水庫隧洞施工期的監(jiān)測(cè)及施工技術(shù)

饒?jiān)茝?qiáng)

（曲靖灌區(qū)管理局，云南 曲靖 655000）

0 引言

在水利工程建設(shè)中，各種施工工藝和監(jiān)測(cè)方法已成為提高工程建設(shè)速度、保證工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。但是，由于各種原因，目前很多工程在實(shí)際操作中還沒有掌握有關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，導(dǎo)致一些工程面臨停工[1]。

1 工程概況

車馬碧水庫位于金沙江水系牛欄江一級(jí)支流馬龍河干流下游，壩址位于馬龍縣西北部的馬過河鎮(zhèn)車馬碧村附近，壩址以上徑流面積約595km2，水庫總庫容12449×104m3。工程由水庫樞紐工程和輸水工程組成，水庫樞紐工程主要建筑物有大壩、溢洪道和泄洪放空隧洞；輸水工程為一條隧洞，長(zhǎng)29.623km，設(shè)計(jì)輸水流量5.4m3/s。水庫樞紐工程主要建筑物由攔河壩、泄洪放空隧洞（兼導(dǎo)流隧洞）、溢洪道組成，工程等別為Ⅱ等，規(guī)模為大（二）型。主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪放空隧洞（兼導(dǎo)流隧洞）為2 級(jí)建筑物。輸水工程主要由一條長(zhǎng)輸水隧洞組成，總長(zhǎng)29.623km，為3 級(jí)建筑物。

2 隧洞施工期的監(jiān)測(cè)

2.1 地質(zhì)和初期支護(hù)狀態(tài)觀測(cè)

在每一次爆破和初期支護(hù)后，進(jìn)行地質(zhì)和早期支護(hù)狀況的監(jiān)測(cè)，由施工技術(shù)人員聯(lián)合監(jiān)理工程師、地質(zhì)工作者，對(duì)基坑的地質(zhì)狀況和初期支護(hù)狀況進(jìn)行定性評(píng)估，并在現(xiàn)場(chǎng)確定：①隨機(jī)支護(hù)和隨機(jī)支護(hù)的類型和參數(shù)；②確定系統(tǒng)支撐的工作時(shí)間；③是否有必要進(jìn)行超前支護(hù)和預(yù)支護(hù)的形式和參數(shù)；④對(duì)支護(hù)區(qū)的加固支護(hù)情況進(jìn)行分析。

隧洞洞身段全斷面開挖以YT28 風(fēng)鉆鑿巖機(jī)打眼全斷面光面爆破，根據(jù)圍巖類別的穩(wěn)定情況確定進(jìn)尺，以確保隧洞成形。遇到地質(zhì)不良情況“鋼支撐、噴、錨支護(hù)”及時(shí)跟進(jìn)，一般洞段邊進(jìn)邊噴錨支護(hù)，圍巖較差而不穩(wěn)定地段，采取出碴前噴頂和上部封閉圍巖，后面錨噴以加強(qiáng)支護(hù)，上述方法可單獨(dú)使用也可聯(lián)合使用[2]。

2.2 地質(zhì)超前預(yù)報(bào)

地質(zhì)超前預(yù)測(cè)主要是由地質(zhì)速寫來完成，對(duì)一些存在問題的破裂區(qū)也可以進(jìn)行超前探查，以了解其變化。地質(zhì)草圖是由專業(yè)的地質(zhì)工作者繪制的，在繪制完后，要及時(shí)向技術(shù)主管匯報(bào)，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。

地質(zhì)草圖應(yīng)當(dāng)包含下列內(nèi)容：①巖石名稱、結(jié)構(gòu)、顏色；②層理、片理、節(jié)理、斷層等軟弱面的形狀、寬度、延伸情況、連續(xù)性、間距等；③巖脈的穿透性、巖體與圍巖的接觸、軟度、斷裂程度；④風(fēng)化程度、特征、抗風(fēng)化能力；⑤地下水類型、暴露位置、水量大小；⑥巖體內(nèi)鼓、彎折、變形、巖爆、崩塌的位置、規(guī)模、數(shù)量及分布；⑦詳細(xì)的地質(zhì)情況說明；⑧地質(zhì)剖面或縱向剖面。

