特殊地質(zhì)條件下排洪隧洞工程施工技術(shù)分析

林嘯虎

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 廈門 361000）

漳平市城東片區(qū)湖庫水系綜合管理（高水高排）工程位于漳平市境內(nèi)，汛期時將漳平市城東片區(qū)20 年一遇山洪外排九龍江，不進內(nèi)河，工程任務為防洪排澇。根據(jù)工程區(qū)水系分布情況，擬在鐘利加油站東側(cè)設置截洪壩，將東門溪洪水通過高排隧洞排至東坑溪，結(jié)合東坑溪河道整治，將山洪排至九龍江。

1 案例概述

該工程主要建筑物包括截洪壩、滯洪湖、高排隧洞、東坑溪河道整治等。截洪壩壩高13.3 m，壩頂長50.8 m，為混凝土重力壩，采用壩頂溢流。滯洪湖具調(diào)蓄洪水并兼做景觀湖的功能。起調(diào)水位為175.0 m，常水位為178.3 m。排洪隧洞起到將山洪排泄到東坑溪的作用。隧洞進口位于截洪壩東側(cè)，出口位于東坑溪東坑塥，隧洞20 年一遇泄洪流量為30 m3/s，洞長1.5 km，洞底高程為（172.5～175.0）m，隧洞為無壓洞，斷面為4.6 m×5.7 m（寬×高）城門洞型，進水口設置控制閘。東坑溪河道整治長度為3 735 m，采用建設堤防、河道清障等綜合措施進行河道整治。

排洪隧洞主洞斷面為城門洞型；Ⅳ、Ⅴ級圍巖初期支護形式為立鋼拱架掛網(wǎng)噴混凝土；Ⅲ級圍巖初期支護形式為錨桿網(wǎng)噴混凝土；采用鋼筋混凝土全斷面砌襯。

2 隧洞施工技術(shù)

2.1 洞門施工

首先進行洞口邊仰坡開挖及支護，重點清撬洞頂高邊坡上的危石，采用自上而下分層進行，層高（3～5）m。開挖前，采用人工在一定高程上設置截、排水溝、攔石屏障并清除植被，處理洞臉。土方掘進采用人力和機械組合的方式削坡，邊緣位置留出保護層，長度通常是30 cm，使用人工的方式進行平整，邊坡挖掘有石塊裸露之后，實施鉆孔、爆破等施工活動。石方掘進過程中使用型號為YT-28 的手風鉆完成垂直孔作業(yè)，深度通常在（2.0～2.5）m 之間，使用人工方式完成炸藥的裝填工作，在周圍比較光滑的面進行爆破，爆破之后的殘碴使用機械裝到指定的運輸車上，將殘碴運輸?shù)綄ｉT的碴場。

2.2 洞身開挖

隧洞挖掘使用鉆爆的方法（其具體的步驟詳情見圖1），依托新奧法對鉆爆活動進行指引。Ⅱ類圍巖與Ⅲ類圍巖使用全斷面挖掘的方式，Ⅳ類圍巖與Ⅴ類圍巖使用微臺階的方式挖掘，在光滑的表面進行爆破。使用形狀為直線的掏槽，依照圖紙設置輪廓線，然后確定炮眼的位置，間隔距離通常在（40～50）cm 之間，輔助眼間隔距離通常在（60～80）cm 之間。作業(yè)面4 臺型號為YT-27 的氣腿型鑿巖機進行鉆眼施工。2#巖石硝銨炸藥（存在水分的部位使用乳化炸藥），周圍的炮眼使用型號為Φ25 的光爆小藥卷，8#紙雷管簇聯(lián)非電毫秒導爆雷管將炸藥引爆。

圖1 鉆爆法開挖施工工藝流程框圖

2.3 出碴運輸

隧洞開挖運出廢碴的過程中需要注意的是：選用安裝與運輸相搭配的汽車設施，科學設計會車路線，科學調(diào)度車輛，對軌道進行有效的維護，這樣才可以保證隧洞中的運輸快而有序。為處理長巷運送的難題，提升作業(yè)速度，計劃使用P-60 型耙斗進行廢碴的裝車，使用型號為XK7/132 的電瓶車作為車輛的牽引，以快速將礦碴運輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

