烏斯通溝水庫(kù)放空沖砂隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)

王曉平

（中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

隧洞本身具備地質(zhì)構(gòu)造的特殊性，工程技術(shù)人員對(duì)特殊的不良地質(zhì)洞段，如果沒(méi)有嚴(yán)格保證其達(dá)到安全穩(wěn)定程度，則不良地質(zhì)洞段易產(chǎn)生失穩(wěn)坍塌、冒頂?shù)群蠊?，從而給施工作業(yè)人員帶來(lái)安全隱患等因素。新疆地區(qū)的烏斯通溝水庫(kù)屬于供應(yīng)當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)用水以及農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要工程組成部分，因此務(wù)必需要確保水庫(kù)導(dǎo)流放空沖砂隧洞達(dá)到工程最佳安全效能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)測(cè)隧洞支護(hù)體系的各項(xiàng)指標(biāo)變化，以便于及時(shí)判斷隧洞支護(hù)體系的失穩(wěn)隱患因素，正確應(yīng)對(duì)與解決隧洞開(kāi)挖支護(hù)的工程技術(shù)實(shí)踐難題。

1 新疆烏斯通溝水庫(kù)的基該工程特征

烏斯通溝水庫(kù)工程是一座以灌溉、工業(yè)供水為主的水庫(kù)工程，主要承擔(dān)向伊拉湖工業(yè)園區(qū)及阿拉溝流域一般工業(yè)的供水調(diào)節(jié)任務(wù)，同時(shí)解決灌區(qū)灌溉供需矛盾突出問(wèn)題，緩解地下水超采問(wèn)題。工程建成后向下游各業(yè)供水2128 萬(wàn)m3。烏斯通溝水庫(kù)工程的主要開(kāi)發(fā)任務(wù)是灌溉和工業(yè)供水，遏制灌區(qū)地下水超采。水庫(kù)總庫(kù)容1440 萬(wàn)m3，正常蓄水位905.0m，興利庫(kù)容1022 萬(wàn)m3，死水位876.0m，死庫(kù)容315 萬(wàn)m3，綜合放水設(shè)計(jì)流量3.0m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積17.2 km2。

烏斯通溝水庫(kù)工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程，建筑物由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、右岸導(dǎo)流放空沖砂隧洞和溢洪洞、左岸灌溉引水隧洞組成。主要建筑物瀝青砼心墻砂礫石壩為2級(jí)建筑物，左岸灌溉引水隧洞、右岸導(dǎo)流兼放空沖砂隧洞、右岸溢洪洞等其他建筑物級(jí)別為3 級(jí)，臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。導(dǎo)流放空沖砂隧洞全長(zhǎng)為559.0m，導(dǎo)流洞由引水渠段、隧洞有壓段、工作閘井段、隧洞無(wú)壓段和出口明渠段組成，其中洞身段樁號(hào)為SL0+000.00～SL0+426.90，總長(zhǎng)426.9m，縱坡0.03%。對(duì)導(dǎo)流洞主要設(shè)計(jì)為錨噴支護(hù)形式，采用鉆爆法施工，斷面形式為城門(mén)洞形隧洞尺寸為4.2m×4.7m（有壓洞段）、4.2m×5.2m（無(wú)壓洞段）。

表1 為導(dǎo)流放空沖砂隧洞的施工作業(yè)循環(huán)時(shí)間指標(biāo)。

表1 Ⅲ類圍巖開(kāi)挖支護(hù)作業(yè)循環(huán)時(shí)間指標(biāo)表

2 新疆烏斯通溝水庫(kù)導(dǎo)流放空沖砂隧洞開(kāi)挖支護(hù)的總體施工方案

導(dǎo)流放空沖砂進(jìn)口段和出口段同時(shí)對(duì)向開(kāi)挖，相距30m時(shí)停止一端開(kāi)挖，在完成支護(hù)施工后，另一側(cè)單向開(kāi)挖至貫通。導(dǎo)流洞進(jìn)洞前應(yīng)完成洞口邊坡開(kāi)挖、支護(hù)及洞口鎖口錨桿，方能進(jìn)行洞內(nèi)開(kāi)挖施工[1]。導(dǎo)流洞洞出口進(jìn)洞前完成洞口邊坡開(kāi)挖、支護(hù)、鎖口錨桿、超前錨桿，方能進(jìn)行洞內(nèi)開(kāi)挖支護(hù)施工。豎井與導(dǎo)流洞間巖體厚度小于10m 時(shí)，應(yīng)采取控制爆破措施，同時(shí)采取隧洞交叉處結(jié)構(gòu)加強(qiáng)支護(hù)等措施后，方可進(jìn)行剩余段開(kāi)挖，并做好相應(yīng)安全防護(hù)措施。邊坡被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在設(shè)計(jì)高程處未施工完成，禁止下級(jí)邊坡開(kāi)挖施工[2]。

