水利樞紐灌漿洞開挖及襯砌工程工藝研究

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東濟(jì)南市，250100）王文召

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水利工程建設(shè)也在快速發(fā)展。在水利樞紐工程中，需要以合理設(shè)計(jì)平洞開挖，炸藥的數(shù)量和爆破方法。并根據(jù)材料的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧献顑?yōu)的配比進(jìn)行混凝土攪拌。同時(shí)，工程中需要考慮到電力，灌溉，運(yùn)輸，照明等因素的情況下采取防洪措施，以此讓水利樞紐灌漿洞開挖及襯砌工程更精準(zhǔn)。

1 平洞鉆孔爆破工藝

1.1 開挖方式確定

平洞開挖包括全斷面開挖、斷面開挖和導(dǎo)洞開挖。開挖方式的選擇主要根據(jù)工程地質(zhì)條件、斷面尺寸、施工機(jī)械作業(yè)高度及范圍、導(dǎo)流洞長(zhǎng)度及工期等因素。

1.1.1 全斷面

全斷面是根據(jù)允許的曝光時(shí)間和施工過(guò)程，整個(gè)設(shè)計(jì)切口均可同時(shí)挖洞、長(zhǎng)距離洞或通過(guò)隧道提供固定或鑲面。這種方法適用于圍巖緊固穩(wěn)定，有大型開襯砌設(shè)備，設(shè)備開挖能力與開挖斷面能相適應(yīng)，平洞軸線不過(guò)長(zhǎng)的情況。采用這種方法，洞內(nèi)工作場(chǎng)面比較大，施工組織因工作面寬而相對(duì)比較容易安排，施工干擾也較容易解決，有利于提高平洞施工施工進(jìn)度。

1.1.2 斷面分部開挖

斷面分部開挖是將整個(gè)斷面分成幾層，然后逐層推進(jìn)，適用于開挖巖石質(zhì)量差且孔徑大的平坦洞穴。

1.1.3 導(dǎo)洞擴(kuò)大法開挖

導(dǎo)洞擴(kuò)大法開挖是一種在區(qū)域內(nèi)穿透孔方法，然后在穿透的基礎(chǔ)上擴(kuò)展到整個(gè)截面的方法。

1.2 爆破基本原理

炸藥是化學(xué)爆炸在某種爆炸能量的作用下，炸藥會(huì)立即被化學(xué)分解，產(chǎn)生高溫高壓氣體，對(duì)環(huán)境造成巨大的沖擊，并以波浪的形式擴(kuò)散。

1.2.1 預(yù)裂爆破

預(yù)裂爆破是一種控制開挖邊線的爆破，在主爆區(qū)內(nèi)正常鉆孔裝藥，在開挖輪廓線處鉆一排較緊密的孔。起爆時(shí)，先爆破邊線上的孔，再引爆主爆區(qū)的孔。先爆的周邊鉆孔會(huì)產(chǎn)生幾厘米的預(yù)裂縫，當(dāng)主爆區(qū)爆破時(shí)，這些縫隙將會(huì)吸收減弱沖擊波，也能保護(hù)好未開挖的區(qū)域。這樣可減少30%～50%的地震強(qiáng)度，而且還能使邊界開鑿平整。

1.2.2 光面爆破

光面爆破是一種爆岀的新壁面保持平整而不受明顯破壞的控制爆破技術(shù)。其特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)開挖輪廓線上鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的光爆孔，并采用不耦合裝藥或其他特殊的裝藥結(jié)構(gòu)，在開挖主體爆破后，光爆孔內(nèi)的裝藥同時(shí)起爆，從而形成一個(gè)貫穿光爆炮孔且光滑平整的開挖面。根據(jù)以上兩種方法的比較選用光面爆破比較合適。

