水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)運(yùn)用研究

王田源

（婺源縣水利水電建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

為加快施工進(jìn)度，水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中經(jīng)常進(jìn)行爆破作業(yè)。由于作業(yè)空間較為狹小、封閉，爆破產(chǎn)生的沖擊震動(dòng)可能會(huì)對(duì)斷面圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)、破壞，做好斷面支護(hù)對(duì)確保下一步施工的順利進(jìn)行，以及保障隧洞作業(yè)安全有重要意義。在這一背景下，探究水利工程特大斷面導(dǎo)流隧洞的爆破要點(diǎn)與支護(hù)技巧成為工程施工管理的重點(diǎn)。

1 工程概況

某水利樞紐總庫(kù)容36.9億m3，正常蓄水位386.6 m，兼有防洪、發(fā)電和灌溉等功能。主體建筑物包括砼面板堆石壩、溢洪道和電站廠房等。在修建砼面板堆石壩時(shí)，為提供無(wú)水施工環(huán)境，在該水利樞紐的左岸設(shè)置一條導(dǎo)流隧洞，洞身長(zhǎng)度為1 211.4 m，洞軸線與巖層走向?yàn)樾苯唬O(shè)計(jì)最高水流流速20 m/s，最陡坡度為9.6%。導(dǎo)流隧洞結(jié)構(gòu)為斜墻馬蹄形斷面，頂拱半徑6.8 m，最大開(kāi)挖高度21.80 m，最大開(kāi)挖寬度22.51 m。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，導(dǎo)流隧洞上部覆土厚度166～231 m，地質(zhì)構(gòu)造有斷層、裂隙與層間剪切帶，洞頂軟巖屬IV級(jí)圍巖，邊墻洞圍巖屬II級(jí)圍巖，地下水活動(dòng)較弱。

2 洞身開(kāi)挖

2.1 選擇開(kāi)挖方法

用起拱線將洞身分成上下2部分。對(duì)于圍巖級(jí)別為II級(jí)的，實(shí)施爆破作業(yè)后上、下2部分一起開(kāi)挖，并在軟弱圍巖處使用噴錨掛網(wǎng)支護(hù)；對(duì)于圍巖級(jí)別為IV級(jí)的，上部選擇光面爆破后開(kāi)挖，下部采用臺(tái)階法開(kāi)挖，每階高度為4.8 m，在個(gè)別圍巖較差的地方使用噴錨支護(hù)。

2.2 鉆爆設(shè)計(jì)

本次工程中導(dǎo)流隧洞穿過(guò)巖層以II級(jí)圍巖為主，設(shè)計(jì)有3種炮眼，分別為周邊眼、掏槽眼和底板眼。其中，底板眼與周邊眼的深度均為3.2 m，每次循環(huán)進(jìn)尺3.0 m，掏槽眼的深度為3.4 m。以周邊眼為例，其詳細(xì)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

本次工程中底板眼10個(gè)，掏槽眼2個(gè)，周邊眼27個(gè)，炮眼布置如圖1所示。

圖1 圍巖上半斷面炮眼布置圖

2.3 開(kāi)挖爆破作業(yè)

開(kāi)挖爆破作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 開(kāi)挖爆破作業(yè)流程圖

