水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程新建泄洪隧洞施工工藝探究

戴偉明，洪 梁

(宜春市袁州區(qū)水利局，江西 宜春 336000)

1 工程概況

袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)位于江西省宜春市袁州區(qū)劍潭鄉(xiāng)境內(nèi)，壩址位于贛江水系袁河北岸坑西河支流遼市河上游段，距離宜春市區(qū)36 km。壩址控制流域面積70.3 km2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫(kù)樞紐工程，是袁北灌區(qū)的主要灌溉水源之一。飛劍潭水庫(kù)正常蓄水位180.00 m,死水位164.00 m,洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，10 000 a一遇洪水校核，相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位181.30 m,校核洪水位182.83 m,總庫(kù)容1.056億m3。主要建筑物包括：主壩、1號(hào)副壩、2號(hào)副壩、泄洪輸水隧洞、非常溢洪道及發(fā)電站等。水庫(kù)始建于1958年，自1960年蓄水，直到1979年才初步建成泄洪規(guī)模。為了應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)乇┯昱c洪水防范挑戰(zhàn)，專門開展除險(xiǎn)加固工程，運(yùn)用新建泄洪隧洞，保證水庫(kù)在泄洪除險(xiǎn)中發(fā)揮重要作用。根據(jù)以往暴雨與洪水的相關(guān)特征可發(fā)現(xiàn)：在4—6月，降雨量平均值達(dá)到691.4 mm。在7月、8月有所減少，降雨量均值為319.9 mm。在182.20 m抗洪水位下，其水庫(kù)容量需達(dá)到9930 m3。

在新建泄洪隧洞施工項(xiàng)目中，主要設(shè)有泄洪輸水隧洞，位于飛劍潭水庫(kù)大壩右側(cè)山體內(nèi)，連通著下游河道。施工過(guò)程由進(jìn)水渠、進(jìn)口段、洞身段、出口段及消能段等結(jié)構(gòu)組成。隧洞長(zhǎng)度為198.5 m，洞身主要以圓形為主，直徑2.5 m，采用厚度50 cm、強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土結(jié)構(gòu)。在新建泄洪隧洞項(xiàng)目中，施工場(chǎng)地DK0+037.91～DK0+171.43段屬于Ⅳ類圍巖，巖性為鈣質(zhì)粉砂巖，整體完整度較低，并不具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性；而DK0+171.43～DK0+210.50段則屬于Ⅴ類圍巖，所含巖石成分多為中等硬度粉砂巖。新建后的泄洪隧洞可為飛劍潭水庫(kù)起到良好的泄洪助力作用。

2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程新建泄洪隧洞基礎(chǔ)施工內(nèi)容

2.1 水流控制施工

在飛劍潭水庫(kù)新建泄洪隧洞基礎(chǔ)施工過(guò)程中，汛期施工安全應(yīng)加強(qiáng)水流控制施工管理。因水庫(kù)所在地屬于多風(fēng)且雨量充足區(qū)域，每年平均降雨量可達(dá)到1639.4 mm，所以，應(yīng)充分結(jié)合當(dāng)?shù)胤姥匆舐鋵?shí)施工內(nèi)容。一方面，需在隧洞進(jìn)出口處開挖截水溝，洞內(nèi)建立輸水溝渠，保證水庫(kù)隧洞施工正常水流輸送功能。另一方面，還應(yīng)在洞口處建立集水坑，其容量控制在4 m3以內(nèi)，為后續(xù)水流集中排放創(chuàng)造有利條件。為了避免截水溝的建立存在風(fēng)險(xiǎn)，還應(yīng)將鋼筋網(wǎng)片覆蓋于溝渠之上。同時(shí)，還應(yīng)備有500余個(gè)黏土編織袋，以免洪水泛濫、削弱隧洞截水效用。在排水設(shè)施布置期間，既要組織專門用于開展防汛工作的隊(duì)伍，又要借助水泵等機(jī)械設(shè)施強(qiáng)化排水能力，保障泄洪隧洞施工安全[1]。

2.2 構(gòu)件防腐施工

在新建泄洪隧洞中常需要運(yùn)用金屬材質(zhì)的水工構(gòu)件，為了避免出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，還應(yīng)積極做好防腐施工操作。具體方法如下：其一，預(yù)處理，針對(duì)水工金屬構(gòu)件可在其上方噴涂砂料，使其表面粗糙度保持在60～100 μm。對(duì)于與混凝土結(jié)構(gòu)相接觸的構(gòu)件，適當(dāng)降低粗糙度，以免影響?zhàn)そY(jié)力；其二，噴涂金屬涂料，對(duì)其表面噴涂鋅鋁涂層。噴涂環(huán)節(jié)控制好噴涂時(shí)間，若天氣較好，應(yīng)在2 h內(nèi)完成噴涂任務(wù)，噴涂頻率應(yīng)設(shè)置為3次/2h；其三，涂裝作業(yè)，對(duì)于隧洞中涉及的鋼板構(gòu)件，在其表面噴涂一層厚度為80 μm的環(huán)氧富鋅漆，以此提升防腐質(zhì)量。

