復(fù)雜地質(zhì)條件城市供水工程輸水隧洞施工實(shí)踐

雷 金 華

(神農(nóng)架林區(qū)雄圖建筑有限責(zé)任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

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復(fù)雜地質(zhì)條件城市供水工程輸水隧洞施工實(shí)踐

雷 金 華

(神農(nóng)架林區(qū)雄圖建筑有限責(zé)任公司，湖北 神農(nóng)架 442400)

針對某城市引水工程輸水隧洞的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和工程地質(zhì)條件，從鉆爆開挖、豎井施工、明洞段施工等方面，闡述了輸水隧洞的整體施工方案，提出了隧道施工中破碎松軟、滲漏水、流砂、塌方、斷層等的處置措施。

城市供水，輸水隧洞，地質(zhì)條件，施工方案

0 引言

在城市供水工程建設(shè)過程中，不可避免的會遇到輸水、地下引水等工程，這些工程通過輸水隧洞進(jìn)行引水，當(dāng)這類工程穿越復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，就會在很大程度上給工程帶來復(fù)雜性和不確定性[1-3]。復(fù)雜地質(zhì)條件下輸水隧洞將會不可避免的產(chǎn)生諸如輸水壓力對隧洞襯砌結(jié)構(gòu)安全的影響、錨噴支護(hù)體系承載能力及與圍巖的相互作用、復(fù)雜地質(zhì)條件對施工造成的困難及對隧洞安全的影響等一系列工程問題[4]，同時(shí)，輸水隧洞還受到地質(zhì)構(gòu)造作用、地下水作用、大規(guī)模斷層帶等不利因素的制約，這些工程在開挖過程中，會發(fā)生隧洞坍塌、涌水、巖溶、襯砌結(jié)構(gòu)開裂、支護(hù)結(jié)構(gòu)斷裂等嚴(yán)重的工程問題[5]，而為了最大程度的減小這些工程問題的危險(xiǎn)程度，提高輸水隧洞的安全程度與支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，人們通常會對隧洞加強(qiáng)各類支護(hù)措施[6，7]，因此，對復(fù)雜地質(zhì)條件下的輸水隧洞的錨噴支護(hù)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，具有現(xiàn)實(shí)的理論與實(shí)踐研究意義。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

某城市輸水線路中最為關(guān)鍵的是輸水隧洞的施工，該工程下穿城市郊區(qū)山體。輸水隧洞長1 186.8 m，縱向坡度為0.009，樁號0+000～0+932.591的圍巖級別為Ⅱ類圍巖，樁號0+932.591～1+243.636的圍巖級別為Ⅱ類～Ⅲ類圍巖，輸水隧洞的縱斷面圖見圖1。

輸水隧洞的開挖斷面為直徑3.1 m的內(nèi)割圓形，由出口往進(jìn)

口方向獨(dú)頭掘進(jìn)。輸水隧洞的橫斷面布置圖見圖2。本工程輸水線路總長1 237.8 m，最大輸水能力為50萬t/d。

1.2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境與工程地質(zhì)條件

1)地質(zhì)條件。工程區(qū)域構(gòu)造位于華南褶皺系浙東南褶皺布帶的北東端，區(qū)域構(gòu)造褶皺不明顯，以斷裂為主要表現(xiàn)形式，北西向的韓嶺—鄒溪張扭性斷裂貫穿其中。

擬建隧洞及其附近的構(gòu)造形跡以節(jié)理裂隙為主，構(gòu)造節(jié)理傾向傾角陡緩不等，節(jié)理裂隙面一般較平直，多為鈣質(zhì)充填，局部可見有鐵銹浸染。本次勘察測得的節(jié)理產(chǎn)狀為103∠78°。

擬建場地發(fā)現(xiàn)有多處可能發(fā)生滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。其中在擬建輸水隧洞出口處，其上方存在一體積近百立方米的巖體，具活動過的跡象；在隧道入口處正上方，也存在大量松散狀風(fēng)化殘留體，擬建工程的施工爆破等震動可能導(dǎo)致其滑動崩塌。

場地地下水主要為賦存于基巖風(fēng)化帶中的裂隙水，沿節(jié)理裂隙面滲出。陸上兩個(gè)鉆孔地段地下水主要受大氣降水補(bǔ)給。庫區(qū)內(nèi)鉆孔巖體內(nèi)地下水受水庫水存量的影響較大，地下水對巖體的影響具長期、多次、短時(shí)間等特點(diǎn)，如對節(jié)理裂隙的沖刷、凍脹、增加巖體自重、加速風(fēng)化等。

2)地層巖性。本區(qū)出露的地層主要是上侏羅統(tǒng)的中酸性、酸性火山碎屑巖，主要巖性為灰紫色、淺灰綠色變余玻屑塑變結(jié)構(gòu)、次平行構(gòu)造粗晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、含晶屑玻屑凝灰?guī)r、流紋(斑)巖、假流紋質(zhì)漿屑熔結(jié)凝灰?guī)r等，地質(zhì)剖面見圖3。