2.3 周邊位移量測(cè)

外圍位移量測(cè)采用收斂測(cè)量法，初步設(shè)計(jì)了10 個(gè)區(qū)間，主要監(jiān)控入口、出口和洞體Ⅳ級(jí)圍巖，每一個(gè)剖面設(shè)置7 個(gè)測(cè)點(diǎn)14 條測(cè)線，3 個(gè)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在頂部開挖基面和下底面1m 處，7 條測(cè)線作為開挖測(cè)線，下7 條測(cè)線作為基坑測(cè)線，根據(jù)監(jiān)理工程師的指示和施工需要，可以增加或減少斷面數(shù)量，并對(duì)剖面位置進(jìn)行調(diào)整。

2.4 頂拱下沉量測(cè)

利用全站儀進(jìn)行頂拱下沉量測(cè)，其測(cè)量點(diǎn)可以與周邊位移測(cè)量的測(cè)點(diǎn)相結(jié)合，也可以在必要時(shí)任意布置。

3 輸水隧洞的工程開挖技術(shù)

3.1 全斷面工程開挖技術(shù)

在隧道施工中，廣泛采用了全斷面開挖技術(shù)，施工方采用了爆破法，在隧道內(nèi)進(jìn)行隧道開挖，然后在隧道內(nèi)進(jìn)行隧洞的開挖，為隧道的開挖奠定了基礎(chǔ)。為了保證隧道的安全，施工期間必須對(duì)周邊的圍巖進(jìn)行及時(shí)的清理，以便進(jìn)行襯砌和支護(hù)[3]。一般情況下，在水利工程圍巖堅(jiān)固、完整性良好的地區(qū)，宜采用全斷面開挖法，在施工初期，由于洞口工程量大，影響較小，利于組織爆破作業(yè)，便于掘進(jìn)。根據(jù)剖面面積、設(shè)備運(yùn)行功能等特點(diǎn)，施工人員采取了豎向工作面等工藝措施。豎向工作面采用了直立式工作面，采用大型的工作臺(tái)進(jìn)行掘進(jìn)，大大提高了作業(yè)的工作效率。階梯式掌法可按區(qū)域及施工需要將剖面劃分為若干階段，并以此作為施工的依據(jù)。需要注意的是，在使用臺(tái)階和手掌技術(shù)之前，要精確地確定樓梯間的間距和間距，以達(dá)到爆破作業(yè)的要求。

3.2 導(dǎo)洞開挖的技術(shù)要點(diǎn)

導(dǎo)洞開挖技術(shù)應(yīng)在橫截面上挖一個(gè)截面孔，也就是導(dǎo)孔，然后繼續(xù)擴(kuò)大該導(dǎo)孔的范圍，以保證導(dǎo)孔的面積達(dá)到設(shè)計(jì)要求。利用導(dǎo)孔技術(shù)進(jìn)行剖面洞孔開挖，可以從剖面洞口中得到巖體的具體地質(zhì)條件，從而為隧道開挖提供一定的參考。在開挖了導(dǎo)洞以后，隧道內(nèi)的通風(fēng)條件也會(huì)得到改善，洞口的面積可以滿足實(shí)際的施工需要，同時(shí)也能保證爆破的精度。導(dǎo)洞開挖按規(guī)定的施工次序進(jìn)行，采取“專進(jìn)”或“并進(jìn)”的方法，以提高其在工程中的應(yīng)用。在整個(gè)導(dǎo)洞全貫通的條件下，采取了專進(jìn)法進(jìn)行擴(kuò)孔施工，以保證導(dǎo)洞通風(fēng)，并做好地質(zhì)調(diào)查。但是，專有技術(shù)的實(shí)施費(fèi)用很高，所以在進(jìn)行技術(shù)分析時(shí)要考慮到經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.1 上導(dǎo)洞開挖的施工技術(shù)

