廈門(mén)蓮花水庫(kù)灌溉隧洞開(kāi)挖施工要點(diǎn)初探

1 工程概述

蓮花水庫(kù)工程灌溉隧洞位于副壩左岸，全長(zhǎng)283.904m，城門(mén)洞型結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖斷面尺寸為2.1m*2.4m，襯砌成型后過(guò)水?dāng)嗝鏋?.5m*1.8m，出口段采用Φ800的鋼管和錐閥室連接，整個(gè)洞身處在V類(lèi)圍巖中，隧洞埋深在4-12m之間，整個(gè)洞身均處在地下水位以下，洞身段圍巖為2類(lèi)，一類(lèi)是沙性高嶺土，一類(lèi)為強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖。其中沙性高嶺土圍巖基本特性含水量高，透水性強(qiáng)，自身的穩(wěn)定性比較差，遇水極易軟化和崩解，成流塑狀。主要工程量見(jiàn)表1。

表1 主要工程量表

2 施工方法

隧洞施工按新奧法原理采用全斷面掘進(jìn)施工，本著“先排水、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、及時(shí)支護(hù)”的施工原則，適時(shí)根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方法。出口段由于條件特殊采用注漿固結(jié)方法進(jìn)洞施工。

根據(jù)隧洞地勘資料隧洞0+000—0+085及0+200—0+278為含水量較大的土質(zhì)地層，故采取在主體襯砌結(jié)構(gòu)外采取拱架及側(cè)墻超前錨桿、初噴、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、復(fù)噴等進(jìn)行初期支護(hù)。

隧洞0+085—0+200為含水量較小的土質(zhì)及巖石地層，故采取初噴、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、復(fù)噴等進(jìn)行初期支護(hù)(在滿(mǎn)足安全的前提下，減少超前錨桿施工，加快施工進(jìn)度)。

2.1 出口段超前導(dǎo)管注漿固結(jié)支護(hù)

(1)洞臉施工。出口段洞臉施工邊坡坡比取1∶1自然邊坡，洞臉邊坡開(kāi)挖形成后，進(jìn)行鎖口和洞臉支護(hù)施工。鎖口采用I14工字鋼拱架和?48無(wú)縫鋼管形成鋼拱架和小導(dǎo)管鎖口，小導(dǎo)管長(zhǎng)度4.5米，間距20cm，采用雙排小導(dǎo)管，排距30cm梅花形布置。完成小導(dǎo)管和拱架施工后，接著進(jìn)行洞臉掛網(wǎng)噴護(hù)，鋼筋網(wǎng)采用?6@20，噴砼厚度不小于15cm，將洞臉進(jìn)行封閉。

(2)注漿導(dǎo)管施工原理。超前小導(dǎo)管注漿的基本原理是在工作面周邊按一定角度將小導(dǎo)管打(鉆、壓)入地層中，借助注漿泵的壓力，使?jié){液通過(guò)小導(dǎo)管滲透，擴(kuò)散到地層孔隙或裂隙中，以改善土體物理力學(xué)性能，這樣既可止水又可在工作面周?chē)梢粋€(gè)承載殼——地層自承拱，同時(shí)管體又可起到超前錨桿的作用，從而達(dá)到增加土體的自穩(wěn)時(shí)間、提高開(kāi)挖面地層自穩(wěn)能力、限制地層松弛變形的目的。

(3)注漿導(dǎo)管施工工藝。滲入性注漿，對(duì)于具有一定孔隙或裂隙受擾動(dòng)或破壞的圍巖，在注漿壓力作用下，漿液克服流動(dòng)的各種阻力，滲入圍巖的孔隙或裂隙中，達(dá)到地層加固的目的。劈裂、壓密注漿，對(duì)于致密的土質(zhì)地層，在較高的漿液壓力作用下，裂隙被擠開(kāi)，使?jié){液得以滲入，形成脈狀水泥漿脈，漿液在圍巖分布形成以鋼管為主干的樹(shù)枝，凝固后的漿液挾持、網(wǎng)罩被壓密的土體，起到固結(jié)作用。形成了管棚與固結(jié)聯(lián)合的超前支護(hù)體系，提高巖體自身的穩(wěn)定性，抑制圍巖松弛變形，增強(qiáng)了施工的安全性(見(jiàn)圖1)。

