水利工程隧洞施工技術探討

蔣湖全　熊佐明

摘要:文章主要從隧洞開挖、隧洞支護與襯砌、圍巖的開挖與支護、錨桿的施工技術、混凝土襯砌、噴混凝土、隧洞灌漿等幾個方面,探討隧洞施工中的技術問題。

關鍵詞:水利工程;隧洞施工;施工技術

1隧洞開挖

隧洞進、出口的邊坡開挖要按照所設計的洞臉開挖坡比進行,進、出口洞臉和兩側邊坡宜避免邊坡開挖,當無法避免時,要邊開挖邊支護;隧洞橫斷面的最小尺寸,一般情況下,圓形斷面的內徑不宜小于1.8 m,非圓形斷面的高度不宜小于1.8 m,寬度不宜小于1.5 m,可采用掘進機、架鉆臺車、鋼模臺車等較大型設備施工,但其斷面尺寸應通過技術經濟分析確定;為了確保施工安全及建筑物的安全,隧洞進洞之前,最好先施工洞外建筑(明洞或暗渠),穩定洞臉及提高洞口施工的安全系數;水利工程隧洞施工規范規定,洞室開挖嚴禁欠挖,控制超挖,徑向超挖值不大于10 cm,且所有松散巖塊要徹底清除,超挖回填必須用同標號混凝土回填,且不予計量。

2隧洞支護與襯砌

隧洞支護形式與圍巖類別、隧洞的工況、隧洞的大小、開挖形式及支護的材料和設備有著密切的關系。其開挖方式一般為全斷面開挖、上下臺階開挖、先導洞開挖和眼鏡法開挖等多種形式。其支護手段一般為:噴混凝土、錨噴混凝土、錨網噴混凝土、錨網結合鋼支撐(或格柵鋼架)噴混凝土、混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌等。針對軟弱破碎喂巖,為確保施工安全,常常在掌子面進行超前預支護,其方法一般包括,超前錨桿、超前小導管、管棚、預襯砌、水平高壓旋噴壓注、圍巖注漿等手段。另外對特殊洞段宜采用超前管棚、預注漿及鋼拱架支撐等特殊支護措施。

隧洞襯砌形式與斷面形狀和尺寸、運行條件、內水壓力、圍巖條件(覆蓋厚度、圍巖分類、承擔內水壓力能力、地下水分布及連通情況、地質構造及影響程度)、防滲要求、支護效果、施工方法等因素有著密切的聯系,其襯砌一般為平整襯砌、單層襯砌、錨噴襯砌、混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌和預應力混凝土襯砌(機械式或灌漿式);當隧洞在穿過斷層、軟弱破碎帶以及和豎井交接處時出現較大的相對變位時,襯砌需要加厚應設置橫向變形縫,圍巖地質條件比較均一的洞身段只設施工縫;根據澆筑能力和溫度收縮等因素確定沿洞線的分段長度,一般采用6～12m底拱和邊拱,頂拱的環向縫不得錯開。

3隧洞圍巖的開挖與支護

①隧洞V類圍巖。Ⅴ類圍巖選擇上導洞先進、兩側面跟進的環形開挖法,采用噴鋼纖維混凝土及掛網;在隧洞進口區明挖支護完畢后,進行隧洞開挖,采用大斷面開挖;隧洞開挖炮孔布置,施工時的爆破參數應根據現場爆破試驗確定。②隧洞Ⅲ-Ⅳ類圍巖。Ⅳ類圍巖采用上部臺階先進的分部開挖法,要求短進尺,弱爆破、多循環。可采用掛網錨噴;采用全斷面開挖;鉆孔深度3.50 m,循環進尺3.20 m,開挖炮孔布置,施工時的爆破參數應根據現場爆破試驗確定。③隧洞Ⅱ類圍巖。隧洞Ⅱ類圍巖的開挖采用全斷面開挖;鉆孔深度3.50 m,循環進尺3.20 m,開挖炮孔布置,施工時的爆破參數應根據現場爆破試驗確定。

4錨桿的施工技術

根據設計要求和喂巖情況確定孔位,并做出標記,開孔位置允許偏差為10 cm;鉆孔前要選好鉆頭尺寸,采用“選注漿后插桿”的程序,鉆頭直徑應比錨桿直徑大15mm以上,若采用“先插桿后注漿”的程序,孔口注漿時,鉆頭直徑比錨桿直徑大25 mm以上,孔底注漿時,鉆頭直徑應比錨桿直徑大40 mm以上;而鉆孔的深度則由不同的錨桿而有不同的規定;在鉆孔結束后,應清除干凈孔內的巖粉和積水;在IV類、V類圍巖及特殊地質圍巖中開挖的隧洞,應根據現場情況先噴湖擰土或掛網噴混凝土,再安裝錨桿,為防止塌孔,應在錨桿孔鉆完后及時安裝錨桿桿體,當成孔困難時,可采用自鉆式注漿錨桿或管式錨桿。