1.3 炮孔布置

炮孔布置采用平行直孔掏槽布置方法，平行直孔掏槽的布置是其中有一個(gè)或幾個(gè)不裝藥的空孔，作為裝藥掏槽炮孔爆破時(shí)的自由面。直孔掏槽適用于堅(jiān)硬、均質(zhì)、裂隙不發(fā)育的巖體中，也適用于排炮進(jìn)尺較大的隧洞開挖。當(dāng)鉆孔深度小于3m時(shí)，炮孔利用系數(shù)可達(dá)到0.90～0.92。當(dāng)時(shí)炮孔深度3～4m時(shí)，可達(dá)到0.83～0.90，為了達(dá)到良好的爆破效果，有必要在施工要求周圍鉆孔，使其平整，筆直，均勻，準(zhǔn)確。

1.4 爆破公害及安全控制

1.4.1 通風(fēng)散煙

通風(fēng)、除塵、除塵的目的是控制鉆探過(guò)程中有毒氣體和塵埃的含量、爆炸、煤渣裝載、混凝土噴射、內(nèi)燃機(jī)等。通風(fēng)散煙可以及時(shí)補(bǔ)充新鮮空氣，提高洞穴溫度、濕度和風(fēng)速，并在符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的洞穴中創(chuàng)造工作條件。自然通風(fēng)形成的條件有進(jìn)、出口要有高程差和洞內(nèi)外空氣要有溫度差。

1.4.2 安全檢查與處理

工作中，一旦通風(fēng)停止，檢查隧道周圍的周長(zhǎng)，特別是拱門是否有任何危險(xiǎn)的巖石。實(shí)際施工中，人們經(jīng)常用長(zhǎng)時(shí)間的休息來(lái)對(duì)付這些危險(xiǎn)的巖石，但這并不安全。如果條件允許，可以使用輕型挖掘機(jī)來(lái)清除危險(xiǎn)的巖石。

2 水利樞紐支護(hù)工藝

2.1 支護(hù)方式

支護(hù)中分一級(jí)和二級(jí)保護(hù)，此工藝需要注意隧道的混凝土砌筑工程有澆筑混凝土、先填料水泥、預(yù)制零件等。當(dāng)施工中，一旦進(jìn)入地下洞穴，就會(huì)形成臨時(shí)支柱，以持續(xù)承受山巖或其他力量的壓力，所以需要維持巖石的穩(wěn)定，防止風(fēng)化。施工中密封洞穴壁的漏氣，形成一個(gè)平滑的洞穴輪廓，以確保建筑正常使用，所以需要還要進(jìn)行二次支護(hù)，混凝土涂層是典型的二級(jí)防護(hù)。目前，混凝土砌筑與普通混凝土和鋼筋混凝土工程大致相同，所以在混凝土襯砌二次支護(hù)的作用是加強(qiáng)地下洞室的耐久性和可靠度，以及減少水工隧洞的糙率系數(shù)，滿足過(guò)水和通風(fēng)要求，減少沿程損失，增加美觀。

2.2 噴混凝土設(shè)計(jì)

2.2.1 噴混凝土方式確定

噴混凝土按攪拌方式不一樣可分為干噴、濕噴、半濕噴、水泥裹砂法四種。

干噴。利用風(fēng)壓在噴射機(jī)噴嘴噴出，并在噴嘴加水，其特點(diǎn)是粉塵大，加水量不易控制，故質(zhì)量不穩(wěn)定，回彈高。一般水壓為0.2～03MPa，風(fēng)壓為0.3～0.5MPa和0.5～0.7MPa兩個(gè)等級(jí)，用風(fēng)量為9m3/min。適用于少量噴混凝土如開挖工作面需及時(shí)噴混凝土，通風(fēng)條件好的環(huán)境如邊坡噴射混凝土等。

濕噴。在拌制好后，用風(fēng)壓通過(guò)噴射機(jī)從噴嘴里噴出加水量為設(shè)計(jì)加水量。特點(diǎn)：質(zhì)量穩(wěn)定，粉塵少，回彈相對(duì)較小，密實(shí)度高，強(qiáng)度高，噴射風(fēng)壓達(dá)到0.5～0.7MPa以上。使用大面積大量噴射混凝土，在各種環(huán)境條件下都適合使用。

