小斷面長距離水工隧洞施工關鍵技術

楊攀

中鐵十七局集團第六工程有限公司 福建 福州 350014

引言

水利工程項目日漸增多，許多施工企業(yè)都在水利工程建設中積累了豐富的施工經(jīng)驗，克服了原有技術的諸多不足，提高了水利工程的建設質(zhì)量與效益。但由于水利工程的規(guī)模龐大，結構體系復雜，施工建設中的技術要求較高，特別是在小斷面長距離水工隧洞施工中，面臨更多的施工難點，施工企業(yè)在遇到這一施工條件時，應綜合分析現(xiàn)場的施工條件，參考行業(yè)內(nèi)的施工規(guī)范與標準，制定更為科學的施工技術方案。

1 工程概況

以某引水工程為例，此工程項目的規(guī)模龐大，施工建設周期長，小斷面長距離水工隧洞施工為項目的重難點部分。根據(jù)本工程的建設規(guī)劃要求，引水工程中包含輸水隧洞、管道、閘門井等主要建筑物，幾種建筑物施工相比較，隧洞為本項目施工的難點，施工中最容易出現(xiàn)質(zhì)量與安全方面的問題。依據(jù)現(xiàn)場情況，水工隧洞長23.3km，斷面尺寸為5.5m×4.0m，圍巖主要為凝灰熔巖，具體的施工作業(yè)中適宜采用鉆爆法施工。

2 小斷面長距離水工隧洞施工難點

此隧洞工程建設中的技術難度系數(shù)較高，“小”指的是在現(xiàn)場作業(yè)中專業(yè)的機械設備無法進入到隧洞內(nèi)開展施工作業(yè)，沒有足夠的空間放置和運行機械設備，只能采取人工操作的方式，“長”指的是現(xiàn)場通風、電力、排水等作業(yè)，在同等距離下如果隧洞的洞徑較大，就不是“長”隧洞，如隧洞的洞徑相對較小，只能采取人工作業(yè)的方式，就稱之為長隧洞。伴隨著現(xiàn)場開挖作業(yè)，隧洞斷面將會或多或少地影響出渣、通風排煙處理，一旦現(xiàn)場的送風距離、運輸車與通風管間距較小，可能出現(xiàn)通風管被破壞的情況[1]。因此，考慮到現(xiàn)場施工的這些特征，有關人員在具體施工中需強化技術管理，制定科學且可行的施工方案。

3 施工工期和工程特征

3.1 施工工期

本工程項目中的水工隧洞，最為突出的特征就是小斷面、長距離，合同工期為36個月，考慮到現(xiàn)場的施工難度，施工中的工期較為緊張，施工企業(yè)需制定科學的進度計劃，科學安排施工流程，并細分工作量。

3.2 工程特征

本項目建設中，水工隧洞的斷面較小，距離偏長，通風效果難以達到預期，利用機械設備開展施工作業(yè)時，現(xiàn)場空間狹小，不具備機械作業(yè)的條件。本工程項目的建設中，現(xiàn)場分布的地下水較多，水量和水位嚴重干擾了現(xiàn)場的施工進度，再加上此隧洞的距離較長，施工中有嚴格的工期限制，隧洞施工受到多種因素的影響，在前期技術人員需做好充分的規(guī)劃與協(xié)調(diào)，針對每一種施工影響因素都制定對應的處理策略[2]。

4 施工方案與方法

水工隧洞的斷面小，作業(yè)空間狹小，施工作業(yè)中遇到的技術難題多，施工流程復雜。為克服現(xiàn)場的諸多技術難題，施工人員需結合現(xiàn)場的地質(zhì)水文等基本條件，科學引入機械化施工技術，以提高施工速度，用機械與人工作業(yè)相配合的方式來提高施工質(zhì)量，在工期范圍內(nèi)高質(zhì)量、如期完工。

4.1 施工方案

本工程項目中，考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件的復雜性，采用了動態(tài)化施工方式，利用這一方式不僅能達到施工的質(zhì)量規(guī)定，還能提高施工的安全性。在本項目的I、II、Ⅲ、Ⅳ類圍巖均采用全斷面爆破開挖工藝，Ⅴ類圍巖采用人工配合機械分臺階開挖法，局部利用弱松動鉆爆開挖工藝。隧洞施工作業(yè)包含超前支護、開挖、初期支護、二次襯砌等施工流程。綜合類似的項目經(jīng)驗，考慮本項目的現(xiàn)場特點以及施工要求，在現(xiàn)場作業(yè)中的隧洞巖洞開挖中采用全斷面光面爆破、控制爆破法，洞內(nèi)裝渣采用扒渣機，出渣采用有軌運輸、電瓶車牽引。襯砌采用自行式液壓襯砌臺車，拱墻一次澆筑。