現(xiàn)場(chǎng)施工人員分別使用物理、化學(xué)方法對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的圍巖級(jí)別進(jìn)行確認(rèn)，據(jù)此設(shè)計(jì)爆破方案，并選擇合適的爆破參數(shù)，以便于提高施工效率和開(kāi)挖效果。完成地質(zhì)分析與爆破設(shè)計(jì)后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線，借助于全站儀、經(jīng)緯儀和激光準(zhǔn)直儀等儀器設(shè)備，確定隧洞的開(kāi)挖輪廓線，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供依據(jù)，避免出現(xiàn)超挖或欠挖的情況。鑿巖臺(tái)車進(jìn)場(chǎng)后，根據(jù)設(shè)計(jì)好的爆破方案設(shè)定鉆孔參數(shù)，例如鉆頭的直徑、鉆孔的深度及鉆孔之間的間距與排距等。完成鉆孔后，檢查成孔效果，經(jīng)檢查確認(rèn)孔深、孔徑等符合要求，并且無(wú)孔壁開(kāi)裂問(wèn)題后，清理鉆孔內(nèi)的碎石、粉末，然后按量裝填炸藥。其中，周邊眼采用Φ25的乳膠藥卷，進(jìn)行不連續(xù)裝藥，其他炮眼則采用連續(xù)裝藥。裝藥后封堵孔口，用導(dǎo)爆管毫秒雷管復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行起爆。成功起爆后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員利用軸流式通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)散煙，同時(shí)在開(kāi)挖面上用水管噴射水霧，減少揚(yáng)塵。完成通風(fēng)降塵作業(yè)后，安排經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行安全檢查，經(jīng)檢查確定不存在殘炮、危石后，施工人員進(jìn)場(chǎng)，使用挖掘機(jī)和裝載機(jī)配合清運(yùn)爆破現(xiàn)場(chǎng)的碴石。

3 洞身臨時(shí)支護(hù)

3.1 支護(hù)方法

導(dǎo)流隧洞內(nèi)完成爆破作業(yè)后，應(yīng)立即開(kāi)展臨時(shí)支護(hù)加固圍巖以保證安全。本次工程中首先進(jìn)行洞內(nèi)噴錨、掛網(wǎng)，然后再開(kāi)展二次襯砌施工。考慮到圍巖級(jí)別不同，分別設(shè)計(jì)了2種支護(hù)方法。對(duì)于II級(jí)圍巖，分2次噴射16 cm厚的鋼纖維混凝土，第一層為6 cm，第二層為10 cm。在洞頂及側(cè)墻分別設(shè)置長(zhǎng)度為4.5 m，直徑為20 mm的砂漿錨桿，插入巖石深度為4.3 m。鋼筋網(wǎng)與錨桿露出端采用焊接方式固定。對(duì)于IV級(jí)圍巖，首先噴射C20級(jí)混凝土，同樣采用2次噴射方法，第一層噴6 cm厚混凝土后，掛鋼筋網(wǎng)，然后進(jìn)行第二次噴射，厚度為6 cm。在導(dǎo)流隧洞的洞頂下方10 m內(nèi)，以排距為2.0 m、間距為5.0 m布置直徑為25 mm、長(zhǎng)度為4.5 m的砂漿錨桿。

3.2 錨桿支護(hù)

砂漿錨桿的支護(hù)方法：根據(jù)施工圖紙?jiān)趯?dǎo)流隧洞內(nèi)壁上確定鉆孔位置，并做好標(biāo)記。安排人員進(jìn)行復(fù)核，保證孔位偏差小于等于50 mm。然后使用鉆機(jī)以垂直于開(kāi)挖面的方向進(jìn)行鉆孔。插入砂漿錨桿前，應(yīng)注意檢查桿體是否有生銹、裂紋等情況，并同步制作砂漿。本次工程中所用的水泥砂漿，水泥與砂的比例為1∶2，水泥與水的比例為1∶0.4。砂漿制作完畢后進(jìn)行檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)合格的砂漿灌注到錨桿中，注漿錨桿插入到鉆孔后，利用混凝土提高錨桿的抗拉拔性能，進(jìn)一步提升錨桿支護(hù)效果。

