特大斷面導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)在水利樞紐工程中的應(yīng)用

作者簡介：李洋（1990-），男，碩士，工程師。研究方向為水利工程檢測。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.046

摘" 要：該文以某水利樞紐工程為例，探究特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中爆破開挖與錨噴掛網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)的應(yīng)用。經(jīng)前期地質(zhì)勘察可知，隧洞圍巖為Ⅱ～Ⅲ級，圍巖穩(wěn)定性較好，采取先進行光面爆破再進行洞身開挖的作業(yè)方案。在清運碴石、清除危石后，在開挖面上初噴混凝土形成穩(wěn)定工作面。然后打入錨桿、掛鋼筋網(wǎng)并進行二次襯砌，對導(dǎo)流隧洞支護，營造安全的施工環(huán)境。拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在導(dǎo)流隧洞開挖后的30 d內(nèi)，每日平均沉降速率為2.09 mm，在允許范圍之內(nèi)，本次特大斷面導(dǎo)流隧洞施工效果符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：水利樞紐工程；導(dǎo)流隧洞；錨桿支護；回填灌漿；混凝土

中圖分類號：TV544" " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0193-04

Abstract： Taking a water control project as an example， this paper probes into the application of blasting excavation and anchor-shotcreting net combined support technology in the construction of extra-large cross-section diversion tunnel. According to the previous geological survey， the surrounding rock of the tunnel is grades Ⅱ～Ⅲ， and the surrounding rock is stable， so the operation scheme of smooth blasting and then excavation is adopted. After removing the ballast and dangerous rock， the stable working face is formed by spraying concrete on the excavation face. Then put in the bolt， hang the steel mesh and carry on the secondary lining to support the diversion tunnel and create a safe construction environment. The monitoring data of arch roof settlement show that the average daily settlement rate is 2.09 mm within 30 days after the diversion tunnel is excavated. Within the allowable range， the construction effect of this extra-large cross-section diversion tunnel is in line with the expectation.

Keywords： water control project; diversion tunnel; bolt support; backfilling grouting; concrete

在水利工程建設(shè)中，特大斷面導(dǎo)流隧洞的開挖作業(yè)會對圍巖產(chǎn)生擾動，有概率出現(xiàn)圍巖變形、拱頂塌陷以及隧洞內(nèi)滲水等一系列問題，不僅影響正常的施工進度，而且還會對隧洞內(nèi)施工人員的安全構(gòu)成威脅。因此，在特大斷面導(dǎo)流隧洞施工前，必須要綜合采取物理、化學(xué)等方法進行地質(zhì)探測，了解施工區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)、巖土特性和地下水賦存情況，在此基礎(chǔ)上設(shè)計科學(xué)的施工方案。在圍巖穩(wěn)定的情況下，可采取爆破開挖方式，降低隧洞掘進難度、加快隧洞施工效率。為了避免拱頂沉降、圍巖變形等情況，需要在洞身開挖后采取必要的支護措施。錨噴掛網(wǎng)聯(lián)合支護在提高圍巖穩(wěn)定性、防止拱頂冒落事故的基礎(chǔ)上，還有防滲作用，成為特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中的常用技術(shù)。

1" 工程概況

江淮溝通段工程自巢湖西北部派河口起，過派河、天河后經(jīng)東淝河后入淮河，全長155.1 km。該段包含有輸水渠道及航道開挖工程、堤防填筑工程、渠道及堤防邊坡護坡工程、提水泵站樞紐工程（包括船閘）等。導(dǎo)流隧洞有2條，使用期5年，屬于IV級臨時建筑物。1#隧洞的洞身長度1 091.4 m，2#隧洞的洞身長度1 170.6 m，設(shè)計流速24 m/s。為便于洞身上部和下部施工，又增設(shè)了3#和4#施工支洞。隧洞為馬蹄形斷面，頂拱圓心角157°，頂拱半徑8.3 m，最大開挖斷面23.5 m×21.0 m（寬×高），導(dǎo)流隧洞上覆山體厚度146～237 m，山頂最高程533 m，坡角10.7～14.1°，圍巖為Ⅱ～Ⅲ級。

2" 特大斷面導(dǎo)流隧洞施工方案

2.1" 洞身開挖

本次導(dǎo)流隧洞的洞身開挖以起拱線為界，上部和下部分別一次起爆開挖成型，開挖過程中采用錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護。洞身爆破施工流程如下。

