輸水隧洞工程施工技術及質(zhì)量控制要點

李振華

（晉城市水務局 山西晉城 048026）

0 引言

引調(diào)水項目的實施可以優(yōu)化區(qū)域水資源結構，張峰水庫一干渠芹池至縣城段供水工程實施后可充分發(fā)揮張峰水庫在陽城縣的效益，有效緩解當?shù)厮Y源緊張問題，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。引調(diào)水項目中輸水隧洞的施工質(zhì)量至關重要，其施工具有范圍狹小、工序復雜、干擾因素多、投入成本高、安全風險高等特點，施工方法取決于地質(zhì)狀況、斷面設計、施工器械、工期要求和技術水平等[1]，因此選擇合理施工技術和施工工藝，嚴把工程建設的質(zhì)量關，才能保障輸水隧洞施工能夠安全、有序的完成。

1 工程概述

張峰水庫一干渠芹池至縣城段供水工程由供水管線和末端蓄水池組成。供水管線中輸水隧洞全長4.74 km，隧洞進口接1# 倒虹吸出水建筑物，進口位置位于宇昌煤業(yè)廠區(qū)東南方向溝道右岸，出口位于中寨村東南臺地。隧洞斷面為城門洞型，底寬2.2 m，直墻高1.6 m，供水方式為無壓明渠流，襯砌采用C25 鋼筋混凝土。設計洪水標準為10 年一遇洪水設計，30 年一遇洪水校核。

2 工程地質(zhì)

本區(qū)地處山西省東南部，所處大地構造單元為呂梁太行斷塊，沁水塊坳之沾尚-武鄉(xiāng)-陽城北北東向褶帶的南部。工程區(qū)地震動反應譜特征周期為0.45 s，地震動峰值加速度值為0.05 g，相應地震基本烈度為VI度。供水隧洞全長4.74 km，其中土洞段長50 m，巖石洞段長約4.69 km，隧洞圍巖為二疊系砂巖、頁巖等，圍巖類別為IV、V 類，其中IV 類洞段長2.16 km、V 類洞段長2.58 km，IV、V 類圍巖分別占供水隧洞總長的45.6%、54.4%。局部洞段存在涌水或線狀流水。

3 輸水隧洞施工技術及質(zhì)量控制

3.1 開挖施工

隧洞開挖前應對基線、水準點等測量基礎數(shù)據(jù)進行復核，開挖過程中定期測量校正開挖平面的尺寸和底部標高，嚴格按施工圖紙的要求控制開挖邊坡的坡度和平整度。土方開挖過程中，實際施工的邊坡坡度應適當留有修坡余量用于人工修正。石方開挖前還應進行爆破試驗確定合理的爆破參數(shù)。

測量放線由施工單位技術負責人會同監(jiān)理工程師，依據(jù)設計圖紙和控制網(wǎng)點采用全站儀準確測放開挖輪廓線、方向線位置，并釘樁標記。洞口開挖采用自上而下的開挖順序，進口石方邊坡1∶0.5，出口土方邊坡1∶0.75，用反鏟挖掘機配合人工清理植被、樹木、灌木、雜草。開挖過程由安全員進行安全監(jiān)管，并做好相應安全應急救援措施預案。

本工程圍巖為Ⅳ類、V 類，IV 類圍巖開挖斷面2.96 m×3.38 m （寬×高），V 類圍巖開挖斷面3.14 m×3.52 m（寬×高）。洞挖主要采用光面爆破開挖法，人工布孔后采用簡易組合鉆架+YT28 手風鉆鉆孔；鉆孔鉆進完成后裝入2 號巖石乳化炸藥及毫秒延時電雷管爆破，爆破超挖控制在0～15 cm 范圍內(nèi)；爆破完成后進行排煙并清除浮石、危石，確保工作面人員作業(yè)安全；出渣采用裝載機機裝，自卸汽車運至渣場。隧洞內(nèi)每隔300 m 設置一個錯車道，洞內(nèi)積水采用污水泵分級接力式排至洞外。此循環(huán)開挖完成后三方進行測量復核，直到斷面尺寸達到設計要求為止。