3.3 噴射混凝土

噴射混凝土的基本流程如圖3所示。

圖3 噴射砼流程圖

在爆破作業(yè)后，應(yīng)當(dāng)對(duì)導(dǎo)流隧洞內(nèi)裸露的圍巖破碎段進(jìn)行初噴混凝土，通過(guò)盡快封閉巖面保證洞內(nèi)施工環(huán)境的安全性。初噴混凝土前，要注意清理噴射面，有浮石或晃動(dòng)巖塊的，要及時(shí)清理；圍巖表面有巖渣、巖粉的，也要清理干凈。然后進(jìn)行復(fù)噴。根據(jù)導(dǎo)流隧洞的支護(hù)要求，于洞外現(xiàn)場(chǎng)配制噴射支護(hù)所用的混凝土。向混凝土中加入適量的速凝劑，既可以減少噴射后出現(xiàn)滑移、流淌的情況，同時(shí)又能提高施工效率。洞內(nèi)噴射機(jī)就位后，裝入混凝土開(kāi)始初噴。調(diào)整噴射嘴與巖面的夾角，使其控制在10°以內(nèi)。可以在噴嘴上安裝一段50 mm左右的擾料管，避免噴射混凝土?xí)r回彈石子砸傷施工人員。初噴混凝土厚度控制在5～6 cm，等到混凝土初凝完畢后，再進(jìn)行復(fù)噴，直到噴射厚度達(dá)到設(shè)計(jì)值，停止施工。等待復(fù)噴混凝土終凝后，安排施工人員對(duì)系統(tǒng)錨桿拉網(wǎng)進(jìn)行檢查和養(yǎng)護(hù)，保證洞身臨時(shí)支護(hù)達(dá)到施工要求。

3.4 安裝鋼筋

本次工程所用鋼筋在使用前均需要進(jìn)行清理，去除表面灰塵和油垢。同時(shí)檢查有無(wú)生銹、彎曲等問(wèn)題，如果有，需要除銹、調(diào)直。考慮到導(dǎo)流隧洞的洞身斷面較大，提前將鋼筋分段，制成1.5 m×2.5 m和2.4 m×6.0 m 2種規(guī)格的網(wǎng)片，然后運(yùn)送至洞內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)完成鋼筋網(wǎng)片的焊接固定。同樣的，洞內(nèi)襯砌施工所用鋼筋，也是在洞外鋼筋棚內(nèi)提前加工成型，運(yùn)送至洞內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)綁扎或焊接。在特大斷面導(dǎo)流隧洞的頂拱、邊墻均設(shè)置了鋼筋，以提高隧洞整體強(qiáng)度。斷面環(huán)向設(shè)計(jì)雙層Φ30主鋼筋，底板與側(cè)墻鋼筋同時(shí)綁扎，可大幅度減少鋼筋接頭焊接工作量，對(duì)提高施工效率有積極幫助。拱圈鋼筋首先以混凝土固定在底板上，再通過(guò)鋼筋臺(tái)車綁扎。鋼筋臺(tái)車上部有5個(gè)定位控制系統(tǒng)，配套安裝5根Φ60鋼管，作為鋼筋綁扎的定位支撐點(diǎn)。此外，鋼筋臺(tái)車上搭載1臺(tái)1.2 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，可以將需要焊接的主鋼筋吊起并移動(dòng)到指定位置。完成精確定位后，將主鋼筋與縱向骨架鋼筋固定，兩者相接處采用焊接方式加固。

4 洞身混凝土襯砌

4.1 襯砌方法

結(jié)合導(dǎo)流隧洞襯砌斷面情況，本次工程中選擇了軌行式邊墻、頂拱全斷面12 m板襯砌臺(tái)車立模，保證開(kāi)挖作業(yè)和襯砌施工能夠同步開(kāi)展。在上斷面施工結(jié)束后，再進(jìn)行底板混凝土的澆筑。隧道內(nèi)襯砌施工所用混凝土，由2輛10 m3的砼車交替運(yùn)輸，保證施工進(jìn)度。襯砌施工基本流程如圖4所示。