在隧道頂部設(shè)置導(dǎo)孔，在該部位進(jìn)行隧道開挖，在開挖時(shí)要注意兩側(cè)是否對(duì)稱，通常采用上導(dǎo)洞技術(shù)，對(duì)設(shè)備和地下水的需求不大，且施工安全，因此在許多輸水隧道工程中都會(huì)采用這種技術(shù)[4]。

3.2.2 下導(dǎo)洞開挖的施工技術(shù)

下導(dǎo)洞是一種在斷面以下進(jìn)行開挖的技術(shù)，其對(duì)地質(zhì)條件的要求和洞口的長(zhǎng)度必須達(dá)到一定的長(zhǎng)度，通常不宜應(yīng)用于斷面較大、地下水較少的區(qū)域。下導(dǎo)孔技術(shù)具有工期短、爆破速度快、排水效率高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。但其不利之處是，在開挖導(dǎo)孔時(shí)，巖體的形態(tài)很難控制，因此，在水利建設(shè)的地質(zhì)條件比較差的區(qū)域，不宜采用下導(dǎo)孔，以免影響工程的安全。

3.2.3 中間導(dǎo)洞開挖的施工技術(shù)

中間的導(dǎo)孔，需要工人在橫梁的正中央挖一個(gè)導(dǎo)槽，然后在導(dǎo)槽的周圍繼續(xù)延伸，這種技術(shù)需要的材料必須足夠堅(jiān)硬，但對(duì)設(shè)備的要求也很低，但在實(shí)際施工中，不可能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)項(xiàng)目的并行，這樣會(huì)造成大量的工作和費(fèi)用。

3.2.4 雙導(dǎo)洞開挖的施工技術(shù)

雙導(dǎo)洞法是將導(dǎo)洞開挖分為上下兩個(gè)施工段，并結(jié)合工程實(shí)際，將其分為上下兩種。雙側(cè)開挖是在隧道的底部和內(nèi)側(cè)的兩個(gè)部位設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)向孔，然后按照導(dǎo)向孔的位置進(jìn)行施工，通常情況下，采用的是雙側(cè)開挖技術(shù)。而上下導(dǎo)洞的開挖技術(shù)，通常都是在隧道的上部和下部設(shè)計(jì)，主要用于大型設(shè)備的施工，但由于施工難度太大，不能保證工程的安全，所以適用的范圍也比較狹窄。

4 輸水隧洞工程的鋼拱架技術(shù)

鋼拱通?？煞譃椤肮ぷ中巍焙汀熬W(wǎng)格”兩類。在具體的施工中，首先要對(duì)工作面進(jìn)行全面的檢查，將鋼拱架底部的殘余物全部清理干凈，然后用石頭進(jìn)行平整，以便順利地進(jìn)行鋼拱架的安裝。在鋼拱架裝配時(shí)，施工人員要采取分段式的安裝方式，使用手柄進(jìn)行拼裝，并注意各構(gòu)件的連接，并將螺栓緊固，保證其支撐質(zhì)量。同時(shí)，在對(duì)鋼拱架進(jìn)行檢測(cè)后，對(duì)其進(jìn)行再一次加固，并按2m 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固，確保其施工質(zhì)量符合安全要求。同時(shí)，有關(guān)部門也要加強(qiáng)對(duì)焊接工藝的監(jiān)督，保證焊縫符合國(guó)家有關(guān)規(guī)范。在對(duì)焊接的檢驗(yàn)中，對(duì)鋼筋的材質(zhì)要達(dá)到規(guī)范的要求，對(duì)焊縫進(jìn)行正確的處理，把鋼筋的加固工作做好。

5 輸水隧洞工程的混凝土襯砌技術(shù)

5.1 噴錨施工過程中應(yīng)該注意的技術(shù)要點(diǎn)