圖1 注漿導(dǎo)管布置示意圖

(4)注漿導(dǎo)管施工。超前注漿導(dǎo)管采用φ42熱軋鋼無(wú)縫花管，壁厚3mm。小導(dǎo)管環(huán)向間距20cm，每環(huán)41根，每根長(zhǎng)3.5m。外插角一般為5°～7°，縱向間距2m，搭接長(zhǎng)度不小于1m;采用水泥砂漿(水灰比0.5～1)灌注;當(dāng)圍巖破碎，巖體止?jié){效果不好時(shí)，可采用水泥-水玻璃雙液漿。

圖2 小導(dǎo)管構(gòu)造圖

(5)注漿小導(dǎo)管制作。小導(dǎo)管采用外徑φ42mm，壁厚3mm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管前端作成尖錐狀，尾部焊接φ6加筋箍，以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部開(kāi)裂，影響注漿管聯(lián)接，尾部長(zhǎng)度不小于30cm，作為不鉆孔的止?jié){段。管壁四周鉆四排φ6mm孔，孔間距10～20㎝，呈梅花型布置(見(jiàn)圖2)。

(6)工作面封閉。為了防止小導(dǎo)管注漿時(shí)漿液沿隧洞掌子面滲漏，需做止?jié){墻封閉開(kāi)挖面，止?jié){墻采用噴射砼方法制作，噴砼厚度為5cm。

注漿固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度后，進(jìn)行洞挖，洞身開(kāi)挖施工采取含水較大的土質(zhì)地層的初期支護(hù)方案洞施工。

2.2 含水量較大的土質(zhì)地層的初期支護(hù)

(1)錨桿施工。洞身開(kāi)挖前進(jìn)行超前錨桿施工，錨桿采用Φ25的鋼筋，長(zhǎng)3.5米，外露50cm，間距20cm，側(cè)向應(yīng)施打到底部，作為鎖角錨桿與鋼拱架進(jìn)行焊接。每進(jìn)尺50cm進(jìn)行新一排錨桿施打。錨桿施工時(shí)選用有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員，在造孔或打入錨桿的過(guò)程中保證各錨桿要相互平行，深度要一致，錨桿底均落在同一斷面上。施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員按“平、直、齊”的要求對(duì)錨桿進(jìn)行檢查，對(duì)不符合要求的超前錨桿要重新施工(見(jiàn)圖3)。在隧洞側(cè)墻底部?jī)蓚?cè)施打排水花管各3根，排水花管參數(shù)與超前錨桿一直，并代替部分超前錨桿。

圖3 超前錨桿示意圖

(2)洞身開(kāi)挖。根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)確定洞口中心線(xiàn)并采用圓鋼上口做標(biāo)記的方式做好永久控制點(diǎn)，后期施工采用激光經(jīng)緯儀對(duì)灌溉隧洞的中心線(xiàn)進(jìn)行控制，每施工3m復(fù)核一次，及時(shí)糾偏。洞內(nèi)開(kāi)挖順序上、下導(dǎo)洞分臺(tái)階開(kāi)挖。先開(kāi)挖上部分，從拱肩部位開(kāi)始，用人工左右交替開(kāi)挖，交替進(jìn)尺不大于0.5m。由于圍巖自穩(wěn)時(shí)間極短，開(kāi)挖后及時(shí)初噴5cm厚的混凝土支護(hù)。上導(dǎo)洞開(kāi)挖噴護(hù)后及時(shí)立拱，并做好臨時(shí)支撐。

(3)鋼架安設(shè)。用工12的工字鋼拱架進(jìn)行支撐，錨桿與拱架搭接處采用雙面焊接處理，拱架與拱架之間的連接筋采用Φ20的Ⅱ級(jí)鋼筋焊接，拱架兩側(cè)按50cm間距設(shè)置超前錨桿并焊接在拱架上，拱架底部設(shè)置一塊50*50cm的受力墊板并與鎖角錨桿焊接，拱架間掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片的間距為15*15cm，網(wǎng)片所有的鋼筋為直徑Φ6的Ⅰ級(jí)鋼筋。掛網(wǎng)完成后進(jìn)行復(fù)噴5cm的混凝土完成初期支護(hù)。