圖4 襯砌作業(yè)流程圖

對(duì)于特大斷面導(dǎo)流隧洞，其地板流水面設(shè)計(jì)成仰拱圓弧形。襯砌作業(yè)如果選擇常規(guī)的拉模法或蓋模法，除了會(huì)因?yàn)樾什桓邔?dǎo)致施工進(jìn)度遲滯，還有可能因?yàn)檫_(dá)不到水工隧洞對(duì)流水面高度的要求而影響導(dǎo)流效果。綜合考慮多種因素后，本次工程中選擇了敞開(kāi)式澆筑模式。首先澆筑下層混凝土，厚度大概在15 cm，然后再澆筑面層混凝土，厚度在12 cm左右。2層混凝土澆筑完畢后，使用Φ160鋼管滾筒進(jìn)行滾動(dòng)碾壓。碾壓成型后再使用木抹子進(jìn)行抹平。整體澆筑墻拱二次襯砌使用全液壓鋼模臺(tái)車輔助施工，由于導(dǎo)流隧洞斷面足夠大，可以在洞內(nèi)完成鋼模臺(tái)車的安裝，并在拱頂預(yù)埋鋼筋作為吊點(diǎn)?；炷猎诙赐獍柚坪螅褂眠\(yùn)輸車輸送到洞內(nèi)，混凝土泵送入倉(cāng)后使用振搗器振搗密實(shí)。澆筑作業(yè)中現(xiàn)場(chǎng)施工人員定期測(cè)量混凝土的坍落度、凝結(jié)時(shí)間并做好相應(yīng)記錄。

4.2 混凝土襯砌施工技術(shù)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)施工人員在正式澆筑混凝土前，應(yīng)注意復(fù)核施工放樣的中線、高程和斷面尺寸等是否滿足相關(guān)要求。另外，還應(yīng)著重檢查端頭擋板是否固定好，襯砌施工所用混凝土有無(wú)離析、泌水問(wèn)題，泵送設(shè)備工況是否良好。完成檢查后，對(duì)于存在的問(wèn)題及時(shí)處理，確認(rèn)施工準(zhǔn)備妥當(dāng)后，開(kāi)始混凝土澆筑施工。

4.2.2 砼入模及振搗

泵送混凝土應(yīng)保證連續(xù)進(jìn)行，盡量避免因?yàn)闈仓鳂I(yè)中斷而影響襯砌的完整性。要求泵管順直，防止泵管堵塞影響作業(yè)效率和澆筑質(zhì)量。要求泵管的出口與模板內(nèi)混凝土面的垂直距離小于等于1.5 m，既可以避免混凝土飛濺造成材料的浪費(fèi)，又能減少混凝土高處落下后出現(xiàn)離析的情況。如果輸入口入模高度大于1.5 m，則需要使用串筒?，F(xiàn)場(chǎng)泵送混凝土?xí)r，為了提高作業(yè)效率、節(jié)省工期，可采用左右兩側(cè)對(duì)稱澆筑模式，但是要注意控制2臺(tái)泵送設(shè)備的參數(shù)一致，兩端灌注高度差應(yīng)控制在20 cm以內(nèi)，對(duì)提高襯砌效果有積極幫助?；炷寥肽：螅皶r(shí)使用插入式振搗器進(jìn)行振搗。按照從中間向兩端的順序依次完成振搗，保證不漏搗、不過(guò)搗。每個(gè)點(diǎn)位振搗時(shí)間在60 s左右，觀察到混凝土表面不再有氣泡、浮漿出現(xiàn)后，即可將振搗器拔除，轉(zhuǎn)移到下一點(diǎn)位繼續(xù)振搗。

4.2.3 襯砌背后回填與養(yǎng)護(hù)