5.1.1 輸水隧洞噴錨技術(shù)的錨桿施工

在施工前，要根據(jù)工程的需要，科學(xué)地選擇不同的型號(hào)、長(zhǎng)度和材料，選擇合適的鉆具、合理的施工方法。在進(jìn)行圍堰、錨桿施工時(shí)，必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證孔位分布合理，孔徑和孔深符合技術(shù)要求[5]。在進(jìn)行鉆探時(shí)，應(yīng)先對(duì)錨桿表面進(jìn)行除銹和彎曲，然后進(jìn)行處理。在進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)，必須將注漿管道插入孔底5～10cm，并保證至少將錨桿插入孔內(nèi)35%或更多。同時(shí)，在對(duì)Ⅳ/Ⅴ級(jí)圍巖進(jìn)行支護(hù)時(shí)，必須采取先噴漿、下錨固、再噴漿等措施，以提高支護(hù)速度，保證圍巖的強(qiáng)度。

5.1.2 混凝土噴射的施工技術(shù)

在進(jìn)行噴水施工時(shí)，最重要的技術(shù)問題是水泥混合比例的科學(xué)化，需要經(jīng)過多次試驗(yàn)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，合理地選擇合適的混凝土噴射方法，并在正式施工之前進(jìn)行圍巖的清除。在正式的噴水作業(yè)中，要確保水泥漿液的厚度、速度、面積都要保持一致，如果出現(xiàn)混凝土脫落、裂縫，就要及時(shí)補(bǔ)噴。

5.2 混凝土襯砌施工技術(shù)要點(diǎn)

5.2.1 控制原材料與中間產(chǎn)品質(zhì)量

不同類型的建筑材料在建造時(shí)應(yīng)保持標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)。以硅酸鹽水泥為例，在按規(guī)范操作時(shí)，有關(guān)技術(shù)人員首先要用錨桿來保證混凝土材料的強(qiáng)度。在進(jìn)行碎石集料的選用時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要嚴(yán)格按照相關(guān)文件的規(guī)定，進(jìn)行科學(xué)的配比和選用，并結(jié)合工程實(shí)際，保證其質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

5.2.2 控制混凝土配比

每批進(jìn)罐的水泥必須有廠家提供的品質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告，同時(shí)試驗(yàn)室按規(guī)定進(jìn)行取樣檢測(cè)，檢測(cè)取樣以200～400t 同品種、同標(biāo)號(hào)、同廠家的水泥為一個(gè)取樣單位，一批不足200t 也作為一個(gè)取樣單位，檢測(cè)項(xiàng)目有：水泥強(qiáng)度等級(jí)、凝結(jié)時(shí)間、安定性、標(biāo)準(zhǔn)稠度、細(xì)度、比重等。經(jīng)取樣檢測(cè)合格后，才接收水泥。要科學(xué)地設(shè)計(jì)混凝土的比例，也就是說，在施工的前期，要根據(jù)砂石骨料的含水量來確定混凝土的配比，然后將配比寫成一份書面的報(bào)告，由監(jiān)理單位審核。對(duì)于混凝土坍落度的控制，應(yīng)按實(shí)驗(yàn)室配比和實(shí)際施工要求，使其結(jié)構(gòu)尺寸控制在140～220mm。

5.2.3 底板施工技術(shù)

針對(duì)水利工程中的輸水隧洞混凝土襯砌，應(yīng)以側(cè)墻為襯砌對(duì)象，并以倒推法米整體掌握隧道內(nèi)外施工的控制。在每次澆注時(shí)，應(yīng)每隔12m 測(cè)量和控制伸縮縫的留置資料，在進(jìn)行施工之前，應(yīng)清除地基上的泥土、建筑垃圾、松動(dòng)脫落的石塊，保持施工環(huán)境整潔，優(yōu)化施工條件。同時(shí)，有關(guān)的清潔工作也要經(jīng)過監(jiān)理方的驗(yàn)收，只有通過了工程驗(yàn)收，方可繼續(xù)進(jìn)行下一步的建設(shè)。