根據(jù)本次勘察揭露綜合分析，場地內(nèi)巖體由淺而深可分為以下四類：

第①層：含碎石粘性土：灰黃色，松散～稍密，稍濕～濕。坡積成因。骨干顆粒為塊石，母巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化火山巖，含量約為50%。粒徑以20 mm～50 mm為主，個(gè)別大于50 mm。充填物為粘性土及碎石。層厚4.00 m～4.20 m。

第②層：強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r：灰黃色，稍硬。巖芯多呈碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，按巖石堅(jiān)硬程度分屬較軟巖，該層按巖體完整程度分屬破碎巖體，其巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ，其圍巖級別為Ⅱ級。層厚1.60 m～3.60 m。

第③層：弱風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r：淺灰黃色、肉紅色，較硬。巖芯多呈塊狀～短柱狀，少量呈長柱狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育。裂隙面鐵染呈黑色。節(jié)理裂隙面閉合～微張。按巖石堅(jiān)硬程度分屬較硬巖，該層按巖體完整程度分屬較完整～較破碎巖體，其巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ～Ⅳ，其圍巖級別為Ⅳ級。層厚2.00 m～3.00 m，其中Z6孔未揭穿。采芯率65%～80%，RQD=0%～52%。

第④層：微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r：肉紅色、青灰色，堅(jiān)硬。巖芯呈長柱狀。巖石顏色新鮮。按巖石堅(jiān)硬程度分屬堅(jiān)硬巖。僅發(fā)現(xiàn)有少量裂隙，裂隙面鐵染呈褐黃色或?yàn)殁}質(zhì)充填。除Z1孔外，其余鉆孔均發(fā)現(xiàn)有陡傾角節(jié)理裂隙。該層按巖體完整程度分屬完整巖體，其巖體基本質(zhì)量等級為Ⅰ，其圍巖類別為Ⅴ級。采芯率85%以上，RQD>60%。本層鉆孔未揭穿。

2 工程特點(diǎn)及整體施工方案

2.1 工程特點(diǎn)

本輸水隧洞工程的施工特點(diǎn)、難點(diǎn)為：隧洞出口施工點(diǎn)與公路相鄰，交通便利，便于組織機(jī)械化施工。但來往車輛較多，對施工(特別是對洞口明挖爆破和隧洞出碴)干擾較大。本工程的施工重點(diǎn)是三溪浦隧洞出口向進(jìn)口方向獨(dú)頭掘進(jìn)1 186.80 m，隧洞的開挖與混凝土襯砌是本工程施工控制的關(guān)鍵作業(yè)線路。因本工程豎井和取水頭部均無施工道路到達(dá)，施工材料設(shè)備進(jìn)場和閘門等金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)輸安裝是本工程施工的一大難點(diǎn)。取水頭部巖塞爆破，施工測量精度要求高，且技術(shù)要求較復(fù)雜，是本工程施工的又一難點(diǎn)。

2.2 整體施工方案

該工程的施工重點(diǎn)、工期節(jié)點(diǎn)是輸水隧洞、豎井的開挖和鋼筋混凝土襯砌及金屬結(jié)構(gòu)安裝等主要工作量。隧洞快速施工，盡可能在單循環(huán)作業(yè)的基礎(chǔ)上安排平行交叉作業(yè)，做到組織有序，互不干擾。由于豎井和取水頭部均無施工道路到達(dá)，豎井和隧洞不能平行作業(yè)，豎井需在隧洞開挖全部完成后進(jìn)行施工。用XU-600地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔爆破先行貫通豎井導(dǎo)洞，再由上而下擴(kuò)挖，通過隧洞內(nèi)S8的梭車將石碴運(yùn)輸至洞口，由自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至棄碴場。豎井開挖支護(hù)完成后對進(jìn)口末端至豎井段隧洞進(jìn)行混凝土襯砌支護(hù)，同時(shí)通過隧洞和豎井，將閘門、啟閉機(jī)、攔污柵等金屬結(jié)構(gòu)提升至閘門井頂平臺，然后對閘門井進(jìn)行襯砌、金屬結(jié)構(gòu)安裝，再對豎井外隧洞進(jìn)行二次開挖、襯砌、錨噴支護(hù)、鋼管安裝。洞外部分管道安裝、閥門井、蝶閥安裝、擋墻、圍墻等施工工作與豎井外隧洞施工同步進(jìn)行，待閘門井、隧洞全部施工完成后最后實(shí)施巖塞爆破。

對于隧洞出口明方施工：因隧洞出口環(huán)境較為復(fù)雜，距離出洞口西側(cè)35 m有一條鄉(xiāng)村公路，路口有高壓線、電線桿通過，距離40 m處有一座公路橋通過，距離60 m處為直徑2 200 mm白溪輸水管橋。出口明方爆破難以實(shí)施，爆破評估改為機(jī)械鑿巖，為縮短施工工期且變壓器未能按時(shí)通電，因此在施工準(zhǔn)備期間，同期進(jìn)行出洞口明方鑿巖，并進(jìn)行空壓機(jī)等設(shè)備及配電房的安裝、調(diào)試，待變壓器正常通電、空壓機(jī)安裝完畢即進(jìn)行隧洞開挖。因原設(shè)計(jì)洞口中心位于一滑動斷裂面上，圍巖較破碎，洞頂右側(cè)埋深不夠，將洞口位置向左側(cè)平移3.0 m，因原設(shè)計(jì)洞口中心位于一滑動斷裂面上，圍巖較破碎，洞頂右側(cè)埋深不夠，難以正常進(jìn)洞，洞口位置向左側(cè)平移3.0 m。出洞口開挖為5 m×5 m正方形洞臉，明方石方開挖采用自上而下破碎機(jī)鑿巖。