半濕噴。改良后的干噴法，粉塵較小。但加水量不易控制因此質(zhì)量不穩(wěn)定，目前應(yīng)用較為廣泛。

水泥裹砂法。將水量和水泥用量的80%、砂量的80%攪拌后通過(guò)砂漿泵輸送至干噴機(jī)混合管和剩余水泥、砂和速凝劑混合用風(fēng)壓噴出。特點(diǎn)：粉塵小，質(zhì)量相對(duì)易控制但工藝繁瑣，目前使用較少

2.2.2 噴混凝土材料確定

水泥進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)檢查產(chǎn)品合格證、出廠檢驗(yàn)報(bào)告，并抽樣復(fù)驗(yàn)其強(qiáng)度、安定性及凝結(jié)時(shí)間等指標(biāo)。同種水泥袋裝者不超過(guò)200t，散裝者不超過(guò)500t作為一個(gè)檢驗(yàn)批。骨料以400m3或600m3為一檢驗(yàn)批。檢驗(yàn)顆粒級(jí)配、含泥量、泥塊含量以及粗骨料中針片狀顆粒含量等指標(biāo)，砂中氯離子含量不得多于干砂質(zhì)量的0.06%，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土不得多于0.02%。石子粒徑，對(duì)一般構(gòu)件不應(yīng)超過(guò)其最小截面尺寸的1/4和3/4鋼筋凈距，對(duì)樓板則不超過(guò)板厚的1/3和40mm。飲用水可直接使用，使用其他水時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)其成分，嚴(yán)禁使用海水。速凝劑：要求初凝時(shí)間不超過(guò)5min，終凝時(shí)間不超過(guò)10min。加速器不應(yīng)含有氯。通過(guò)試驗(yàn)確定促凝劑的選擇和用量為711型，用量為3.0%，初凝時(shí)間為2min，終凝時(shí)間為8min。減水劑：在噴射混凝土中加入減水劑，可以提高后期強(qiáng)度，增加工作性，減少回彈。有些還可以達(dá)到抗裂和防滲的效果。目前，國(guó)內(nèi)減水劑的種類很多，選用的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇型號(hào)和用量，常用的有FDN型、JM型、H型等。通過(guò)試驗(yàn)，確定該方案適用于JM型。

2.2.3 噴混凝土主材配合比確定

噴混凝土水泥用量根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度確定，一般為350～400kg/m3，膠骨比（水泥：砂+小米石）為1：3.6～1:5,砂率為0.45～0.6的重量比，水灰比為0.4～0.5，也可加入一些細(xì)粉料如粉煤灰、火山灰之類的物料以增加和易性和粘聚性。粗骨料應(yīng)為堅(jiān)硬的碎石或卵石，嚴(yán)禁具有堿活性的骨料。噴涂時(shí)，噴嘴垂直于巖石表面，并相對(duì)于剛噴涂的部分略微傾斜，效果更好。射流距離為1m。一次噴射的厚度主要取決于混凝土顆粒之間的內(nèi)聚力和噴射混凝土表面之間的內(nèi)聚力。噴射角為10°。洞室內(nèi)壁面噴混凝土施工時(shí)先墻后拱，自下而上，先凹后凸，分區(qū)段順序進(jìn)行；噴嘴的運(yùn)動(dòng)呈螺旋形畫圖，畫圈直徑為30cm左右，并一圈套半圈的進(jìn)行。噴砂混凝土中的水泥含量，凝結(jié)速度，為保證強(qiáng)度增加，防止混凝土收縮和開裂，通常在噴涂后2～4h內(nèi)開始澆筑，并保持混凝土濕潤(rùn)，保溫時(shí)間至少14d。

