引水隧洞支洞與主洞交接段施工技術(shù)

摘要：本文以重慶郁江馬巖洞水電站引水隧洞為例，介紹在軟弱圍巖、擠壓破碎帶、涌水等復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工支洞與主洞交接段施工技術(shù)，為今后類似地質(zhì)條件下的水電站施工支洞與主洞交接段或公路、鐵路長(zhǎng)大隧道的正洞與平導(dǎo)交接段的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：引水隧洞；支洞與主洞；交接段；施工；復(fù)雜地質(zhì)理火

1 工程概況

重慶郁江馬巖洞水電站工程位于重慶市彭水縣境內(nèi)，引水隧洞全長(zhǎng)5048.625m，內(nèi)徑6.8m，縱坡3.650‰，鋼筋混凝土圓形襯砌，襯砌平均厚度0.5～0.8m，在洞線平面上設(shè)三個(gè)施工支洞。其中1#支洞全長(zhǎng)406.35m，城門洞型斷面，斷面尺寸7×6m(寬×高)，與主洞相交處的主洞樁號(hào)為引0+509.356m，交接段設(shè)計(jì)斷面形式見(jiàn)圖1

2 交接段地質(zhì)情況

引水隧洞交接段處于擠壓破碎帶之內(nèi)，巖層由于構(gòu)造擠壓強(qiáng)烈，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖極其破碎松散，以黃粘土夾碎狀塊石為主，地下水處于飽和狀態(tài)，圍巖在地下水的長(zhǎng)期浸泡下，巖體強(qiáng)度極低，開(kāi)挖后無(wú)自穩(wěn)能力，圍巖在重力、地質(zhì)應(yīng)力以及水流沖刷的共同作用下極易形成大規(guī)模塌方，為V圍巖，施工難度較大。

3 施工方案

根據(jù)1#施工支洞開(kāi)挖支護(hù)成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)研究論證，本著交接段支護(hù)不侵占主洞村砌斷面，避免后期進(jìn)行二次擴(kuò)挖支護(hù)的原則，采用以下施工方案：

開(kāi)挖前首先采用超前小導(dǎo)管注水泥～水玻璃雙液漿固結(jié)松散巖層；抬高1#施工支洞拱頂高程至接近主洞拱頂高程位置，在支洞與主洞交接段的主洞區(qū)域內(nèi)拱部縱向(支洞中線方向)開(kāi)挖4m寬的平洞至主洞內(nèi)邊緣，對(duì)支洞K0+396.85～0+402.35段設(shè)置套拱；然后進(jìn)行交接段主洞區(qū)域內(nèi)的二期拱架支護(hù)，拱架一側(cè)支撐在支洞套拱上面，另外一側(cè)支撐在主洞內(nèi)邊緣基巖面上，既分兩期縱向、環(huán)向設(shè)置雙層拱架加固的辦法通過(guò)該地段。

4 施工方法及措施

4.1超前小導(dǎo)管注漿

交接段進(jìn)行開(kāi)挖之前，在支洞拱部設(shè)置超前小導(dǎo)管，注水泥一水玻璃雙液漿加固松散圍巖。小導(dǎo)管采用φ42×3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度3～4.0m，環(huán)向間距20cm，縱向2.5m一環(huán)，相鄰兩排導(dǎo)管搭接距離不小于1.5m，外插角5～10°。注漿終凝時(shí)間控制在1分鐘左右，水泥漿水灰比W:C=1:1～0.7:1，注漿時(shí)水灰比從1:1由稀到濃逐級(jí)變換到0.7:1，水泥漿與水玻璃的體積比Vc：Vs=1:1，水玻璃模數(shù)M=3.1～3.4，玻美度Be’=40，注漿壓力0.5～1.0Mpa。

4.2漸變段施工

為滿足交接段拱部平洞施工和車輛通行要求，對(duì)1#施工支洞斷面逐漸加寬、加高，使交接處的施工支洞拱頂高程接近主洞拱頂高程。共分兩個(gè)階段漸變。

(1)從支洞樁號(hào)K0+391.85開(kāi)始進(jìn)行第一階段漸變，至樁號(hào)K0+396.85結(jié)束，長(zhǎng)度共計(jì)5m，斷面由原設(shè)計(jì)7×6m(寬×高)變化到7×7米(寬×高)，支洞高度抬高100cm。

(2)從支洞樁號(hào)K0+396.85開(kāi)始進(jìn)行第二階段漸變，至樁號(hào)K0+402.35結(jié)束，長(zhǎng)度共計(jì)5.5m，斷面由7×7m(寬×高)變化到8×8.11m(寬×高)，支洞高度再次抬高110cm，斷面寬度加大1.0m。

4.3平洞施工(一期開(kāi)挖支護(hù))

從支洞K0+402.35開(kāi)始進(jìn)入主洞施工區(qū)域，為防止掌子面失穩(wěn)，對(duì)支洞樁號(hào)K0+402.35斷面處的掌子面兩側(cè)邊墻各2m部位進(jìn)行噴射混凝土封閉(圖2陰影部分)，厚度20cm。進(jìn)入主洞區(qū)域后，從支洞拱頂開(kāi)始進(jìn)行平洞施工，對(duì)支洞樁號(hào)K0+402.3～0+410.95段拱頂部位按照4m寬的方型斷面進(jìn)行一期開(kāi)挖支護(hù)(見(jiàn)圖2所示)，開(kāi)挖高度隨進(jìn)尺不斷改變，以不侵占主洞襯砌斷面為原則。