3 袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程新建泄洪隧洞施工工藝

3.1 圍巖量測(cè)施工工藝

袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)在開展泄洪隧洞施工項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分應(yīng)用圍巖量測(cè)施工工藝，以此為施工安全提供重要保障，提高施工方案的可行性，以免因量測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，造成隧洞建設(shè)不規(guī)范，削弱除險(xiǎn)加固效果。在具體施工時(shí)，應(yīng)先對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，然后確定監(jiān)控量測(cè)目標(biāo)，之后分別采集開挖工作面、科學(xué)處理量測(cè)數(shù)據(jù)，判斷現(xiàn)下圍巖是否穩(wěn)定。若圍巖穩(wěn)定性良好，可進(jìn)入到下一工序；若不穩(wěn)定，需重新加以量測(cè)，保證圍巖結(jié)構(gòu)符合施工要求，并充分參照量測(cè)規(guī)范控制量測(cè)頻率，見(jiàn)表1。同時(shí)，密切關(guān)注圍巖拱頂沉降情況，并均勻分布量測(cè)點(diǎn)。其中所選用的量測(cè)儀器以全站儀為主，搭配反射器對(duì)圍巖斷面到開挖面的距離進(jìn)行精準(zhǔn)量測(cè)，以此為后續(xù)隧洞開挖作業(yè)創(chuàng)造有利條件[2]。

表1 圍巖量測(cè)頻率要求

此外，結(jié)合施工方案計(jì)算隧洞涌水量，運(yùn)用公式(1)進(jìn)行計(jì)算：

Q=L×K×(H-h)/(R-r)

(1)

式中：L為洞含水體長(zhǎng)度，m；K為含水體滲透系數(shù)，m/d；H為隧洞底部含水體厚度，m；h為排水溝預(yù)設(shè)深度，m；R為引用補(bǔ)給半徑，m；r為出水半徑，m。另外，還可計(jì)算出最大涌水量，用于衡量隧洞后期泄洪能力，將其作為量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證圍巖結(jié)構(gòu)是否滿足施工需求，具體計(jì)算如公式(2)：

Q1=L×(2π×H1×K)/ln(4H/d)

(2)

式中：H1為靜水位距離圓形隧洞斷面中心點(diǎn)的間距，m；d為圓形隧洞直徑，m。據(jù)此，施工人員可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)整施工方法，保證泄洪隧洞施工工藝發(fā)揮出真正效用。

3.2 光面爆破施工工藝

爆破施工工藝是泄洪隧洞施工項(xiàng)目中的重要技術(shù)手段。首先，要求施工人員佩戴好專業(yè)防護(hù)裝備后對(duì)隧洞周邊石方進(jìn)行爆破處理。通常情況下，爆破作業(yè)期間要求施工人員在進(jìn)入隧洞施工場(chǎng)地時(shí)應(yīng)當(dāng)表明身份，并將自己的胸牌懸掛于隧洞施工面之上；其次，對(duì)于光面爆破施工工藝的實(shí)踐應(yīng)用，應(yīng)積極采取有效措施避免施工風(fēng)險(xiǎn)。例如空槍現(xiàn)象，是由于施工人員在爆破作業(yè)中所設(shè)置的炮眼分布過(guò)于稀疏，致使炮眼未能正常爆破。應(yīng)保證炸藥量的充足以及炮眼分布的合理性。周邊孔采用小藥量光爆，均采用非電雷管毫秒微差分段起爆；光爆孔均采用不偶合裝藥，導(dǎo)爆索起爆。采用手風(fēng)鉆鉆孔，自制鉆爆臺(tái)車作為施工平臺(tái)，人工安插錨桿。對(duì)于Ⅲ類圍巖，應(yīng)以0.10～0.15 kg/m炸藥量為主，而Ⅳ類、Ⅴ類圍巖則控制在0.05～0.10 kg/m。

在該項(xiàng)目以Ⅴ類圍巖為例，布設(shè)39個(gè)周邊孔以及18個(gè)輔助孔，具體用量P需通過(guò)公式(3)計(jì)算得出：

P=s×l×h2

(3)

式中：s為炸藥量，取0.08 kg/m；l為周邊孔數(shù),39個(gè)；h2為爆破長(zhǎng)度，取1.0 m。經(jīng)計(jì)算得出，圍巖斷面所需炸藥量為3.12 kg。爆破后，若隧洞施工場(chǎng)地出現(xiàn)了殘余炸藥，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)爆破點(diǎn)滲水情況的調(diào)查，并于啞炮處的0.3 m范圍內(nèi)重新布置爆破點(diǎn)，保證光面爆破施工的順暢性。若爆破施工未能發(fā)揮出應(yīng)有的效果，將對(duì)石方開挖施工進(jìn)度帶來(lái)不利影響[3]。