1）通過物理儀器測量、采樣化學(xué)分析等方法確認圍巖級別，然后設(shè)計相應(yīng)的爆破參數(shù)，包括跑巖深度、掏槽形式、裝藥密度等，以便于取得更好的爆破效果，為洞身開挖創(chuàng)造便利。

2）現(xiàn)場施工人員使用全站儀、水準儀、激光準直儀等精密儀器，參考施工圖紙確定開挖輪廓線，避免洞身開挖過程中出現(xiàn)超挖、欠挖等情況；同時標記出炮眼的位置，安排人員復(fù)核確認位置坐標無誤后準備鉆眼[1]。

3）本工程使用液壓鑿巖臺車鉆眼。導(dǎo)流隧洞上部炮眼深度3.5 m，每循環(huán)進尺3.3 m，選用直眼中空孔掏槽，掏槽眼深度較其他炮眼深0.2 m，裝藥密度為0.6 kg/m，數(shù)量為14個。另外有輔助眼80個，裝藥密度0.55 kg/m；底板眼24個，裝藥密度0.50 kg/m；周邊眼50個，裝藥密度與圍巖級別有關(guān)，具體參數(shù)見表1。

導(dǎo)流隧洞下部炮眼深度9.2 m，直徑0.06 m，相鄰炮眼的直線距離1.5 m，排距1.8 m，單位耗藥量0.66 kg/m3。

4）對于周邊眼，使用直徑為0.03 m的乳膠藥卷，采用不連續(xù)裝藥方式；除此之外的其他炮眼，采用連續(xù)裝藥、密集堵塞方式。所有炸藥裝填完畢后，采用導(dǎo)爆管毫秒雷管復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)路進行爆破。

5）為保證現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的安全性，本工程中在爆破現(xiàn)場布置了2臺軸流式通風(fēng)機，在爆破后及時通風(fēng)散煙，同時在開挖面上輔以水管噴射水霧，降低煙霧與粉塵濃度。

6）經(jīng)安全員檢查，并將殘炮與危石全部清理干凈后，施工人員駕駛側(cè)卸式裝載機清運石塊。

2.2" 洞身臨時支護

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可知，導(dǎo)流隧洞內(nèi)圍巖的整體性和穩(wěn)定性較好，采取爆破施工后可采取錨噴掛網(wǎng)聯(lián)合支護工藝，流程如下。

1）巖面處理。在爆破作業(yè)結(jié)束后，施工人員清理巖面上松動的石塊和泥土、粉塵，以便于初噴混凝土能夠與巖面牢固黏結(jié)。初噴混凝土選用C20級混凝土，分2次噴射。第一層厚度0.05 m，保證厚度均勻，無流淌現(xiàn)象；在初凝后繼續(xù)噴第二層，厚度為0.1 m。初噴混凝土的流程如圖1所示。

噴射混凝土?xí)r，要求噴嘴與巖面之間的傾斜角控制在10°左右，并且在噴嘴上接一條直徑為0.02 m、長度為0.8 m的擾料管，可以保證噴射混凝土?xí)r回彈的石子不會對施工人員造成傷害?，F(xiàn)場作業(yè)應(yīng)按照分段分塊、自上而下的順序進行，對于巖面上凹凸不平的區(qū)域要進行找平。本工程施工中，局部地段出現(xiàn)了漏水情況，施工人員采取“化線漏為點漏”的處理方式，再通過直徑為0.05 m的橡膠軟管將水引出、外排。對于滲漏部位，先噴一層干混合料，使水泥、砂與漏水融合后，再噴射混凝土，既能滿足防滲要求又可以發(fā)揮加固作用[2]。

2）鉆孔。在初噴混凝土固結(jié)后，施工人員參考圖紙在混凝土表面測量放線，確定錨桿孔的位置，并進行標記。復(fù)核孔位坐標，確保孔位偏差不超過0.01 m后，即可使用鉆機以垂直于開挖面的方式鉆孔。鉆孔直徑略大于錨桿直徑，鉆孔深度控制在設(shè)計深度的±0.03 m以內(nèi)。使用空壓機將鉆孔內(nèi)的粉塵等雜物清理干凈。

3）錨桿安裝。本工程使用脹殼式錨桿，施工人員檢查錨桿組件，確認無質(zhì)量問題后進行組裝，保證楔子可以在脹殼內(nèi)順暢滑動。

4）錨桿注漿。為了使錨桿達到加固圍巖的效果，需要在錨桿與錨孔的間隙中注滿泥漿。本工程中按照水泥1 kg、砂1 kg、水0.45 kg的比配制泥水泥砂漿，并使用注漿機將水泥砂漿灌注到錨桿孔內(nèi)。然后將錨桿插入鉆孔內(nèi)，并擰緊桿體進行固定。在水泥砂漿完全凝固前，不得碰撞和拉拔錨桿。