4.2 施工方法

水工隧洞施工作業(yè)中，開挖為關鍵步驟，開挖作業(yè)中為最大程度上提高質(zhì)量與安全，施工人員應綜合現(xiàn)場的諸多因素來確定進尺，將此參數(shù)作為施工依據(jù)。由于采用的是鉆爆法，在鉆孔作業(yè)中，需由專業(yè)的技術人員按照爆破設計方案進行鉆孔施工，各鉆手分區(qū)、分部位定人定位鉆孔，保障鉆孔質(zhì)量。每排炮由專業(yè)人員開展檢查，保障其符合平、直、齊的要求，水平周邊孔偏差需在5cm以內(nèi)，其他鉆爆孔偏差同樣也在5cm以內(nèi)。裝藥爆破環(huán)節(jié)，針對洞室開挖環(huán)節(jié)，炮工要在技術人員指導下按爆破設計方案要求實施規(guī)范化作業(yè)。此隧洞施工建設中尤其要關注通風問題，為保障通風條件最佳，達到連續(xù)通風的要求，施工人員需選擇滿足要求的通風管，創(chuàng)造接力通風條件。

5 水工隧洞工程施工中關鍵技術

5.1 施工通風

對小斷面長距離水工隧洞施工作業(yè)而言，通風問題最值得引起關注。正常情況下隧洞中的供風量需達到要求，確定這一參數(shù)時，施工人員需根據(jù)隧洞最多能承受的人口數(shù)量、洞內(nèi)的最小風速、洞內(nèi)出渣車等來計算供風量。隧洞通風處理中也需配備特定型號與功能的通風設備，考慮到現(xiàn)場的作業(yè)空間狹小，如選用大直徑的通風管，將不利于設備運行，也會影響運輸工作，而小直徑通風管產(chǎn)生的風阻較大，難以保障隧洞中的供風量、供風距離。經(jīng)由綜合對比，施工作業(yè)中可配備Ф800mm規(guī)格的通風管，以創(chuàng)造良好的通風條件，通風機功率為55kW，供風量為600m3/min，選用布質(zhì)材料的風筒，確保通風條件與各項參數(shù)達到規(guī)定[3]。通風設備安裝問題也會影響通風效果，不利于現(xiàn)場作業(yè)，為此，施工人員需規(guī)范安裝通風設備，安裝工作中必須嚴格遵守安裝規(guī)范，如應選擇恰當?shù)陌惭b位置，為保障通風效果。在全部隧洞口均要安裝通風設備，設備從洞口進入洞內(nèi)時嚴禁有折角、轉(zhuǎn)彎，達到順暢通風的要求。施工人員安裝風管時，需遵循平順性規(guī)定，風管的截面要完整，一旦有破損問題，應利用膠水黏結破損位置。通風管在送風階段，送風口與掌子面的距離不得小于15m，接力通風時后面風機的供風量要超過前面風機的供風量，且不得與前面風筒相連接，相互之間要保持30～50m的間隔距離。

5.2 鉆爆法施工

針對本工程項目的鉆爆作業(yè)，為提高爆破作業(yè)的安全性，現(xiàn)場作業(yè)人員需根據(jù)爆破方案的有關要求來組織施工作業(yè)。爆破采用減弱松動爆破法，嚴格控制爆破作用指數(shù)，保障可達到爆破后的巖塊基本松散，用機械解小裝運。本工程中的相關爆破參數(shù)為：最小抵抗線：最小抵抗線按通常采用的W=（20～40）d公式計算，式中d為炮眼直徑，采用的小直徑（36～50mm）鉆頭；孔距a：按a=（1～1.2）W確定，排距b=W；爆破傾角α：根據(jù)鉆機性能，一般α不小于75度；炮孔長度L：L=H+ΔL；式中H—開挖高度m，ΔL—超深m；單位炸藥消耗量q：每孔裝藥量計算按Q=qab（w）H計算，必須經(jīng)過試爆進行確定。爆破施工中正常眼為耦合連續(xù)裝藥，每孔放兩發(fā)雷管，堵塞長度需達孔深的1/3以上，裝藥結束后用炮泥填實；預裂孔采用間隔不耦合裝藥方式，選擇直徑32mm的藥卷，底部加強裝藥一卷半后間隔0.5m一支，綁在竹片上裝入炮孔。

5.3 水泥基藥卷錨桿

本工程項目中針對小斷面長距離水工隧洞施工作業(yè)，水泥基藥卷錨桿需配備手風鉆來完成鉆孔施工處理，有關施工人員在對錨桿孔實施鉆孔作業(yè)之前，應重視前期的測量工作，參考施工設計方案中的有關參數(shù)，清晰且精準標注開孔位置。錨桿孔的孔軸同樣應以施工方案且依據(jù)完成開孔任務，但必須保障其與開挖面的垂直性。錨桿孔深度也是施工中需關注的重點參數(shù)，施工中必須要將這一參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，當鉆孔深度達到設計標準后利用高壓風實施沖洗，保障錨桿孔內(nèi)無任何雜物。砂漿施工作業(yè)中應結合施工要求配制高性能砂漿，砂漿濃度應適當高一些，所配制的砂漿最好做到隨配隨用，對超過初凝時間的藥卷需及時報廢。