3 襯砌工藝

3.1 平洞襯砌的分縫分塊

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工能力的限制，混凝土一般沿洞口長(zhǎng)度澆筑，需要分縫分塊。當(dāng)結(jié)構(gòu)中有永久伸縮縫時(shí)，可將永久伸縮縫分為若干段；當(dāng)永久伸縮縫間距過(guò)大或無(wú)永久縫時(shí)，襯砌施工中的截面可以一次澆鑄，同時(shí)，切縫界面位于襯砌結(jié)構(gòu)或內(nèi)力較小的結(jié)構(gòu)部分的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，截面上的澆筑順序?yàn)榈谝坏坠?。此外，為了確保橫斷面襯砌結(jié)構(gòu)的完整性，應(yīng)在接合面上設(shè)置鍵槽，并適當(dāng)布置插入肋。應(yīng)力鋼筋通過(guò)接縫表面直接連接，并且在剖分接縫處不得切斷。

3.2 襯砌混凝土澆筑

泵送混凝土的骨料最大粒徑，一般不超過(guò)導(dǎo)內(nèi)徑的40%，宜選用二級(jí)配骨料。

塌落度宜采用10～18cm，使用中途停泵時(shí)間不超過(guò)40min，如停泵時(shí)間超過(guò)了40min，應(yīng)每隔5min啟動(dòng)活塞往復(fù)2～3次，以避免管道由于混士疑結(jié)而阻塞。

管道端部應(yīng)盡量布置在高處，以便增加澆筑圍，但要估算垂直管的折合長(zhǎng)度。折算值如下:垂直升高1m管段相當(dāng)于8m水平管1個(gè)90°彎頭相當(dāng)于12m水平管個(gè)45°頭相當(dāng)于6m水平管一段長(zhǎng)5～8m的橡膠軟管相當(dāng)于30m水平鋼管。

混凝土澆筑完成后應(yīng)泵送清水中洗管路及混土泵缸體與活塞等處。在混凝土澆筑即將完成前，用混凝土泵尾管對(duì)未澆筑混凝土的拱頂縫隙和預(yù)留的檢修窗進(jìn)行封堵回填。在混凝土泵管末端接一短尾管，通過(guò)模板垂直伸入筒倉(cāng)。同時(shí)，排氣管距澆注段末端約1.5m，排氣管出口與巖石表面的距離應(yīng)保證壓縮混凝土能自由攤鋪，一般在20cm左右；在倉(cāng)巖面最高點(diǎn)設(shè)置排氣管，筒體內(nèi)部在筒倉(cāng)中部設(shè)置進(jìn)氣口，用于進(jìn)入筒倉(cāng)進(jìn)行必要的輔助工作和檢查圓頂?shù)奶畛淝闆r。

3.3 襯砌后的回填與灌漿

襯砌混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度并完全收縮后，應(yīng)采用水泥漿填充混凝土與巖壁或鋼板縫隙的回填灌漿工程，以改善傳力條件，減少滲漏，尤其是拱頂部位。回填灌漿孔深入巖石0.2～0.3m，孔排距2～4m，在襯砌強(qiáng)度達(dá)到70%以上進(jìn)行。

3.4 施工順序

進(jìn)行修幫、清渣、搭設(shè)腳手架、預(yù)埋儀器、鋼筋綁扎。運(yùn)用混凝土泵進(jìn)行邊墻襯砌再進(jìn)行頂拱施工。在混凝土澆筑即將完成前，用混凝土泵尾管對(duì)未澆筑混凝土的拱頂縫隙和預(yù)留的檢修窗進(jìn)行封堵回填。襯砌混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后用水泥漿填充混凝土與巖壁或著鋼板縫隙。

4 結(jié)論

本文論述了工程爆破、平洞支護(hù)及襯砌等方面工藝，在施工中需要意識(shí)到安全施工的重要性及必需性，安全問(wèn)題向來(lái)都是重中之重，安全施工也是人們最為注重的問(wèn)題，如今更是越來(lái)越得到社會(huì)的重視，在實(shí)際工作中，一定要嚴(yán)格遵照規(guī)范、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)，施工要保質(zhì)保量，而不是一味追求效率而忽略更為重要的本質(zhì)和初心。