2.3" 鋼筋加工與安裝

本工程中利用錨桿掛鋼筋網(wǎng)的方式，提高洞身支護效果。鋼筋網(wǎng)架為現(xiàn)場加工，施工人員對照物料清單對鋼筋材料進行檢查，包括尺寸、數(shù)量等，確認無誤后清理鋼筋材料表面的油污和銹跡，對于有輕微彎曲的使用調(diào)直機進行矯直。對于銹蝕嚴重、明顯彎曲的，不得使用?？紤]到導(dǎo)流隧洞的斷面較大，使用的鋼筋網(wǎng)架無法一次性加工成型，首先在加工棚內(nèi)將鋼筋材料加工成3.6 m×3.6 m的網(wǎng)片，然后在運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行拼接、固定。在導(dǎo)流隧洞的頂拱、邊墻和底板上，均使用雙層φ30主鋼筋，底板與側(cè)墻的主鋼筋采用綁扎方式固定，并以錨入巖層0.5 m深的φ25鋼筋和與之焊連的φ25縱向骨架鋼筋定位固定[3]。為方便頂拱作業(yè)，現(xiàn)場搭建了簡易的鋼筋臺車，在底板上鋪設(shè)軌道，使用鋼筋臺車完成拱圈鋼筋的安裝。使錨桿的露出端與鋼筋網(wǎng)片相接，并在相接部位通過焊接的方式進行固定，保證鋼筋網(wǎng)片能夠牢固貼合在開挖面上。

2.4" 洞身混凝土襯砌

洞身混凝土二次襯砌是本工程的施工重點，結(jié)合導(dǎo)流隧洞襯砌斷面情況，制定了開挖與襯砌同步作業(yè)、底板混凝土最后澆筑的作業(yè)方案。洞身襯砌所用混凝土由10 m3砼車運送，經(jīng)泵送設(shè)備將混凝土送入倉內(nèi)，經(jīng)振搗密實和養(yǎng)護后完成二次襯砌施工，作業(yè)流程如圖2所示。由于底板流水面設(shè)計為仰拱圓弧形（半徑18.5 m、圓心角35.8°、底寬12.4 m），如果采用傳統(tǒng)的“蓋模法”會影響施工進度，因此本工程中選擇了敞開式澆筑方式，澆筑完畢后再使用直徑為0.02 m的鋼管滾動進行碾壓，使表面成形[4]。該方法的優(yōu)勢在于比較容易控制混凝土的坍落度，并且對泵送設(shè)備的泵送壓力要求較低，適合在導(dǎo)流隧洞內(nèi)作業(yè)。

1）施工準備。在混凝土澆筑前，現(xiàn)場施工人員參照施工圖紙檢查放樣的中線、高程及斷面尺寸等是否與圖紙一致，如果有誤差要進行調(diào)整；檢查端頭擋板是否放置合格，以及混凝土的坍落度等是否符合要求。經(jīng)檢查確認無誤后，開始進行混凝土的澆筑。

2）混凝土的澆筑與振搗。為了提高洞身襯砌效果，泵送混凝土?xí)r應(yīng)做到連續(xù)澆筑。在連接泵管之后、正式澆筑之前，可以泵送少量清水，一方面是檢查泵管密封情況，如果有漏水現(xiàn)象要及時進行封堵處理，防止后期泵送混凝土?xí)r出現(xiàn)漏漿問題；另一方面是濕潤管道，預(yù)防泵送過程中出現(xiàn)堵塞管道的情況。同時，為了避免澆筑混凝土?xí)r出現(xiàn)離析情況，應(yīng)當將管口入模高度控制在1.2 m以內(nèi)。為了加快施工效率，可以采取左右兩側(cè)對稱灌注的方式，但是需要保證2個泵管的流量一致，兩側(cè)混凝土的高差應(yīng)控制在0.2 m以內(nèi)。在混凝土澆筑至設(shè)計標高后，插入振搗器進行振搗，按照“快插慢拔、插點均勻”的原則振搗密實。另外，根據(jù)施工設(shè)計，在導(dǎo)流隧洞內(nèi)每隔15 m設(shè)置1處伸縮縫，伸縮縫內(nèi)布置塑料袋止水，在澆筑混凝土?xí)r用木方固定塑料止水帶。