5隧洞混凝土襯砌

水利隧洞混凝土有抗滲要求,混凝土粗骨料一般要求雙級配及以上;在襯砌時,單層鋼筋混凝土襯砌厚度不宜小于250 mm,雙層鋼筋混凝土襯砌厚度不宜小于300mm;鋼筋混凝土襯砌從隧洞中間伸縮縫處開始襯砌,按照設計分倉澆筑,且混凝土澆筑要連續,從攪拌站把混凝土用罐車運至澆筑段,直接卸入混凝土泵(HB30)料斗內,經導管由模板下料口入倉,水平分層鋪料,厚度不大于50 cm,下料由底拱開始,兩側均勻下料,逐漸升高至邊頂拱。采用2.2 kW 軟軸插入式振搗器振搗密實,要求將混凝土內的空氣引出,振搗器垂直插入干層5 cm～10cm ,并做好封倉處理;一旦因故混凝土澆筑中斷,要將已澆筑混凝土頂頂面鑿毛,鋪2～3 cm厚砂漿方可繼續澆筑,若在加大水位以內出現施工冷縫,此段混凝土視報廢產品,要求返工。

6隧洞噴混凝土

應根據工程量、進度要求、工藝流程等條件選擇噴射機,優先選用濕式噴射機,則其對所用的黃砂對細度模數、含泥量及含水量要求較高,施工時應嚴格把好黃砂質量關。噴射混凝土前,應清除開挖面的浮石和墻角的石渣、堆積物,用高壓風水將受噴面沖洗干凈,對于遇水易潮解、泥化的巖層,應用高壓風清掃巖面。隧洞噴射混凝土施工時,按先底拱—邊拱—頂拱的順序分段、分次進行,噴射進行,各段間的結合部和結構的接縫處要做好妥善處理,不得存在漏噴部位。噴頭與受噴巖石面垂直,螺旋式噴射,噴射距離控制在0.6～1.2 m。一次噴射厚度控制在5cm左右,第一層噴射混凝土終凝后,第二層噴射應在前一層噴射混凝土終凝后進行,直至達到設計厚度,如遇終凝超過1 h,則用高壓水沖洗干凈后,再進行第二層噴射。噴混凝土終凝2h后即進行噴水養護,一般工程不得少于7d的養護,重要工程不得少于14d的養護。當氣溫底于50℃時,不得噴水養護,必要時還需采取保溫防凍措施。

7隧洞灌漿

混凝土及鋼筋混凝土襯砌的頂部(頂拱),必須進行回填灌漿,目的是充填混凝土襯砌與拱部巖面的空腔,防止通水后拱部塌方砸壞拱圈,危及供水;而回填灌漿的范圍、孔距、排距、灌漿壓力及灌漿濃度等都和隧洞的襯砌結構型式、運行條件等有著密切的聯系;回填灌漿的范圍宜在頂部或頂拱中心角900～1200°以內,孔距和排距宜為2～6 m,灌漿壓力應視混凝土襯砌厚度和配筋情況確定;對混凝土襯砌可采用0.2～0.8 MPa;對鋼筋混凝土襯砌可采用0.3～0.5 MPa;灌漿孔應深入圍巖50 mm以上;灌注要分區段進行,且要分兩個次序進行,后序孔為頂孔,先灌一序孔,后灌二序孔,施工應自低的一段開始,向較高的一段堆進,同一區段的同一次序孔可全部或部分鉆孔后在灌漿,也可單孔分序鉆金和灌漿;當隧洞襯砌遇有圍巖塌陷、溶洞、較大超挖等情況時,施工時應在該部位頂部頂拱預埋灌漿管及排氣管;隧洞封堵體頂部也要進行回填灌漿,封堵體其他周邊與圍巖間以及由于各種原因張開的縫隙均應做接觸灌漿;封堵段圍巖的固結灌漿可根據圍巖條件作用水頭大小以及封堵體型式研究決定。

綜上所述,文章通過對水工隧洞施工技術的介紹,我們對其有了初步的了解。但由于每一個水利工程隧洞的施工技術受所實施的工程狀況、環境、地質、圍巖等不同情況的影響,則其具體的施工技術也會有所不同,所以在具體的工程施工時,應結合具體的情況和施工能力形成具體的施工技術,提高施工技術的水平。

參考文獻:

[1] 劉英麗,劉曉娟,趙文海.隧洞施工技術方法探討[J].黑龍江水利科技,2008,36(4).

[2] SL279-2002,水工隧洞設計規范[S].