隧洞中的軌道設計在隧洞的左側(cè)或者右側(cè)，間隔750 m 配備一個調(diào)車道，長度在（30～35）m。軌道使用18 kg/m 的輕軌，軌道距離是762 mm。軌道枕木使用的是松木，尺寸為1 135 mm×15 mm×12 mm（長×寬×高），間隔距離為60 cm。

2.4 洞身初期支護

2.4.1 初期支護標準

開挖過程中，為確保施工期安全，隨著引水隧洞的掘進需及時臨時支護，初期支護的標準為：

Ⅴ類圍巖：I16 型鋼支撐，間距（0.5～1）m，每延米40 根Φ22×2.5 m 錨桿，全斷面掛Φ8@200×200 網(wǎng)片，噴射C25 混凝土，厚度為15 cm。

Ⅳ類圍巖：I16 型鋼支撐，間距1 m，每延米6 根Φ22×2.5 m 錨桿，拱頂掛Φ8@200×200 網(wǎng)片，噴射C25混凝土，厚度為15 cm。

Ⅲ類圍巖：隨機Φ22×2 m 錨桿，噴射C25 混凝土，厚度為10 cm。

2.4.2 支護工程施工1）鉆孔

使用自行制作的鉆架，施工人員使用型號為YT-28 的手風鉆進行孔的施工作業(yè)，孔的位置采用測量的方式確定管控點之后，依據(jù)設計圖標明的間隔距離明確孔的具體位置，孔位置所存在的各個方面的偏差應當在10 cm 以內(nèi)，孔的深度偏差應當在5 cm 以內(nèi)；系統(tǒng)錨桿孔的軸線應當和掘進作業(yè)面保持垂直狀態(tài)，部分位置增強錨桿孔的軸線應當和滑動面的傾倒方向不同，其與滑動面形成的角度應當不低于45°；漿液灌注錨桿的鉆孔直徑應當比錨桿自身直徑略大，若是向下傾倒的錨桿孔，孔徑應當比錨桿直徑最少大出1.5 cm，若是向上傾倒的錨桿孔，鉆孔直徑應當最少大出2.5 cm。

2）鉆孔沖洗

使用高壓風水槍將孔中的水、巖石顆粒等全部沖刷出來，一直到干凈為止。

3）注漿

使用氣壓型錨桿注漿器一邊配制漿液一邊灌注，漿液組成成分中的水泥使用32.5 級常規(guī)硅酸鹽水泥，砂使用粒徑在2.5 mm 以下的中細砂。砂漿攪拌的時長應當在3 min 以上，攪拌完畢后，應當盡早灌注，攪拌完成1 h 以上的砂漿不可再次使用。

水泥砂漿配合比在以下規(guī)定范圍內(nèi)通過試驗選定：

水泥∶砂=1∶1～1∶2（重量比）；

水泥∶水=1∶0.38～1∶0.45。

其強度級別應當在20 MPa 以上。如果是朝下傾倒的孔，漿液灌注管需要插到孔最下面1 m 左右的位置，且從注漿管灌注漿液一直到孔口部位有漿液冒出截止，在漿液灌注時，如果漿液自巖石錨桿周邊出現(xiàn)，應當?shù)谝粫r間填堵，避免漿液持續(xù)流出。如果是向上傾倒的孔，使用“先進行安裝后進行漿液灌注”的方式，自灌漿到孔底部的孔口出現(xiàn)漿液截止。錨桿進行漿液灌注之后，在漿液沒有固結(jié)之前，不可對錨桿進行敲打、碰觸等操作。

4）水泥砂漿錨桿安裝

關于邊墻的橫向錨桿孔，使用“先灌注漿液后進行錨桿裝設”的方式，施工人員把錨桿以最快的速度插進孔中。如果是朝上傾倒的錨桿孔，使用“先裝設錨桿后灌注漿液”的方式。

2.4.3 噴混凝土施工

1）噴混凝土施工工藝流程：

準備工作—→混凝土材料準備—→預噴射處理—→混凝土噴射—→噴后處理—→清理工作。

2）材料

水泥：優(yōu)先選用符合國家標準的普通硅酸鹽水泥。水泥標號不低于32.5 級，進場水泥應有生產(chǎn)廠的質(zhì)量證明書。

骨料：細骨料采用堅硬耐久的粗、中砂，細度模宜大于2.5，使用時的含水率控制在5%～7%；粗骨料采用耐久的卵石或碎石，粒徑不大于10 mm。

水：符合混凝土拌合用水的規(guī)定。

外加劑：應使用經(jīng)監(jiān)理工程師批準的外加劑，速凝劑質(zhì)量應符合規(guī)范DL/T 5181-2003 的要求，初凝時間不應大于5 min，終凝時間不應大于10 min。