2.3 含水量較小的土質(zhì)及巖石地層

(1)洞身開(kāi)挖。根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)確定洞口中心線(xiàn)并采用圓鋼上口做標(biāo)記的方式做好永久控制點(diǎn)，后期施工采用激光經(jīng)緯儀對(duì)灌溉隧洞的中心線(xiàn)進(jìn)行控制，每施工3m復(fù)核一次，及時(shí)糾偏。洞內(nèi)開(kāi)挖順序上、下導(dǎo)洞分臺(tái)階開(kāi)挖。先開(kāi)挖上部分，從拱肩部位開(kāi)始，開(kāi)挖主要采用人工配合電風(fēng)鎬進(jìn)行，巖石地層采用爆破法開(kāi)挖，開(kāi)挖進(jìn)尺控制在1.5m～2m之內(nèi)。由于圍巖自穩(wěn)時(shí)間較好，減少超前錨桿支護(hù)，開(kāi)挖后及時(shí)初噴5cm厚的混凝土支護(hù)。上導(dǎo)洞開(kāi)挖噴護(hù)后及時(shí)立拱，并做好臨時(shí)支撐。

圖3 掌子面開(kāi)挖示意圖

(2)拱架安設(shè)。用工12的工字鋼拱架進(jìn)行支撐，錨桿與拱架搭接處采用雙面焊接處理，拱架與拱架之間的連接筋采用Φ20的Ⅱ級(jí)鋼筋焊接，拱架底部設(shè)置一塊20*20cm的受力墊板并與鎖角錨桿焊接，拱架間掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片的間距為20*20cm，網(wǎng)片所有的鋼筋為直徑Φ6的Ⅰ級(jí)鋼筋。掛網(wǎng)完成后進(jìn)行復(fù)噴5cm的混凝土完成初期支護(hù)。

2.4 襯砌混凝土施工

待隧洞進(jìn)洞后8m開(kāi)挖及臨時(shí)支護(hù)完成后，按要求進(jìn)行的混凝土襯砌，施工工序:施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→基礎(chǔ)清理及驗(yàn)收→鋼筋制作安裝→止水安裝→模板施工→開(kāi)倉(cāng)前驗(yàn)收→混凝土澆筑→模板拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)。

(1)施工準(zhǔn)備。準(zhǔn)備澆筑混凝土所有的原材料、拌合設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、澆筑設(shè)備、止水材料、作業(yè)人員及水電等必須的資源就位。

(2)測(cè)量放樣。由專(zhuān)業(yè)的測(cè)量員對(duì)施工部位進(jìn)行放樣，放樣內(nèi)容為:混凝土襯砌結(jié)構(gòu)線(xiàn)、鋼筋安裝控制線(xiàn)、立模線(xiàn)、校模線(xiàn)、起始樁號(hào)。放樣完成后，將結(jié)果對(duì)施工技術(shù)人員交樣，經(jīng)施工技術(shù)人員復(fù)核無(wú)誤后開(kāi)始施工作業(yè)。

(3)基礎(chǔ)清理及驗(yàn)收。作業(yè)人員根據(jù)測(cè)量交樣情況，按設(shè)計(jì)要求，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行清理，基礎(chǔ)清理完成后，進(jìn)行地質(zhì)素描，素描完成后，由測(cè)量人員對(duì)高程和結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，符合要求后，由質(zhì)檢人員終檢驗(yàn)收合格后，報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，合格后進(jìn)行下一道工序。

(4)鋼筋制安。鋼筋全部在加工廠(chǎng)加工制作，主筋在鋼筋加工廠(chǎng)制作成半成品，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)綁扎。所有鋼筋分底板、邊頂拱兩次施工。邊頂拱鋼筋在底板砼澆筑完成后，用腳手架鋼管搭設(shè)鋼筋臺(tái)車(chē)進(jìn)行邊頂拱鋼筋綁扎。鋼筋施工時(shí)，采用架立筋進(jìn)行主筋定位、固定，主筋間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范允許偏差要求?？v向鋼筋在現(xiàn)場(chǎng)采用單面搭接焊接長(zhǎng)，邊頂拱鋼筋與底板鋼筋連接采用焊連接。相鄰兩鋼筋接頭必須錯(cuò)開(kāi)，錯(cuò)開(kāi)間距至少35D。

(5)模板施工。底板模板采用組合鋼模板，方便在洞內(nèi)拆卸轉(zhuǎn)移;邊頂拱模板采用自制鋼模板臺(tái)車(chē)或由整體鋼管排架作支撐的散鋼模拼裝;封頭模板采用木模板，所有模板都在洞內(nèi)拼裝。

(6)澆筑混凝土。由于本工程項(xiàng)目每次澆筑的量12-20m3，標(biāo)號(hào)為常態(tài)混凝土，因受地質(zhì)條件的因素制約需要及時(shí)跟進(jìn)襯砌，故在隧洞洞口架設(shè)的350型或500型自落式攪拌機(jī)即可;由于受到斷面尺寸的限制不能采用常規(guī)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸，故混凝土運(yùn)輸采用手推車(chē)用人工運(yùn)輸;由于襯砌厚度只有30cm，并且內(nèi)設(shè)雙層鋼筋，混凝土入倉(cāng)方式采用人工入倉(cāng)?；炷琳駬v采用Φ30的軟軸振動(dòng)棒振搗配附著式振搗器進(jìn)行振搗，邊墻、頂拱澆筑振搗在模板上預(yù)留振搗窗口。