5.4 混凝土二次襯砌

此水工隧洞作業(yè)中，混凝土二次襯砌施工為關鍵步驟，在進入這一施工環(huán)節(jié)后，現(xiàn)場需配置自行式液壓襯砌臺車輔助施工作業(yè)，當然，現(xiàn)場并不僅僅涉及這一種設備，還包含抗側(cè)偏千斤頂。襯砌施工作業(yè)開始之前，施工人員要在隧洞拱部部位上頂上抗浮千斤頂，在此操作環(huán)節(jié)還應該規(guī)范操作，避免損壞襯砌，在千斤頂頂端需開展特殊設計與處理。為保障所設置的工作窗符合實際的施工標準，施工人員需綜合從振搗、排氣、抗浮等多種因素著手，盡可能提高頂拱封堵的密實性，一般需在頂部位置上設置3個封口器，實施頂拱的封堵處理。在臺車方面應使用液壓收支與絲桿頂升，以從根本上保障臺車可靠運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場施工作業(yè)中出現(xiàn)模板變形的概率較高，為避免這一現(xiàn)象影響施工作業(yè)，鋼模應采用厚度為8mm的鋼板，以增強結構整體性、穩(wěn)定性、防水性。

6 水工隧洞施工質(zhì)量安全保證措施

6.1 質(zhì)量保證措施

考慮到小斷面長距離水工隧洞施工中質(zhì)量問題頻發(fā)的情況，為達到工程建設的質(zhì)量目標，實際的施工建設過程中需開展全過程質(zhì)量管理與控制，主要需做好以下工作：①在工程企業(yè)中成立專門的質(zhì)量控制小組，由該小組負責工程現(xiàn)場的質(zhì)量管理與控制，設置專職質(zhì)量監(jiān)測人員?，F(xiàn)場施工作業(yè)中，質(zhì)量控制小組全面監(jiān)管開挖支護施工作業(yè)，通過質(zhì)量監(jiān)督與檢查來發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的施工問題，對每個班、每道工序均需實施跟蹤檢查、指導與監(jiān)督，并形成完整的質(zhì)量監(jiān)督報告，落實質(zhì)量責任。②對用于本工程項目的測量設備，必須檢驗合格以后才可投入使用，控制測量采用全站儀做導線控制網(wǎng)，為提高測量結果的準確性，必須要由專業(yè)的人員來負責測量任務。③開挖斷面的測量誤差需控制在正常范圍內(nèi)，一般不得超過10cm，相對于中線的誤差不大于±5cm，如遇到起伏大、變徑或轉(zhuǎn)彎段，則需增加測繪斷面。④錨桿開孔環(huán)節(jié)必須嚴格執(zhí)行施工圖紙的規(guī)定，保障開孔位置的正確性，孔位偏差需在10cm以內(nèi)，與此同時，錨桿孔的孔軸也需達到施工規(guī)定，如施工圖中對孔軸沒有明確要求，需保障錨桿孔軸與開挖面的垂直性。⑤砂漿錨桿應按照先注漿后安裝錨桿的順序來實施，錨桿孔徑需超過錨桿直徑，且錨桿孔深也要得到施工規(guī)定，控制孔深偏差，將此偏差保持在0.5m以內(nèi)。

6.2 安全保證措施

小斷面長距離水工隧洞施工作業(yè)中，現(xiàn)場的安全風險較大，為提高施工安全性，工程企業(yè)在施工作業(yè)中需強化安全管理，開展全過程施工監(jiān)管。首先，正式鉆孔之前，施工人員與管理人員需檢查工作面的安全性、照明條件，保障工作面處于安全狀態(tài)，且照明亮度達到了施工要求，如掌子面有松動的巖石，需由專人來清理，并采取支護處理的方式。其次，進洞施工作業(yè)人員必須遵循安全操作規(guī)范，正確佩戴安全防護用具，如要戴好安全帽、防護手套、穿工作服。第三，強化施工中的監(jiān)控量測，及時將有關的測量結果反饋給有關作業(yè)人員，利用測量數(shù)據(jù)指導現(xiàn)場的施工作業(yè)，如發(fā)現(xiàn)隧洞變形現(xiàn)象，則需及時采取有效的措施來抑制變形。最后，保障洞內(nèi)通風，在現(xiàn)場配備大功率風機，并做好通風設計，選派專人負責現(xiàn)場的通風管理。

7 結束語

小斷面長距離水工隧洞是水利工程中較為常見的施工情形，這一條件下的施工難度較大，不僅面臨技術難題，也存在施工風險，為有效保障施工質(zhì)量與安全，有關人員在現(xiàn)場作業(yè)中需規(guī)范利用相應的施工技術，并立足現(xiàn)場條件創(chuàng)新技術，構建全新的施工技術體系。