3.2 支護施工

鋼筋、水泥等原材料嚴格做好進場報驗和質(zhì)量檢驗。錨桿支護鉆孔時要控制孔位、孔向、孔深等均須符合設計要求，鉆頭直徑應大于錨桿直徑15 mm 以上，孔位偏差應不大于100 mm，孔向應符合設計要求，圖紙未作規(guī)定時，錨桿孔向應盡量垂直于巖石面，局部加固錨桿孔向應與可能滑動面的傾向相反，其與滑動面的交角應大于45°，孔深偏差應不大于50 mm。鉆孔后將孔內(nèi)巖粉和積水沖洗干凈，注漿管應插至距孔底5～10 cm，注入的砂漿應飽滿密實，不應有氣泡殘留。鋼筋網(wǎng)應與開挖巖面形狀基本一致，并與錨桿焊接牢固連成一體。噴涂混凝土配合比應滿足設計要求，設計噴涂厚度大于5 cm 應分兩層施工，噴涂到巖面的混凝土應易粘著、回彈量小，表面濕潤有光澤，噴涂施工完成后噴水養(yǎng)護14 d。鋼拱架與設計位置安裝誤差應小于5 cm，并垂直于隧洞軸線，角度偏差不應大于2°。

1）漿砌石洞臉、漿砌石洞室及邊坡支護：錨桿采用2 m 長22 鋼筋，間排距1.0 m，梅花型布置；掛Φ8@200 mm 鋼筋網(wǎng)片，用壓板固定，與錨桿連接牢固；鋼筋網(wǎng)與巖面距離3～5 cm。采用C25 混凝土噴涂，自下而上順序施工。

2）洞身支護：通過超前支護可以改善圍巖力學性能，改善掌子面周邊巖體整體性能，提高圍巖自穩(wěn)能力、限制巖體變形。相較其他支護方法，超前小導管預注漿技術具有布設靈活、受空間限制小、工藝簡單、施工方便、成本低、支護效果相對可控等優(yōu)點，可以有效解決巖石破碎、松散地質(zhì)條件下開挖作業(yè)安全與成洞難題，為安全施工并繼續(xù)掘進提供保障[2]。隧洞的初期施工噴錨時，在隧洞圍巖中依次打入大量砂漿錨桿，噴錨時的支護能夠使錨桿、混凝土砂漿噴層、混凝土襯砌和隧洞圍巖形成一個整體，這樣能夠有效地提升隧洞圍巖的結構穩(wěn)定性[3]。IV 類圍巖支護在頂拱180°范圍內(nèi)布設2 m 長22 系統(tǒng)錨桿，間排距1.0 m，梅花型布置；洞壁噴8 cm 厚C25 混凝土。V 類圍巖支護采取隨挖隨支護隨噴漿原則。開挖前，在工作面打4 m 長DN40 超前小導管，用氣動錘振入注漿；爆破后，先在頂拱180°范圍內(nèi)布設2 m 長22 系統(tǒng)錨桿，排距1.0 m，梅花型布置；然后在邊墻、頂拱掛Φ8@200 mm 鋼筋網(wǎng)，視圍巖穩(wěn)定情況立Ⅰ14 的鋼拱架，鋼拱架之間采用20 連系筋連接，用8 根鎖腳錨桿固定；最后噴12 cm 厚C25 混凝土。洞臉及洞身支護錨桿按每300 根一組進行錨桿抗拔力檢測，抗拔力符合設計要求（抗拔力≥60 kN）。

3.3 隧洞混凝土襯砌

嚴格控制原材料、中間產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化混凝土配合比。隧洞混凝土襯砌嚴禁不合格料入倉，入倉后應及時平倉振搗密實。混凝土襯砌頂部為施工薄弱部位，需注意收倉階段施工控制，可適當增大混凝土坍落度和延長入倉時間，兩側邊墻保持均衡下料澆筑。澆筑后應加強養(yǎng)護與表面保護。

1）基礎面處理：對隧洞底板進行測量，清理底板，軟基用3～5 cm 碎石回填至設計高程。鋼筋綁扎前，基礎面清理干凈，無雜物、無積水。底板高程及基礎經(jīng)由施工自檢、監(jiān)理復核。

3）止水帶安裝：主洞每隔12 m（或圍巖類別變化及斷層面處）設置651 型止水帶。止水帶中心線安放在縫面中間，高密度聚乙烯閉孔板垂直于止水帶放置，緊貼模板安裝。安裝好的止水帶加以固定和保護，在澆筑過程中不發(fā)生位移、扭曲及結合面漏漿情況。

4）立模、校模：襯砌混凝土澆筑采用全斷面液壓襯砌臺車，安裝前在模板表面涂脫模劑，安裝完成后由測量人員核對模板的位置，對模板錯位進行相應調(diào)整，保證模板的強度、剛度及穩(wěn)定性。