從總體的施工規(guī)劃次序角度來(lái)講，隧洞開(kāi)挖支護(hù)的基本施工環(huán)節(jié)重點(diǎn)包括前期放線測(cè)量、清理場(chǎng)地的表土層、開(kāi)挖截水溝、修整洞臉邊坡體系結(jié)構(gòu)、布置錨筋樁、布置錨桿以及噴混掛網(wǎng)操作、布置被動(dòng)性的工程防護(hù)網(wǎng)體系、開(kāi)挖進(jìn)洞操作等。施工技術(shù)人員針對(duì)隧洞開(kāi)挖中的上述各個(gè)環(huán)節(jié)步驟都要密切進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，嚴(yán)格確保隧洞開(kāi)挖以及圍巖支護(hù)的預(yù)期效果[3]。

3 新疆烏斯通溝水庫(kù)導(dǎo)流放空沖砂隧洞開(kāi)挖支護(hù)的施工技術(shù)要點(diǎn)

導(dǎo)流放空沖砂洞具有作業(yè)面狹小、空間受限、較長(zhǎng)的施工線路以及復(fù)雜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的水工隧洞工程，在施工前應(yīng)當(dāng)建立有效的工程質(zhì)量保障措施，尤其是針對(duì)隧洞開(kāi)挖以及隧洞支護(hù)體系的布置施工環(huán)節(jié)過(guò)程而言。在目前的現(xiàn)狀下，某些隧洞施工的操作實(shí)施人員由于忽視隧洞開(kāi)挖支護(hù)中的操作細(xì)節(jié)質(zhì)量監(jiān)管工作，因此導(dǎo)致隧洞體系結(jié)構(gòu)失去堅(jiān)固性，甚至是隧洞地質(zhì)塌陷，對(duì)施工人員造成人身傷害[4]。由此可見(jiàn)，工程技術(shù)人員必須要深刻認(rèn)識(shí)到隧洞開(kāi)挖支護(hù)的質(zhì)量安全監(jiān)管工作的意義，具體涉及隧洞施工技術(shù)的要點(diǎn)如下。

3.1 布設(shè)隧洞開(kāi)挖的工程通風(fēng)通道

隧洞體系結(jié)構(gòu)包括了狹小的施工場(chǎng)所空間，施工操作人員所在的工程區(qū)域固有地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，其中包括隧洞潛水層、風(fēng)化巖層及軟弱土層等特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)[5]。在這種情況下，隧洞施工的操作人員必須要保留工程通風(fēng)以及人員逃生通道，旨在提供最基本的隧洞施工防護(hù)與保障，防止隧洞支護(hù)的施工人員在緊急狀態(tài)下無(wú)法順利逃生。具體針對(duì)施工通道在進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，基本思路為布置隧洞的逃生通道，充分確保工程運(yùn)輸車輛以及施工操作人員能順利進(jìn)出隧洞施工場(chǎng)地。工程技術(shù)人員對(duì)結(jié)構(gòu)較為狹窄的隧洞體系組成部分來(lái)講，應(yīng)當(dāng)致力于合理拓寬設(shè)備錯(cuò)位區(qū)域，同時(shí)還要嚴(yán)格確保現(xiàn)有的隧洞進(jìn)出車輛與行人通道滿足防火安全指標(biāo)。

工程支護(hù)體系的施工技術(shù)人員必須要全面重視施工通風(fēng)的體系結(jié)構(gòu)布置，運(yùn)用因地制宜的隧洞通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路來(lái)優(yōu)化現(xiàn)有的隧洞通風(fēng)模式。具體針對(duì)引水隧洞來(lái)講，包括較小斷面以及較長(zhǎng)人員進(jìn)出線路的隧洞必須要預(yù)留施工通風(fēng)體系，結(jié)合噴霧除塵的關(guān)鍵工藝技術(shù)方法來(lái)保障隧洞施工的操作人員安全。在目前的現(xiàn)狀下，隧洞支護(hù)的施工單位人員重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)考慮采用機(jī)械化的凈化除塵體系結(jié)構(gòu)，使用信息化裝置來(lái)準(zhǔn)確測(cè)試實(shí)時(shí)性的洞內(nèi)有害有毒氣體濃度，完善隧洞通風(fēng)體系的監(jiān)管工作施行保障機(jī)制[6]。例如在圖1 中，施工技術(shù)人員首先需要確保爆破造孔深度為3m，開(kāi)挖過(guò)程中主要運(yùn)用噴射混凝土支護(hù)以及砂漿錨桿支護(hù)體系。施工技術(shù)人員重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)針對(duì)C25 規(guī)格的混凝土進(jìn)行均勻噴射處理，確保系統(tǒng)砂漿錨桿的拱頂部位的面積為1.2m×1.5m。