對于出洞口7.201 m明洞施工：因原設(shè)計(jì)圖樁號有誤，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，明洞長度由原來的5 m調(diào)整為7.201 m。待明方開挖完成后，先在出洞口用破碎機(jī)鑿出隧洞輪廓線，再對7 m明洞架設(shè)鋼拱架，50 cm一榀，然后對明洞進(jìn)行鋼筋網(wǎng)噴混凝土。

隧洞開挖及出碴計(jì)劃如下：每循環(huán)作業(yè)時(shí)間6 h，每天4個(gè)循環(huán)。隨著隧洞掘進(jìn)深度加大，將適當(dāng)增加通風(fēng)排煙和出碴工序作業(yè)時(shí)間。隧洞掘進(jìn)800 m以后，每循環(huán)作業(yè)時(shí)間增長到8 h，每天3個(gè)循環(huán)。出碴采用國內(nèi)較先進(jìn)的有軌機(jī)械化生產(chǎn)線，洞碴裝運(yùn)采用P-60耙斗裝巖機(jī)配備XK8-7/132型電瓶車和S8梭車搭接，有軌機(jī)械化作業(yè)線裝巖運(yùn)輸，石碴運(yùn)輸至洞口，由自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至棄碴場。

輸水隧洞混凝土襯砌由里向外進(jìn)行施工，采用移動式鋼模臺車，混凝土輸送泵上料，JZC-750型攪拌機(jī)攪拌。

豎井石方開挖在土方開挖后，用XU-600地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔爆破先行貫通豎井2 m×2 m導(dǎo)洞，再由上而下擴(kuò)挖，通過隧洞內(nèi)的S8梭車將石碴運(yùn)輸至洞外棄碴場。擴(kuò)挖采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)，乳化炸藥，非電毫秒雷管進(jìn)行控制爆破。豎井支護(hù)根據(jù)圍巖情況與開挖同步進(jìn)行，并對井口澆筑鋼筋混凝土進(jìn)行護(hù)壁，確保施工安全。豎井混凝土襯砌從下至上分段施作，每段3 m，分一期、二期混凝土施工，HBT30C混凝土輸送泵將混凝土入模，插入式搗固器人工搗固。閘門、啟閉機(jī)、攔污柵等金屬結(jié)構(gòu)，在征得業(yè)主、監(jiān)理方的同意后，委托有專項(xiàng)資質(zhì)的單位加工制造。

輸水隧洞開挖采用鉆爆法，以新奧法理論指導(dǎo)施工。隧洞出口周邊環(huán)境比較復(fù)雜，為防止爆破時(shí)飛石破壞周圍建筑及設(shè)施，采用整體封閉式防護(hù)，先在明洞口設(shè)一道由鋼、木架和竹籬片做成的洞門，然后采用鉆爆法開挖，光面爆破技術(shù)；鉆孔設(shè)備選用10 m3/min電動空壓機(jī)，YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)，爆破器材分別選用非電毫秒導(dǎo)爆雷管、導(dǎo)爆管、2號巖石乳化炸藥、起爆器采用YJ-新3型起爆器。隧洞開挖炮眼布置圖見圖4。

3 結(jié)語

以某城市引水工程輸水隧洞為例進(jìn)行了施工實(shí)踐研究，對輸水隧洞的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和工程地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)闡述，闡述內(nèi)容包括：輸水隧洞工程概況、水文條件、地質(zhì)條件、地層巖性。描述了輸水隧洞包括鉆爆開挖、豎井施工、明洞段施工等在內(nèi)的整體施工方案和工程的特點(diǎn)及交通不便等施工難點(diǎn)。最后提出了復(fù)雜地質(zhì)條件下面臨的施工難題以及對破碎松軟、滲水、漏水、流砂、塌方、斷層等的處置措施。

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The construction practice of water conveyance tunnel of urban water supply engineering under complex geological conditions

Lei Jinhua

(ShennongjiaForestRegionXiongtuConstructionLimitedLiabilityCompany,Shennongjia442400,China)

According to the regional geological environment and engineering geological conditions of water conveyance tunnel of a city water diversion engineering, from the drilling and blasting excavation, shaft construction, open cut tunnel section construction and other aspects, elaborated the overall construction scheme of water conveyance tunnel, finally put forward the disposal measures of broken soft, permeability water leakage, sand flow, landslide, fault etc. in tunnel construction.

city water supply, water conveyance tunnel, geological condition, construction scheme

1009-6825(2016)32-0190-03

2016-09-03

雷金華(1972- ),男，工程師

U459.6

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