3）背后回填。對于襯砌背后的一部分空隙，也要及時使用混凝土回填模式，注意不要讓回填的石塊與混凝土侵入襯砌斷面內(nèi)?？紤]到導(dǎo)流隧洞內(nèi)出現(xiàn)過滲水情況，因此在襯砌背后布置了排水設(shè)施，以便于將積水及時排出。

4）養(yǎng)護。完成混凝土澆筑后進行養(yǎng)護。檢查混凝土的強度，對于非承重擋板，要求在實際強度達到2.5 MPa后即可拆模；對于承重模板，則需要在實際強度達到設(shè)計強度的80%后方可拆模。由于本工程中所用混凝土插入了外加劑（速凝劑），因此養(yǎng)護14 d后達到拆模標準，完成拆模后繼續(xù)進行不少于7 d的灑水養(yǎng)護[5]。

2.5" 回填灌漿

在襯砌混凝土的實際強度達到設(shè)計強度的80%后，可以進行回填灌漿。利用襯砌時的預(yù)埋管進行回填灌漿，將注漿設(shè)備的管口與預(yù)埋管密封連接后，按照劃分好的灌漿區(qū)段依次進行回填。以奇數(shù)排為I序，以偶數(shù)排為II序，兩序交替回填。同一序列的孔采用推移灌漿方式，臨近的孔作為排水、排氣用，當臨近孔有漿液溢出后，使用木塞將其堵塞并移動至下一孔繼續(xù)灌漿，直到全部孔灌滿。在回填灌漿結(jié)束1周后，再進行固結(jié)灌漿。施工人員利用風(fēng)鉆在預(yù)留孔上鉆孔，使用風(fēng)機將孔內(nèi)的粉末清理干凈后，從I序孔中選擇5%的孔開展水壓試驗，根據(jù)試驗結(jié)果確定固結(jié)灌漿的具體參數(shù)。然后按照“逐段加密”的方式，從位置最低的孔開始灌漿，一直灌注到位置最高的孔。在導(dǎo)流隧洞中全部孔灌漿完畢后，先關(guān)?？卓陂l閥，等到孔內(nèi)漿液完成初凝后，再關(guān)停注漿設(shè)備。

3" 導(dǎo)流隧洞施工監(jiān)測

在導(dǎo)流隧洞開挖過程中，為保證現(xiàn)場作業(yè)人員的安全，實時掌握圍巖變形情況，需要做好動態(tài)監(jiān)測。本工程中監(jiān)測項目主要包括周邊位移監(jiān)測、拱頂下沉監(jiān)測、地表下沉監(jiān)測、圍巖體內(nèi)位移監(jiān)測等。這里以拱頂下沉監(jiān)測為例，使用工具包括水平儀、水準尺、測桿等，每隔30 m布置一個測點，在隧洞開挖后的前2周內(nèi)每天采集2次數(shù)據(jù)；在開挖后的第3～4周，每天采集1次數(shù)據(jù)；在開挖1個月后，每周采集1次數(shù)據(jù)。現(xiàn)場共布置10個監(jiān)測點，30 d內(nèi)累計沉降量35～61 mm，平均最大沉降速率2.03 mm/d。根據(jù)JTG/T 3660—2020《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》，對于Ⅱ～Ⅲ級圍巖，隧道拱頂沉降速率允許值為10 mm/d，故本工程的拱頂沉降速率在允許范圍之內(nèi)，支護效果符合要求，保證了隧洞工程和施工人員的安全。

4" 結(jié)束語

在一些大型水利樞紐工程中，經(jīng)常會遇到特大斷面導(dǎo)流隧洞?；谑┕ぐ踩褪┕みM度方面的考慮，必須要科學(xué)設(shè)計施工方案。在圍巖級別良好的情況下，通過光面爆破可以讓巖石破碎，使洞身開挖更加容易。同時，也必須考慮洞身開挖之后，拱頂臨空面失去支撐力可能會出現(xiàn)冒落、塌陷等事故，因此還要采取支護措施。錨噴掛網(wǎng)聯(lián)合支護工藝將錨桿與鋼筋網(wǎng)結(jié)合，再噴射混凝土形成了穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)，為拱頂、側(cè)壁圍巖提供了較強的支撐力，緩解了拱頂沉降和圍巖變形的壓力，保證導(dǎo)流隧洞的結(jié)構(gòu)安全，為現(xiàn)場施工的安全和高效率進行提供了保障。

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