圖1 Ⅲ圍巖開(kāi)挖支護(hù)的工程支護(hù)參數(shù)圖

3.2 隧洞開(kāi)挖爆破施工

隧洞爆破施工是非常關(guān)鍵的隧洞施工操作步驟，隧洞施工的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照隧洞爆破的正確操作步驟來(lái)進(jìn)行爆破施工處理，避免給隧洞作業(yè)人員帶來(lái)人身安全的隱患。隧洞開(kāi)挖爆破的掏槽施工步驟應(yīng)當(dāng)置于首要地位，工程技術(shù)人員對(duì)此需要準(zhǔn)備機(jī)械化的大型施工輔助設(shè)施，確保掏槽孔能夠達(dá)到環(huán)狀布置的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用垂直設(shè)計(jì)的技術(shù)手段來(lái)布設(shè)掏槽孔洞[7]。一般來(lái)講，工程技術(shù)人員針對(duì)隧洞爆破的操作施工環(huán)節(jié)需要確保限定在40mm左右的鉆孔直徑尺寸大小，并且至少應(yīng)當(dāng)預(yù)留6 個(gè)左右的裝載炸藥孔洞。例如在圖2 中，工程技術(shù)人員主要應(yīng)當(dāng)控制于2m 的爆破造孔深度，開(kāi)挖過(guò)程中主要運(yùn)用噴射混凝土支護(hù)、砂漿錨桿、鋼拱架支護(hù)體系。全斷面開(kāi)挖的施工操作過(guò)程關(guān)鍵應(yīng)當(dāng)包括初噴混凝土、系統(tǒng)錨桿支護(hù)、掛鋼筋網(wǎng)、鋼拱架接長(zhǎng)處理、復(fù)噴混凝土等要點(diǎn)。

圖2 Ⅵ圍巖開(kāi)挖支護(hù)的工程支護(hù)參數(shù)圖

工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確計(jì)算掏槽施工區(qū)域的炸藥裝載總量，否則如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤計(jì)算的情況，那么隧洞爆破操作的預(yù)期良好成效就無(wú)法得以充分展現(xiàn)，并且還會(huì)造成隧洞爆破操作中的人身傷害。在該基礎(chǔ)上，隧洞施工的工程技術(shù)人員務(wù)必將循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計(jì)長(zhǎng)度控制在 2m～3m 。相比于掏槽孔的鉆探施工處理深度數(shù)值而言，爆破作業(yè)人員在正式進(jìn)行掏槽施工操作的環(huán)節(jié)中，至少需要保留0.5m 左右的額外進(jìn)尺長(zhǎng)度，確保掏槽孔洞鉆探處理深度為2.5m～3.5m。

具體在計(jì)算掏槽施工區(qū)域的炸藥裝載體積數(shù)目過(guò)程中，隧洞工程技術(shù)人員必須要做到嚴(yán)格控制與限定裝藥總量。通常來(lái)講，施工技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將鉆孔長(zhǎng)度表示為字母L，將裝填炸藥的系數(shù)表示為T(mén)，將掏槽施工區(qū)域的裝藥小孔總數(shù)表示為N，并且限定在0.7kg/m 的線裝藥密度。因此，掏槽施工區(qū)域的最大裝藥總量指標(biāo)Q應(yīng)當(dāng)?shù)扔贚、T與N的乘積，確保滿足掏槽區(qū)域的最大裝藥承載能力標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 隧洞支護(hù)體系施工

隧洞支護(hù)體系構(gòu)成了承載隧洞主體重量的最關(guān)鍵部位，工程技術(shù)人員目前必須要重點(diǎn)針對(duì)隧洞支護(hù)的體系結(jié)構(gòu)部位展開(kāi)嚴(yán)格質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作。隧洞支護(hù)體系應(yīng)當(dāng)達(dá)到結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度的最大限度要求，有效避免并且預(yù)防隧洞體系的失穩(wěn)坍塌后果產(chǎn)生。作業(yè)人員對(duì)隧洞混凝土的噴射施工層至少需要控制在4cm 以上的層次厚度，結(jié)合錨桿支護(hù)的工程技術(shù)手段來(lái)保障隧洞圍巖的穩(wěn)定安全性。在該前提下，施工技術(shù)人員有必要格外關(guān)注隧洞破碎帶以及其他特殊的隧洞地質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而對(duì)原有的錨桿支護(hù)以及混凝土噴射施工強(qiáng)度予以適當(dāng)增加[8]。