(7)模板拆除及混凝土養(yǎng)護(hù)。待混凝土澆筑完成后，側(cè)墻混凝土到達(dá)2.5MP的強(qiáng)度后進(jìn)行拆模，頂拱達(dá)到70%的強(qiáng)度后進(jìn)行拆模，由于隧洞相對(duì)濕度較大，氣溫相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于混凝土的養(yǎng)護(hù)，通常情況下一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d，然后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，如遇特殊情況，實(shí)際根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整處理。

2.5 回填管漿

該施工方法在支護(hù)混凝土與開(kāi)挖面之間，隧洞結(jié)構(gòu)襯砌混凝土與支護(hù)混凝之間都要進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿，外層按3m間距埋設(shè)6根灌漿管，部分兼作排水管。內(nèi)層可結(jié)合灌漿設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行埋管或后期造孔灌漿。

2.6 灌漿

灌漿包括回填灌漿、固結(jié)灌漿和帷幕灌漿?；靥罟酀{襯砌砼達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，固結(jié)灌漿回填灌漿結(jié)束7天后進(jìn)行，最后進(jìn)行帷幕灌漿。為使回填與固結(jié)灌漿能夠順利進(jìn)行，工作面分別配備二套灌漿臺(tái)車(chē)，一套用于回填灌漿，一套用于固結(jié)灌漿。灌漿皆采用手持風(fēng)鉆鉆孔，孔徑φ48。

3 隧洞的檢查養(yǎng)護(hù)

目前，該隧洞已于2013年竣工，使用效果良好。隧洞事故發(fā)生前一般總有預(yù)兆，因此在整個(gè)運(yùn)用過(guò)程中必須加強(qiáng)經(jīng)常性的養(yǎng)護(hù)，并及時(shí)對(duì)病害進(jìn)行處理，防患于未然，非常重要。該項(xiàng)目主要采取以下養(yǎng)護(hù)措施:(1)平時(shí)多檢查隧洞的襯砌或涵管有無(wú)蜂窩、麻面、裂縫、漏水或空蝕等病害，要分析原因，及時(shí)處理。還要檢查隧洞進(jìn)出口有無(wú)可能崩塌危險(xiǎn)的山坡或危石，無(wú)襯砌隧洞有無(wú)可能塌落的巖塊，要及時(shí)清除或妥善處理;(2)經(jīng)常清除攔污柵上的雜草、污物，以防阻水。易被泥砂淤積的進(jìn)水口，并定期進(jìn)行泄水沖砂，防止閘門(mén)被砂石卡阻;(3)加強(qiáng)管理，禁止在建筑物附近采石爆破或炸魚(yú)，以免因振動(dòng)而使隧洞襯砌或涵管斷裂;(4)正確操作運(yùn)用，避免在明、滿(mǎn)流交替的流態(tài)廠(chǎng)運(yùn)行;閘門(mén)啟閉要緩慢進(jìn)行，避免流量猛增或驟減，防止洞內(nèi)產(chǎn)生超壓、負(fù)壓或水錘等現(xiàn)象面引起破壞;(5)運(yùn)用期間經(jīng)常注意洞內(nèi)有無(wú)異常聲響，水流是否渾濁;對(duì)壩下涵管，要注意觀(guān)察附近的上下游壩坡有無(wú)塌坑、裂縫、濕軟及漏水等現(xiàn)象，如有異常，應(yīng)及時(shí)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

蓮花水庫(kù)導(dǎo)流洞洞身開(kāi)挖歷時(shí)3個(gè)月，共完成工程量2000m2。通過(guò)爆破方案與支護(hù)方案的優(yōu)化綜合利用和相互交叉作業(yè)，導(dǎo)流洞洞身開(kāi)挖達(dá)到了預(yù)期效果，洞身開(kāi)挖的平整度不大于20cm，成形條件良好，運(yùn)行以來(lái)沒(méi)有發(fā)生大的安全事故。

[1]鐘世華.水庫(kù)輸水隧洞混凝土裂縫控制分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2010，15(7).

[2]阮同寧.長(zhǎng)隧洞掘進(jìn)施工技術(shù)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007，13(12).