鋼筋網(wǎng)：應采用屈服強度不低于240 MPa 的光面鋼筋網(wǎng)。

壓縮空氣：噴混凝土使用的壓縮空氣不應含有油脂和其他油污。

3）噴混凝土的準備工作

①應當在施工前全面查看噴射面，且做好以下工作：將作業(yè)面的浮石、對混凝土噴射有一定負面作用的堆積物、臟污廢碴等清理干凈；對巖面進行處置；完成作業(yè)平臺的安裝，以高壓風槍對作業(yè)面進行清潔；將管控混凝土噴射厚度的鋼筋條埋在指定位置；施工區(qū)域應當擁有優(yōu)良的通風條件、足夠數(shù)量的照明設施。

②噴射混凝土前，應當仔細查看施工器械、通風管道、電線、水管等。

③在噴射過程中滴水的位置應當配備導管，以便將水排出，導水成效不理想的可建設盲溝，淋水區(qū)域可以建設截水圈，以便將水排出。

4）噴混凝土作業(yè)

噴混凝土施工采用逐段逐片的方式進行，按照從下到上的次序，噴混凝土通常分兩層或者三層進行，所有層的混凝土噴射厚度都應保持在5 cm 左右，下一層應當在上一層初次凝結(jié)前噴射。如果由于某種原因終凝1 h 后再次噴射，應當先對層面進行清潔，然后再進行噴射，混凝土終凝到再次放炮之間應當間隔3 h 以上。

噴射機施工需要依照有關操作規(guī)范進行，應當不中斷地給噴射機供給混凝土，確保噴射機平穩(wěn)運行，噴射完畢或者由于某種因素無法繼續(xù)噴射時，應當把噴射機中所有的混凝土都清理出來。

混凝土噴射過程中，噴嘴應當和巖面離開70 cm，噴射的方向大概和巖面保持豎直。噴射混凝土的回彈率：邊墻部分應當≤15%，洞室頂拱部應當≤25%。

噴混凝土應當在終凝2 h 后灑水，養(yǎng)護時長通常在（7～14）d。

5）鋼筋網(wǎng)噴混凝土施工

依照設計圖與監(jiān)理工作者的指導，在進行噴混凝土操作前埋設鋼筋網(wǎng)，間隔距離應保持在20 cm 左右，鋼筋選擇半徑為4 mm、屈服強度為240 MPa 的表面光滑的鋼筋，同時應當保持鋼筋保護層厚度在30 mm 以上。噴混凝土作業(yè)，混凝土厚度應當≥100 mm，同時不高于250 mm。

2.4.4 鋼支撐1）鋼支撐適用范圍

此標段鋼支撐大多使用在引水隧洞地理狀況不理想、塌方發(fā)生率很高的Ⅳ類與Ⅴ類圍巖，以及依據(jù)監(jiān)理人員的引導亦或是前期已經(jīng)勘測明確的巖石硬度較小的區(qū)域，因為這類圍巖自身穩(wěn)定性能低劣，需增大初期支護的力度，使用鋼支撐能夠承載掘進過程中產(chǎn)生的松動負載，避免圍巖出現(xiàn)較大程度的形狀變化，提升支護效果。

2）鋼支撐設計

鋼支撐運用的是形狀為工字的拱架，其使用的工字鋼型號是I16，在專門的場地進行加工，在隧洞中進行最后的組合。拱架間隔距離通常在（0.5～1）m 之間，豎向連接筋使用的是螺紋鋼，型號為Φ22。