例如對(duì)掛網(wǎng)錨噴的隧洞支護(hù)組成方式來(lái)講，隧道工程的施工操作人員需要準(zhǔn)確控制鋼筋網(wǎng)的掛網(wǎng)距離長(zhǎng)度，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)保證滿足8cm 以上的混凝土層覆蓋厚度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隧洞施工的操作技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)保證錨桿布設(shè)長(zhǎng)度為5m 左右，并且達(dá)到2m 左右的錨桿間隔距離。隧洞作業(yè)人員目前最好選擇綜合性的掛網(wǎng)錨噴技術(shù)、超前錨桿支護(hù)技術(shù)、鋼支撐技術(shù)來(lái)組合形成隧洞支護(hù)體系，確保緊密連接超前錨桿結(jié)構(gòu)與鋼支撐的頂拱部位，然后應(yīng)該將鋼筋網(wǎng)布置在隧洞體系的適當(dāng)區(qū)域。

3.4 處理隧洞特殊洞段

隧洞體系結(jié)構(gòu)中的特殊區(qū)域部位比較容易發(fā)生失穩(wěn)、塌方、冒頂?shù)劝踩[患，因此決定了隧洞施工的施工技術(shù)人員、作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎處理特殊的隧洞地質(zhì)區(qū)域，尤其是對(duì)地下水豐富的部位、豎井于隧洞交叉部位以及隧洞貫通部位而言。例如對(duì)隧洞的貫通結(jié)構(gòu)部位來(lái)講，隧洞工程的施工技術(shù)人員必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保隧洞交叉部位達(dá)到堅(jiān)固程度以及安全程度標(biāo)準(zhǔn)，可運(yùn)用實(shí)時(shí)檢測(cè)的儀器技術(shù)手段來(lái)控制隧洞施工質(zhì)量。

隧洞進(jìn)出口段是易發(fā)生塌方、冒頂?shù)膮^(qū)域，因此必須要充分確保隧洞施工的作業(yè)人員準(zhǔn)確掌握隧洞進(jìn)出口段的施工處理要點(diǎn)。隧洞施工人員目前需要重點(diǎn)針對(duì)進(jìn)出口段的鎖口體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)挖施工處理，然后將鎖口錨桿均勻布置在兩側(cè)的隧洞輪廓線區(qū)域部位。在必要時(shí)，隧洞工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)視情況選擇錨噴加強(qiáng)以及鋼拱架的雙重支護(hù)體系，同時(shí)，延長(zhǎng)強(qiáng)支護(hù)段長(zhǎng)度進(jìn)而達(dá)到全面增強(qiáng)隧洞支護(hù)力度的效果。

此外，隧洞交叉口的重點(diǎn)區(qū)域部位必須要保證滿足隧洞安全施工的基本條件標(biāo)準(zhǔn)，充分保證隧道施工的作業(yè)人員能做到正確處理隧洞的交叉口特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)。在開(kāi)挖豎井的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保證主洞與支洞的連接交叉區(qū)域部位滿足承載性能良好的技術(shù)要求，并且合理采用布置密集孔洞等技術(shù)手段來(lái)解決施工技術(shù)難題。對(duì)破碎與松散的隧洞巖體應(yīng)當(dāng)防止出現(xiàn)頻繁擾動(dòng)的情況，正確運(yùn)用超前支護(hù)的施工技術(shù)措施。

表2 為中斷面的水庫(kù)隧洞體系支護(hù)施工操作實(shí)施要點(diǎn)。

表2 中斷面的水庫(kù)隧洞支護(hù)施工操作技術(shù)要點(diǎn)

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析可見(jiàn)，水利工程中的隧洞結(jié)構(gòu)體系不可缺少支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐，施工作業(yè)人員針對(duì)隧洞開(kāi)挖支護(hù)的重要工程組成部分應(yīng)當(dāng)給予關(guān)注，嚴(yán)格遵守隧洞開(kāi)挖支護(hù)的正確操作實(shí)施步驟。通常情況下，隧洞開(kāi)挖支護(hù)的關(guān)鍵施工要點(diǎn)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在布設(shè)隧洞開(kāi)挖的工程通風(fēng)通道、開(kāi)挖爆破施工、支護(hù)體系施工以及特殊部位施工處理等。隧洞施工人員對(duì)自身安全健康應(yīng)當(dāng)切實(shí)予以保障，謹(jǐn)慎預(yù)防隧洞土層塌陷以及土壤結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等工程隱患。隧洞施工的操作技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)致力于引進(jìn)機(jī)械化與自動(dòng)化隧洞開(kāi)挖支護(hù)手段，合理節(jié)約與控制隧洞施工成本。