5）混凝土澆筑及養(yǎng)護：Ⅳ類圍巖洞壁底板、邊墻、頂拱澆筑C25 鋼筋混凝土，厚0.3 m。Ⅴ類圍巖洞壁底板、邊墻、頂拱澆筑C25 鋼筋混凝土，厚0.35 m?；炷羾栏癜磁浜媳扔脭嚢铏C進行現(xiàn)場拌制，采用2.5 m3混凝土運輸車運至倉面附近。采用混凝土輸送泵澆筑，底板用插入式振搗器進行振搗，側墻頂拱用附著式平板振搗器振搗。入倉混凝土的溫度、坍落度、和易性等應符合規(guī)范要求，無骨料集中現(xiàn)象。澆筑時倉號內(nèi)層平鋪，保持連續(xù)澆筑。在混凝土澆筑完成12～18 h 內(nèi)開始養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為28 d，養(yǎng)護期間保持表面濕潤。

3.4 回填灌漿

回填灌漿孔位與設計位置偏差不得大于1 cm，鉆孔過程中應控制孔斜不超過規(guī)范要求。灌漿分序分區(qū)進行，嚴格按照灌漿試驗確定參數(shù)進行施工。

回填灌漿目的是對隧洞混凝土襯砌或支洞堵頭頂部縫隙作灌漿填充[4]，應在襯砌混凝土達到70%的設計強度后進行，采用純壓式灌漿法?；靥罟酀{孔排距梅花形布置，按設計要求布孔，再用手風鉆鉆孔，鉆孔深入圍巖5 cm?；靥罟酀{按60 m 區(qū)段進行，區(qū)段端部用混凝土封堵嚴密。灌漿分兩個次序進行，先灌I序孔，后灌Ⅱ序孔，回填灌漿采用水灰比1、0.5 兩級的水泥漿，在0.2 MPa 壓力下，灌漿孔停止吸漿，繼續(xù)灌注10 min 結束。灌漿結束后，排除鉆孔內(nèi)積水和污物，用濃漿將全孔封堵密實和抹平?；靥罟酀{由施工單位、監(jiān)理單位聯(lián)合建設單位進行檢查，采用單孔壓漿試驗，每60 m 打5 個檢查孔，向檢查孔內(nèi)注入水灰比為1∶2 的水泥漿，在0.2 MPa 壓力下，初始10 min 內(nèi)注入漿量不大于10 L 時結束。

4 質(zhì)量監(jiān)督管理

質(zhì)量監(jiān)督機構對本工程實施了全過程監(jiān)督，對照設計及規(guī)范要求，對工程檢查中發(fā)現(xiàn)的問題以書面形式及時反饋給各參建單位，并督促存在問題的單位及時整改，有效地規(guī)范了參建單位施工質(zhì)量行為。

1）質(zhì)量問題：（1）隧洞內(nèi)部分鋼拱架存在碰撞變形，頂拱鋼筋網(wǎng)存在破損變形。（2）部分噴射混凝土未按設計要求施工，噴射厚度不足，未將鋼拱架和連接鋼筋完全包裹。（3）隧洞內(nèi)存在施工積水，未采取有效排水、導水措施。（4）隧洞側墻部分橡膠止水帶破損，對橡膠止水帶未采取遮蓋保護措施。

2）整改措施：（1）經(jīng)現(xiàn)場排查，共發(fā)現(xiàn)25 榀鋼拱架變形，逐一已進行了整修或更換，對破損鋼筋網(wǎng)也進行了更換，均滿足設計要求。（2）對隧洞噴射混凝土進行了全部檢查，噴射混凝土厚度不足部分按設計及規(guī)范要求進行補噴。（3）針對洞內(nèi)積水問題，增加了水泵等排水設施，安排專人值守，加大抽排水力度，減少積水對施工的影響。（4）對裸露止水帶進行了包裹，破損橡膠止水帶進行修補和更換。

5 結語

輸水隧洞施工方式應結合工程實際，按照隧洞圍巖結構的特點，制定合理的施工方案，并對施工全過程強化質(zhì)量控制，不斷完善施工工藝和施工技術，提升施工人員質(zhì)量意識，保障輸水隧洞施工的安全性和穩(wěn)定性，才能確保輸水隧洞施工質(zhì)量。同時在輸水隧洞建設中，對于施工方式的選擇，除了要確保安全、穩(wěn)定外，還需充分考慮施工經(jīng)濟性[5]。目前輸水隧洞工程已完工，并通過了相關單位組織的驗收，運行正常，工程質(zhì)量合格。