濰坊市引渠入白夏家溝隧洞工程施工技術研究＊

邢國起,杜曉紅,林明華

(1.濰坊學院,山東 濰坊 261061;2.山東浩博水利建設有限公司,山東 濰坊 261041)

1 工程概況

引渠入白工程是濰坊市2010年的重點水利項目之一,該工程的建設不僅能夠緩解沿線群眾灌溉及生活用水的矛盾,同時也為該市市區開辟一條新的水源。該工程是利用安丘市南水北調干渠,將安丘市南部渠河水引入沿途于家河、下株梧、共青團、尚莊等四座水庫調蓄后至牟山水庫,再經過十公里牟山水庫北干渠和引牟入白隧洞,將渠河水調至白浪河水庫的跨流域多庫串聯調水工程。夏家溝隧洞是引渠入白重要的節點工程,全長1720m,是從李家溝攔河壩向于家河水庫調水的唯一通道。當初興建時,由于工程資金問題,施工時除隧洞兩端封口各襯砌60m外,其余洞身未做襯砌,內壁巖石長期暴露在空氣及水中,致使巖石中的裂縫紋理擴大,巖石風化松軟,多處石隔夾層冒頂塌方,屢次造成調水中斷。清理維護時,工程技術人員制定了相應的維修加固方案,由于清渣時進洞深、運距遠、工程量大、水中作業、照明不便、場地狹窄、不安全因素多造成施工難度大,加上資金短缺,每次處理時只能將塌方的石渣一部分勻鋪在洞身底部,一部分運往洞外,一直沒能從根本上解決隧洞淤堵的問題,尤其是由于隧洞的坍塌,致使調水能力僅能達到原設計流量的一半左右。本次工程是把塌方全部清除,洞內全斷面采用混凝土、鋼筋混凝土襯砌加固,確保整體工程達到設計要求。

2 施工總體布置[1]

2.1 總體布置原則

施工平面布置應遵循便于施工、方便生活、少占農田、利于環保、緊湊合理、安全可靠的原則進行布置。

2.2 具體布置

本工程交通道路、沙石料場布置盡量不占和少占耕地。

(1)砼工程的砼拌和站、砂石料場、水泥倉庫、鋼筋廠、木材廠等臨時設施,盡量設在距民房稍遠地方,以免施工中產生噪音影響附近村民。

(2)土石方工程:開挖及塌方清運可就近堆存于進出口附近,施工結束后就地整平,如需外運,外運距離不應超過1Km。

(3)施工管理與生活設施:主要包括施工管理人員的辦公室、實驗室、職工宿舍、食堂等,盡量就近租用民房。

(4)施工臨時道路:本工程現狀基本不具備交通條件,需新修施工道路,進出口各1.5Km,進出口之間2.0Km,路面寬7米,路面為20cm厚砂礫石,施工期間應及時維修維護,且過河段應埋設管道,管道設計過水能力10 m3/s。

(5)工程用電以公共用電為主(需新架設高壓輸電線路2km,購置100KVA箱變2臺),可同時安裝發電機組備用。施工用水就近采用水泵從水庫內抽水,拌合場內可磚砌儲水池存水,生活用水從附近村莊內取水。

(6)施工排水:施工期間排水主要為降雨后山頂匯集的雨水,由于進出口均處于匯水溝附近,因此需開挖排水溝將水引至山溝河槽內,排水溝開挖底寬2米,邊坡1:1,溝深1.5米,進口開挖長度100米,出口50米。

(7)臨時占地及補償:進出口各臨時占地12畝(暗渠拆除及施工料場等);需對進出口及臨時道路沿線房屋及樹木、青苗進行補償。

3 隧洞施工條件

3.1 水文氣象條件

工程項目區屬暖帶季風氣候,春季干燥多風,夏季炎熱多雨,秋季先雨后旱,冬季寒冷少雪。雨年內分配差異較大,干濕季節明顯,多年平均氣溫12.1℃,最高氣溫39℃,最低氣溫-20℃,歷年平均無霜期193天,最長226天(1977年),最短166天(1979年)。

山東省規定十二月一日至次年三月三日為冬季施工期,該期間砼工程和漿砌石工程應采取保溫措施。

3.2 交通條件

項目區處于安丘南部山區,道路崎嶇,相對北部來說交通比較困難。因此在施工前應全面察看現場,確定最優的施工交通路線。

3.3 水電條件

項目區大都緊鄰村莊、鄉鎮,水電可就近協商解決,按量計費。也可以搞自發電,以滿足生產、生活需要。

3.4 建材供應

本工程主要材料是塊石、水泥、砂子、鋼筋,這些原材料,按就近采購的原則,濰坊本地基本都能滿足。

4 施工方法[2]