4.4套拱及橫梁施工

由于支洞最大斷面達(dá)到8×8.11m(寬×高)，為確保施工安全，對(duì)支洞K0+396.85～0+402.35段設(shè)置套拱，提高該段抗變形能力，為施工方便。套拱拱部采用掛模噴射混凝土方式施工，套拱內(nèi)設(shè)工字鋼(工18)拱架，間距50cm／榀，噴射混凝土厚度30cm。在樁號(hào)K0+402.35套拱上面設(shè)置橫梁，橫梁采用2根工字鋼(工18)并排焊接而成，橫梁與套拱工字鋼之間焊接工字鋼(工16)支撐，增加橫梁剛度和穩(wěn)定性，為增加套拱拱架承載能力，橫梁下面套拱工字鋼采用2組拱架(工18)焊接成一體。

4.5交接段主洞二期支護(hù)施工

套拱施工完畢后，在主洞已經(jīng)開(kāi)挖完畢的4m寬平洞內(nèi)設(shè)置環(huán)向拱架支撐，拱架一側(cè)支撐在支洞套拱橫梁上面，另外一側(cè)支撐在主澗內(nèi)邊緣基巖面上，支護(hù)措施為：工字鋼(工18)拱架間距50cm／榀，延拱架內(nèi)外環(huán)向設(shè)置φ20mm縱向連接鋼筋，環(huán)向間距50cm，拱架后面設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋采用φ6.5mm圓鋼，網(wǎng)格尺寸15×15cm，拱墻設(shè)置鎖角錨桿，錨桿長(zhǎng)度4.5m，環(huán)向間距2m，環(huán)向拱架固定后，對(duì)環(huán)向拱架與一期平洞拱架之間設(shè)置工字鋼支撐，噴射混凝土厚度20cm，然后對(duì)平洞一期支護(hù)邊墻工字鋼拱架拆除，詳見(jiàn)見(jiàn)圖3所示。

4.6套拱與一期支護(hù)間空隙回填

對(duì)支洞套拱與一期支護(hù)之間的空隙采用噴射C20混凝土回填密實(shí)，施工時(shí)采取分層噴射的辦法，每層厚度不超過(guò)30cm，回填完畢后，對(duì)套拱段進(jìn)行徑向小導(dǎo)管注漿固結(jié)，使套拱、原一期支護(hù)和回填的噴射混凝土形成整體，增強(qiáng)其共同抵抗變形能力。

4.7主洞上下游施工

在形成主洞施工工作面后，分別對(duì)主洞上下游按照半徑4.4m進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)，為防止下沉量過(guò)大和后期進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)時(shí)侵占襯砌斷面，對(duì)該段預(yù)留20cm沉降量。上游開(kāi)挖至引0+500.356，下游開(kāi)挖至引0+518.356后恢復(fù)至設(shè)計(jì)斷面。

4.8開(kāi)挖

在支洞和主洞施工過(guò)程中。每循環(huán)注漿完畢后，為防止開(kāi)挖擾動(dòng)和支護(hù)時(shí)發(fā)生掌子面失穩(wěn)引起牽引性坍塌，開(kāi)挖采取上下臺(tái)階、預(yù)留核心土環(huán)形開(kāi)挖法施工，以人工開(kāi)挖為主，機(jī)械開(kāi)挖為輔，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。每個(gè)部位開(kāi)挖完畢后立即噴射5cm厚度的混凝土封閉，及時(shí)施做初期支護(hù)。

4.9排水孔

為減小地下水對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的滲透壓力，降低地下水位線，確保一期支護(hù)的施工安全，支護(hù)完畢后對(duì)兩側(cè)邊墻和拱部設(shè)置直徑φ50mm、長(zhǎng)度L=3m、環(huán)向間距1m，縱向排距1m、仰角10°、梅花型布置的排水孔。

4.10圍巖量測(cè)

交接段要嚴(yán)格進(jìn)行圍巖量測(cè)，每格3m建立一組圍巖量測(cè)點(diǎn)，在一期支護(hù)完成后，套拱施工前，每隔5小時(shí)量測(cè)一次，其目的是將量測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋，使圍巖活動(dòng)出于有效的監(jiān)控之下，及時(shí)掌握圍巖的動(dòng)態(tài)以及支護(hù)工作狀態(tài)。量測(cè)數(shù)據(jù)顯示，交接段拱頂下沉最大值8.7cm，水平收斂最大值5.8cm，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)達(dá)到了安全施工的目地。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)馬巖洞水電站引水隧洞1#施工支洞與主洞交接段施工，體會(huì)如下：

(1)在水電站建設(shè)中，復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工支洞與主洞交接地段按照此方案施工，切實(shí)可行，施工方便，是一種實(shí)用、有效的方法，可在今后施工中推廣應(yīng)用。

(2)在地質(zhì)條件較差的公路、鐵路長(zhǎng)大隧道的正洞與平導(dǎo)交接段施工，也可參照上述方案施工。

(3)該方案得到了業(yè)主和設(shè)計(jì)部門的高度評(píng)價(jià)。取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(4)交接段是整個(gè)工程施工的重要部位。施工成敗的關(guān)鍵是施工方案是否合理，因此，根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定切實(shí)可行的施工方案非常重要。