝門水利樞紐引水發(fā)電洞通過單位工程完工驗(yàn)收，2016年6月1日投入使用，正式向延安煉油廠和石化廠供水。2018年7月25日，運(yùn)行單位組織人員進(jìn)洞查看隧洞運(yùn)行情況。通過查看，混凝土襯砌結(jié)構(gòu)完整，表面缺陷處理效果良好，金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)行正常，局部倉位間施工縫有小量滲水。截止目前，整個(gè)單位工程投入運(yùn)行3年多，運(yùn)行正常，給樞紐發(fā)揮社會(huì)效益提供了有力保障。實(shí)踐證明，通過建設(shè)期的施工技術(shù)創(chuàng)新和質(zhì)量把控，實(shí)際所采用的施工方案、技術(shù)措施和組織措施可靠，整個(gè)隧洞施工質(zhì)量較好，開挖和襯砌措施合理，補(bǔ)強(qiáng)灌漿效果顯著。文中稱述的措施和方案，給同類型隧洞的施工提供技術(shù)和方案參與，提供施工和管理經(jīng)驗(yàn)。