此外，還要保證鋼筋表面無污染、無腐蝕，若發(fā)現(xiàn)鋼筋表面有油污或腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)清理。為保證鋼筋能在基坑內(nèi)起到良好的效果，應(yīng)先檢查其安裝高度，確定接頭的樁號(hào)和澆筑高度，然后將施工材料送交監(jiān)理、驗(yàn)收單位備案。

5.2.4 泵送混凝土的施工控制

在啟動(dòng)混凝土輸送泵后，不能直接進(jìn)行混凝土泵送，應(yīng)首先進(jìn)行一定時(shí)長(zhǎng)的空氣換熱。如果泵的工作環(huán)境是在低溫環(huán)境下，那么工人們就需要將熱機(jī)的時(shí)間延長(zhǎng)到合適的泵送要求，并且不會(huì)影響到混凝土的溫度。在這個(gè)過程中，由于輸送泵的主軸在低溫狀態(tài)下的負(fù)荷會(huì)降低，摩擦力增大，因此要避免使用壓力來加熱。為保證泵送管道、料斗和分配閥正常工作，工人也要向料斗中注入適量的水，在料斗中加入少量的水泥砂漿，然后用攪拌軸進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。值得注意的技術(shù)問題是，水泥砂漿在進(jìn)行開泵時(shí)，必須采用一半的動(dòng)力或1/4 的動(dòng)力來進(jìn)行，這是由于砂漿會(huì)影響到料斗軸下方的抽吸控制，而混凝土的水平則是由于其位于料斗軸的中線，因此，當(dāng)混凝土板位于攪拌軸下方200mm 時(shí)，施工人員必須停止工作，避免給料不足[6]。

5.3 輸水隧洞的回填施工與固結(jié)灌漿

在進(jìn)行回填時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)，以確保注漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)實(shí)際情況確定注漿壓力，但原則上，在使用鋼筋混凝土的土洞應(yīng)采用低壓注漿，冬季應(yīng)大于土孔壓力。灌漿區(qū)段洞長(zhǎng)一般不大于40m。按分序加密的原則進(jìn)行鉆孔、灌漿，分兩個(gè)次序鉆灌?；炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以后方可進(jìn)行回填灌漿。每個(gè)灌漿區(qū)段一序孔鉆完后，由低孔向高孔逐排（或孔）進(jìn)行施灌。一序孔灌漿結(jié)束48h 后，方可進(jìn)行二序孔的灌漿作業(yè)。同時(shí)，注漿工作也要按照分段進(jìn)行，在各斷面的上部封堵完畢后，再進(jìn)行下一段的注漿工作，按照由高到低的順序進(jìn)行，保證制漿和注漿的速度可以達(dá)到最好的銜接，不會(huì)因?yàn)橹茲{速度跟不上而落后。同時(shí)，在開挖隧道中發(fā)現(xiàn)的空穴（如采礦引起的采空區(qū)），還應(yīng)進(jìn)行充填注漿，將泥漿注滿到圍巖與巖體間的間隙，形成緊密的整體受力，以充分發(fā)揮圍巖的彈性抗壓能力，降低滲漏。

此外，考慮到隧道圍巖固結(jié)灌漿的設(shè)計(jì)，直接影響隧道的整體強(qiáng)度和抗變形，因此，應(yīng)明確固結(jié)注漿工藝，并據(jù)此合理地設(shè)計(jì)注漿孔的位置、壓力、注漿方法和注漿特性，從而保證隧道的安全運(yùn)行，達(dá)到最優(yōu)的施工效果，保證隧道的長(zhǎng)期承載力。

6 結(jié)語

隧洞開挖支護(hù)和混凝土襯砌技術(shù)是輸水隧洞在水利工程中的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到水利工程的質(zhì)量和使用壽命。因此，各地要根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖┕で闆r和工程需求，合理選擇隧洞開挖、支護(hù)和混凝土襯砌技術(shù)，掌握技術(shù)要點(diǎn)，提高隧洞和整個(gè)工程的質(zhì)量。