4.1 土石方工程

土石方工程主要包括:洞內塌方清運以及臨時工程中土方的填筑與拆除。洞內塌方需人工裝車,小型自卸車外運。土方回填采取推土機推運,拖拉機壓實,部分人工分層夯實。

4.2 護砌工程

本工程的護砌工程主要是原暗渠部分的漿砌塊石拆除后襯砌恢復,進口需拆除恢復80米長,出口50米。襯砌施工方法如下:

施工前應先清理施工工作面,低洼處回填土料夯實。采用人工砌筑,水泥砂漿采用灰漿攪拌機拌制,人工膠輪車運輸至工作面。進場后的石料,采用人工選修后搬運就位。砌筑石料應選擇材質均勻、無風化裂痕,砌筑時必須平整、穩固、密實、錯縫合理,嚴格控制勾縫質量,勾縫必須嚴密飽滿,水平縫順直。砌石工程施工應嚴格遵守《砌體工程施工及驗收規范》(GB50203-98)。砌體外露面,在砌筑后12—18h之間進行養護,經常保持外露面的濕潤,養護時間為14天。砌筑24h進行清縫,縫寬不小于砌縫寬度,縫深不小于縫寬的2倍,勾縫前將槽縫沖洗干凈,不留灰渣和積水,并保持濕潤,用425#普通硅酸鹽水泥拌制勾縫砂漿,進行勾縫。勾縫砂漿采用細砂和較小的水灰比,灰砂比控制在1:1—1:2之間,并浸濕物覆蓋,在養護期間經常灑水,使砌體始終保持濕潤狀態。

4.3 混凝土及鋼筋混凝土工程

本工程混凝土拌和采用0.4m3攪拌機攪拌,攪拌機的進料及出料均采用手推膠輪車運輸,混凝土采用人工平倉,插入式振搗器振搗,人工灑水養護。

5 隧洞施工方案[3-5]

針對夏家溝隧洞存在的上述問題,對其進行了工程設計,主要是對隧洞進行混凝土和鋼筋混凝土襯砌。夏家溝隧洞全長1720米,在南水北調工程建設時,隧洞開挖后襯砌了進出口各60米共計120米,剩余1600米沒有襯砌。近十五年來運行后,洞內坍塌嚴重,已嚴重影響了隧洞的過水能力和工程的運行。本次工程方案擬對隧洞進行全斷面襯砌。

夏家溝隧洞采用城門洞形式,設計過水能力6.6m3/s,比降1/1000。毛洞底寬3.4米,直墻高2米,拱頂采用半徑1.7米半圓。襯砌的隧洞設計底寬2.8米,直墻高1.7米,拱頂為半徑1.4米半圓。

隧洞襯砌采用C30砼襯砌。由于現狀隧洞進出口均連接暗渠,且隧洞處于運行當中,對洞內現狀情況無法了解具體,結合以往隧洞工程設計,本次設計共考慮了3種支護方案及3種襯砌方案。

5.1 隧洞支護方案

本工程在施工過程中,如成洞地質條件較好,巖石堅固、穩定,可整形后直接襯砌,而當洞內巖石風化較嚴重時,采用噴射砼支護,噴射厚度6cm,詳見圖1。

如洞內巖體有局部破碎帶,則采用錨桿支護。錨桿為φ18,單根長2米,每平方一根,詳見圖2。

如洞內巖體有斷層或破碎帶,則采用錨桿加φ6鋼筋網噴砼支護,詳見圖3。

圖1 支護設計斷面圖(一)

圖2 支護設計斷面圖(二)

圖3 支護設計斷面圖(三)

5.2 隧洞襯砌方案

本工程對開挖斷面進行現澆整體式砼襯砌,砼強度等級C30,防滲等級W 6,抗凍等級F150。襯砌砼厚度:底板、直墻和拱頂厚均為0.3米。

5.2.1 襯砌斷面設計

隧洞現狀斷面如圖4所示。本次襯砌根據不同的洞內巖體情況共設計3種襯砌斷面。

當洞內巖體穩定,巖石條件較好時,直接澆筑砼襯砌,詳見圖5。

當洞頂有較大坍塌而不能通過回填灌漿處理時,則用槽鋼做支撐,用M 10漿砌石填充后再澆筑砼襯砌,詳見圖6。

當洞內巖體有斷層或明顯的破碎帶時,采用鋼筋砼襯砌,詳見圖7。

圖4 隧洞現狀斷面圖

圖5 襯砌設計斷面圖(一)

圖6 襯砌設計斷面圖(二)

圖7 襯砌設計斷面圖(三)

5.2.2 材料

水泥可采用普通硅酸鹽水泥、礦碴硅酸鹽水泥和火山灰硅酸鹽水泥,水泥標號不低于425#。砂子盡量采用河砂,細度模數在2—3為宜。選擇好材料,按設計要求和規范規定,通過試驗選定合適的混凝土配合比。