3）鋼支撐安裝

依照圖紙要求或者通過勘測已經(jīng)明確的巖石軟弱區(qū)域使用鋼支撐，該支撐應當安裝在襯砌設計斷面的外面。裝設完畢后，應當監(jiān)測軟弱部位圍巖穩(wěn)固情況，經(jīng)過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行剖析，了解初期支護達到施工需求與否，若支護無法達到安全標準，應當?shù)谝粫r間提升鋼支撐性能或者采用其他舉措。

2.4.5 隧洞混凝土襯砌

引水隧洞襯砌混凝土采用厚度為50 cm 的鋼筋混凝土，混凝土襯砌施工在隧洞開挖施工完成后進行，采用全斷面襯砌臺車襯砌，分底板混凝土澆注和拱墻混凝土澆注，混凝土運輸車送至混凝土輸送泵料斗，進行泵送混凝土澆注。

1）鋼筋工程

鋼筋在進入施工場地時，生產(chǎn)企業(yè)應當出示質(zhì)檢證，進入到施工場地后，先查看鋼筋外觀情況，然后進行抽樣檢測。進入施工現(xiàn)場后按照種類、批次放置，場地進行硬化，最底層放置枕木，保證鋼筋不直接和地面接觸。

在運用之前再次檢查鋼筋，看其表面是否潔凈，是否存在銹跡。如果表面呈現(xiàn)為鮮片狀或者顆粒狀，不可以使用。鋼筋使用專門的機器實現(xiàn)自身的平直。鋼筋在隧洞外面的場地完成加工，在隧洞中綁扎，通常超前襯砌1 模或者2 模。檢驗達標后的鋼筋才能夠澆筑混凝土。

鋼筋的尺寸應當和設計圖保持一致，完成加工后的鋼筋和設計圖的尺寸偏差要求見表1。

表1 圓鋼筋制成箍筋其末端彎勾長度

表2 加工后鋼筋的允許偏差

為確?；炷帘Ｗo層符合設計要求，應當在鋼筋和模板間配備強度比結(jié)構(gòu)物強度高的混凝土墊塊；應當將鐵絲埋到墊塊中，然后和鋼筋捆扎；墊塊應互相交錯，不可集中堆放。同時，使用短鋼筋支撐確保鋼筋所在地點的精準。

在進行焊接之前，應當把鋼筋表面的油污、銹跡等進行徹底清理。直徑不超過25 mm 的鋼筋可以使用捆扎的方式連接，然而承載振動負載的構(gòu)件、小偏心受拉構(gòu)件等，鋼筋接頭不可使用上述方式。

2）模板工程

本標段引水隧洞混凝土襯砌采用全斷面整體襯砌臺車一次襯砌成形，臺車模板長度為10 m，進場準備2臺襯砌臺車以滿足施工需要。

3）混凝土施工

①襯砌模板采用全斷面整體襯砌臺車，臺車面板長12 m，混凝土采用泵送入模，附著式振搗器和插入式振搗器聯(lián)合振搗。

②在上部混凝土施工之前，對已襯砌完的混凝土進行鑿毛處理并用水沖洗，保證新舊混凝土結(jié)合良好。

③底板混凝土的澆筑超前拱墻襯砌約50 m，以保證拱墻襯砌時底板混凝土的強度達標。

④襯砌時和開挖時一樣將斷面加大5 cm，保證襯砌不侵入隧洞建筑限界。

⑤上拱部分混凝土應兩側(cè)對稱澆筑，高差不大于50 cm。施工人員從臺車窗口振搗。

⑥在臺車與拱頂之間裝設防上浮裝置，以防止在混凝土澆筑過程中引起臺車上浮，混凝土澆筑時應注意預留的灌漿孔管不發(fā)生偏斜。

⑦混凝土澆筑完至少24 h 方可拆模。拆模后應按照灌漿方案規(guī)定的區(qū)段對襯砌端頭和圍巖間的空隙用高標號砂漿塞填密實，以防止回填灌漿時漿液隨意流動。

3 結(jié) 語

文章對水工隧洞施工工藝的簡述，闡明了工藝的基本情況，但因為各個水利項目隧洞的建設工藝受項目情況、地質(zhì)水文條件、圍巖、生態(tài)等各種因素的影響，實際運用中的施工工藝也會存在一定的差異，為此在項目建設過程中，應當結(jié)合實際狀況選擇恰當?shù)氖┕ぜ夹g(shù)，同時注重施工能力的提升。