3.3 洞身開挖及支護(hù)施工工藝

在洞身開挖施工之前，為了避免隧洞開挖作業(yè)引發(fā)危險(xiǎn)，還應(yīng)在隧洞進(jìn)出口搭建防護(hù)棚，其材質(zhì)多以鋼結(jié)構(gòu)為主。在該項(xiàng)目中，其鋼骨架間距控制在0.5 m，并且在其上方鋪設(shè)厚度為5 m的木板，便于緩解開挖作業(yè)壓力。在袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)新建泄洪隧洞項(xiàng)目中針對(duì)Ⅲ-Ⅴ類圍巖均利用全斷面開挖法為主，控制標(biāo)準(zhǔn)為“短進(jìn)尺、小藥量、弱爆破”，Ⅳ類圍巖每循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0 m，Ⅴ類圍巖每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m，如遇Ⅲ類圍巖，則每循環(huán)進(jìn)尺控制在3.0 m，并借助裝載機(jī)配合20 t自卸車運(yùn)至渣場(chǎng)。同時(shí)，在洞身開挖支護(hù)施工過(guò)程中，因Ⅲ、Ⅳ類圍巖屬于不穩(wěn)定狀態(tài)，還需在開挖作業(yè)期間注重支護(hù)效果。以Ⅲ類圍巖為例，它所采用的支護(hù)方法為錨桿掛網(wǎng)支護(hù)，將其按照1 m間距擺放成梅花型結(jié)構(gòu)，而Ⅳ類與Ⅴ類圍巖處則以工字鋼支護(hù)為主，按照安裝鋼拱架、掛網(wǎng)、噴射混凝土、安裝錨桿等工序支護(hù)，以此確保泄洪隧洞洞身開挖支護(hù)作業(yè)的順利進(jìn)行。

3.4 灌漿鉆孔施工工藝

在新建泄洪隧洞工程中，充分應(yīng)用灌漿鉆孔施工工藝。在灌漿施工期間常以回填法與固結(jié)法兩種灌漿方法對(duì)隧洞圍巖處進(jìn)行灌漿。將其深度控制在10 cm范圍內(nèi)，利用0.3 MPa灌漿力道。在固結(jié)灌漿施工中需先行設(shè)置灌漿孔，然后結(jié)合圍巖性質(zhì)調(diào)整灌漿速度，便于灌漿材料流暢進(jìn)入到圍巖內(nèi)，提高隧洞穩(wěn)固度。灌漿材料主要以硅酸鹽水泥搭配混合溫度為20 ℃的拌合水為主。為了預(yù)防灌漿材料出現(xiàn)凝結(jié)問(wèn)題，還應(yīng)適量添加速凝劑等外加劑，提高灌漿材料質(zhì)量。而鉆孔施工應(yīng)在灌漿之后，確定好鉆孔點(diǎn)位后參照隧洞設(shè)計(jì)圖紙對(duì)灌漿后的圍巖基礎(chǔ)面進(jìn)行鉆孔，其誤差應(yīng)在20 cm左右，而鉆孔深度宜處于10 cm，以免因鉆孔深度不足造成圍巖無(wú)法為隧洞提供可靠的支撐力。在固結(jié)灌漿期間，將水灰比設(shè)定為0.5∶1或3∶1，之后按照每分鐘灌注1 L漿料的速度持續(xù)對(duì)其予以灌漿。若在灌漿施工中遇到阻礙，需及時(shí)沖洗灌漿作業(yè)面重新灌漿，以免影響隧洞施工進(jìn)度[4]。

3.5 混凝土襯砌施工工藝

在混凝土襯砌施工環(huán)節(jié)，按照測(cè)量放線、鋼筋綁扎、建立模板、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)、拆模的流程，保證隧洞工程的高質(zhì)量建設(shè)。其中較為主要的是混凝土材料的攪拌與澆筑。采購(gòu)人員應(yīng)控制好混凝土原材料質(zhì)量，水泥應(yīng)有質(zhì)量合格證以及出廠證明等資料砂石粒徑均應(yīng)符合施工要求，石子粒徑為2/3鋼筋凈間距。待混凝土襯砌材料完成攪拌后，開到澆筑。

具體方法如下：施工人員需秉承著由下至上的原則對(duì)隧洞兩端分別進(jìn)行澆筑。對(duì)于頂端處的澆筑施工需借助輸送泵對(duì)其進(jìn)行均勻澆筑。還可采用分層澆筑的方式有秩序進(jìn)行施工，以免出現(xiàn)厚度不一致問(wèn)題。在澆筑后需實(shí)施科學(xué)養(yǎng)護(hù)。例如采用灑水養(yǎng)護(hù)的方式對(duì)12 h內(nèi)尚未完全固結(jié)的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，防止后期出現(xiàn)裂縫，養(yǎng)護(hù)周期保持在14 d，待混凝土自然凝結(jié)后看良好的穩(wěn)定性時(shí)，為了強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)效果，還需進(jìn)行專人管理的措施避免因養(yǎng)護(hù)管理不到位而降低質(zhì)量。

4 結(jié) 論

袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中新建泄洪隧洞可增強(qiáng)泄洪能力，應(yīng)科學(xué)采用圍巖量測(cè)、光面爆破、洞身開挖支護(hù)、灌漿鉆孔、混凝土襯砌等施工工藝，確保新建泄洪隧洞施工質(zhì)量得到，提高袁州區(qū)飛劍潭水庫(kù)的除險(xiǎn)加固水平。