5.2.3 襯砌

砼的拌合采用機械拌合,嚴格按配比控制材料用量,并至少每月校正一次稱量設備。砼的拌合設在洞外,運輸過程中盡量縮短距離,減少倒運次數,在運輸過程中,應保證砼不受凍、不受雨淋、不受暴曬,途中損失的坍落度不得超過3%。如在途中發生離析現象,在澆筑前應進行二次拌合。拱部砼的澆筑從兩側拱腳開始,分層進行,兩側要同時進料均衡上升,以使拱架受力均勻,防止偏移。為保證拱部襯砌的整體性,必須連續澆筑,中途不能停頓,一次澆成。砼的震搗必須采用機械。超挖部分如超挖寬度小于0.15m,則全部采用同標號砼回填,如大于0.15m,則先用漿砌石砌筑,后再進行砼襯砌。在連續兩塊砼澆筑的工作面相遇部位,可在頂部留出0.4m方形缺口,將四周鑿毛,然后用活底木盒法將缺口封底。隧洞襯砌完成8-10小時即開始灑水養護,養護時間不小于14天。

5.2.4 分縫:包括橫縫和縱縫

橫縫包括伸縮縫和工作縫。

(1)伸縮縫:隧洞襯砌在圍巖穩定情況下,可采用“先墻后拱”法施工,橫向每6米設伸縮縫一道,縫寬2cm。在圍巖不穩定情況下,采用“先拱后墻”法施工,橫向伸縮縫間距15米?？p內均填2cm橡塑板。

(2)工作縫:各澆筑環節之間的橫向工作縫不做特殊處理。直墻、底板、頂拱的環向分縫不得錯開布設。縱縫主要是工作縫,應按規范要求,設鍵槽或插筋,以保證襯砌的整體性。

5.3 回填灌漿

回填灌漿設計壓力為0.3M Pa,灌漿孔全部布設在頂拱上,回填灌漿孔深入圍巖0.1米。

5.3.1 灌漿范圍及原則

根據《水工隧洞設計規范》(DL/T 5195-2004)中的要求,本隧洞回填灌漿的范圍,確定在頂拱中心角120°以內,長度為襯砌段隧洞全長。

5.3.2 主要動力設備

灌漿過程中,使用的主要設備為:(1)風動式鉆機及φ50mm硬合金(金鋼石)鉆頭;(2)高速攪拌機(帶篩網);(3)多缸活塞式水泥砂漿泵及高壓送、排漿泵。

5.3.3 材料要求

水泥采用普通硅酸鹽水泥,回填灌漿水泥標號不低于325#。砂質量按規范規定,細度模數不宜大于20,粒徑不宜大于2.5mm。

5.3.4 施工方法

灌漿孔距采用2米,沿頂拱半圓弧均布,中間一排,對稱左右各一排,每排孔錯開布設,造孔內徑50mm,回填灌漿孔深入圍巖0.1米,在同一地段灌漿時應先進行回填灌漿,一般要灌二次,二次的間隔時間不小于48小時?；靥罟酀{選用水泥砂漿,其摻砂量不宜大于水泥重量的2倍?；靥罟酀{采用4個重量比級(1:1,0.8:1,0.6:1,0.5:1)。回填灌漿在規定壓力下,至灌漿孔停止吸漿結束。本工程灌漿,全部為倒孔灌漿,灌漿停止前,應先將孔口閘閥關閉后再停機,待孔內無返漿時方可拆除。

5.3.5 試驗與質檢

回填灌漿的檢測,宜在以上工段結束后7天進行,按設計壓力向孔內注入2:1的水灰漿液,若在10分鐘內,耗漿量小于10升,即為合格。

5.4 其它

由于隧洞進出口均接有暗渠,為方便隧洞施工,需對部分暗渠拆除,待隧洞施工完畢后按原暗渠斷面予以恢復,進口需拆除恢復80米長,出口50米。

6 結束語

本工程通過對隧洞采取支護方案及襯砌方案,可有效解決了夏家溝隧洞過水能力不足的問題,同時確保整體工程安全有效的運行,從而達到6m3/s設計過水能力。安丘市南部有著豐富的水源,該工程的實施有著很好的社會效益、經濟效益,因此為使該工程發揮其最大效益,有必要對其進行維修、加固,使安丘市乃至整個濰坊市受益。

[1]唐檢軍.超長隧洞開挖若干問題的探討[J].中國水運,2010,10(1):168-170.

[2]GB50203-98,砌體工程施工及驗收規范[S].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[3]李順平.湟水北干渠隧洞混凝土施工工藝和方法[J].甘肅水利水電技術,2010,46(2):63-65.

[4]孫景榮.水工隧洞開挖過程中的塌方處理[J].吉林水利,2010,(1):56-59,61.

[5]DL/T 5195-2004,水工隧洞設計規范[S].北京:中國電力出版社,2004.