完成混凝土襯砌后，靜置一段時(shí)間，等到混凝土完成終凝后，對(duì)于襯砌背后空隙進(jìn)行回填處理?；靥钭鳂I(yè)時(shí)要注意對(duì)預(yù)留的排水設(shè)施進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)堵塞排水管道的情況。襯砌背后回填結(jié)束開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，要求養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于14 d。養(yǎng)護(hù)完畢后，施工人員可隨機(jī)抽取幾處位置，使用儀器測(cè)定混凝土的強(qiáng)度，根據(jù)強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果決定是否拆除模板。對(duì)于非承重的端頭擋板，只要混凝土強(qiáng)度大于等于2.5 MPa，即可拆模；而對(duì)于拱墻等承重部位的模板，則需要混凝土實(shí)際強(qiáng)度大于等于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%方可拆模。由于之前的施工中，提前在模板內(nèi)側(cè)涂刷了脫模劑，因此拆模比較容易，并且拆模后混凝土表面十分光滑。拆除模板后，繼續(xù)開(kāi)展14 d的混凝土養(yǎng)護(hù)。通過(guò)灑水保濕等養(yǎng)護(hù)措施，防止混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。

5 灌漿施工

5.1 回填灌漿

現(xiàn)場(chǎng)施工人員測(cè)量襯砌混凝土的實(shí)際強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，可以進(jìn)行回填灌漿。對(duì)于局部未使用鋼筋的襯砌，選擇直接鉆孔灌漿；對(duì)于鋼筋混凝土襯砌部分，則使用預(yù)留灌漿孔進(jìn)行灌漿。預(yù)留孔的布置方式：在鋼筋混凝土襯砌施工時(shí)使用鉆機(jī)在巖石上鉆孔，要求鉆孔深入巖石至少20 cm。然后將預(yù)埋管節(jié)嵌入孔內(nèi)，預(yù)埋管接的露出端與襯砌臺(tái)車模板頂進(jìn)，起到固定預(yù)埋管的作用。對(duì)灌漿區(qū)段進(jìn)行分序，以奇數(shù)排為I序，以偶數(shù)排為II序，采用間隔推移灌漿方式。前后兩序的灌漿間隔時(shí)間為72 h。將配制好的漿液裝入BW250壓力灌漿機(jī)中，設(shè)定好注漿流量、注漿壓力等參數(shù)后，依次完成各孔的灌注。

5.2 固結(jié)灌漿

在全序孔回填灌漿結(jié)束后進(jìn)行7 d養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后開(kāi)始固結(jié)灌漿施工。首先使用風(fēng)鉆在預(yù)留孔內(nèi)造孔，檢查成孔效果，保證孔深、孔徑和孔斜率等參數(shù)符合施工要求，并且孔壁無(wú)明顯開(kāi)裂。然后將軟管插入鉆孔內(nèi)，注水沖洗鉆孔。觀察到鉆孔返水清澈后即可停止。從I序孔中隨機(jī)挑選總孔數(shù)10%的鉆孔開(kāi)展水壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定灌漿壓力等參數(shù)。固結(jié)灌漿也按照“逐段加密”原則進(jìn)行，選擇最低的孔作為起始孔，完成該孔的灌漿后，左右交替灌漿，最后灌注最高的孔。導(dǎo)流隧洞上部孔灌漿完畢后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員要按照“先關(guān)閉孔口閘閥，再關(guān)停機(jī)具”的順序操作。全序孔固結(jié)灌漿結(jié)束后，進(jìn)行封孔養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于7 d，等到孔內(nèi)漿液完全凝結(jié)后，將孔口閘閥拆除，至此完成導(dǎo)流隧洞施工。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文所述的水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中，主要應(yīng)用到了光面爆破技術(shù)、噴錨掛網(wǎng)支護(hù)技術(shù)、二次襯砌技術(shù)和固結(jié)灌漿技術(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，施工人員通過(guò)樹(shù)立全過(guò)程、精細(xì)化的管控理念，確保了導(dǎo)流隧洞施工順利完成。本次工程實(shí)際用時(shí)92 d，比預(yù)期工期提前了8 d，經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)軌驖M足水工隧道通過(guò)高速水流的要求。