小型水工隧洞施工技術探討

□李小東 田明 張艷（焦作市引沁灌區(qū)管理局）

小型水工隧洞施工技術探討

□李小東 田明 張艷（焦作市引沁灌區(qū)管理局）

以小浪底北岸灌區(qū)一干渠隧洞為例，分析小型水工隧洞開挖、襯砌中的影響因素，針對小型隧洞如何選擇開挖、襯砌施工方案；重點探討軟巖、地下水、狹小施工作業(yè)空間在小型隧洞開挖、運輸出渣、混凝土襯砌中的影響，評價現(xiàn)場應對措施的優(yōu)缺點，分析應對措施其對質量、進度、成本影響；為同類隧洞施工方案選項提供借鑒。

水工隧洞；開挖；混凝土襯砌；施工控制

1 引言

水工隧洞是為滿足泄洪、灌溉、發(fā)電等各項任務在巖層中開鑿而成的建筑物。為保證隧洞按合同約定質量、工期、投資完工，應根據(jù)地質情況、隧洞特性等條件選擇合理的施工技術。以下結合案例，對小型隧洞施工技術進行詳細的闡述。

2 工程概況

小浪底北岸灌區(qū)一干渠隧洞位于河南省黃河北岸。隧洞長2 997 m，設計流量6.41 m3/s，縱坡1/1 000。隧洞橫斷面城門型，寬2.30 m，高2.80 m，C25混凝土厚0.25 m。隧洞開挖斷面寬3.14 m，高3.42 m，斷面面積為9.70 m2，屬于特小斷面隧洞。

一干渠隧洞圍巖為低膠結強度的砂巖、泥巖、粘土巖等，巖石強度系數(shù)1.50～2，完整系數(shù)0.50～0.60，按礦井巷道支護分類屬于軟巖。此類圍巖具有粘結性差、強度低、易風化、遇水膨脹、自穩(wěn)能力差等特性。地下水為基巖裂隙水，地表水下滲過程中，形成脈狀裂隙水和風化殼裂隙水，局部地段出現(xiàn)較大滲流。

3 隧洞開挖方案

一干渠隧洞設計為進出口相向開挖，單向掘進長度約1 500 m。隧洞按照先開挖、后襯砌順序進行施工。隧洞開挖方案應綜合考慮隧洞斷面大小、工作面長、圍巖、不良地質、地下水的等因素，并分析各因素對安全、質量、進度、經(jīng)濟的影響，選擇最合適方案，達到各方最優(yōu)。

隧洞開挖包括測量、布孔、鉆孔、裝藥、爆破、通風、安全處理、出渣、支護等工序。文章僅對影響質量、安全、進度、成本的主要工序工藝選擇進行探討。

3.1 洞口開挖

一干渠隧洞進洞方案采用管棚法，即利用型鋼預先在洞外防護管棚，在管棚內(nèi)進行隧洞開挖。修整隧洞進口段自然邊坡，確保進洞口坡面高于隧洞頂約2 m。沿洞臉周邊鉆孔，埋入直徑50 mm×5 mm無縫鋼管，用灌漿機對小導管周圍巖體進行用早強水泥固結灌漿。在洞口處用工字鋼、鋼筋、混凝土做成支護明洞，利用支護明洞保護開挖隧洞。在明洞內(nèi)利用機械配合人工開挖，每循環(huán)進尺不宜超過0.80 m。必要時輔以淺炮孔、小藥量、微震動，保護周圍巖體。管棚法進洞具有破壞自然山體少、保護地表植被、明挖工作量小的優(yōu)點。值得在工程實踐中推廣應用。

3.2 洞身開挖

一干渠隧洞主洞開挖時，常規(guī)洞段采用光面爆破法。光面爆破能保持了圍巖完整性，不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂縫；在裂隙發(fā)育的地層中，能避免裂隙擴大和產(chǎn)生新的裂縫，提高了圍巖的穩(wěn)定性。隧道成型規(guī)整，減少了隧洞超挖量，節(jié)省襯砌量，提高了施工進度，降低工程成本。一般情況下，每循環(huán)開挖進尺不宜超過1.50 m。在斷層及破碎帶及地下水豐富等不良地質段，采用機械松動圍巖人工輔助修整輪廓面的方式開挖，但存在開挖進度緩慢，需投入人工較多，生產(chǎn)效率不高，施工成本較高等問題。

3.3 出渣與運輸

一干渠隧洞出渣運輸距離短，不適宜有軌運輸。隧洞開挖斷面狹窄，洞內(nèi)大型機械無法擺布，僅能選用小型運輸機械裝渣、運輸。隧洞出渣選用WZT-60扒渣機裝渣配合機動三輪車方案。

3.4 排水

地下水在一干渠隧洞的影響主要是軟化、泥化巖層，給交通造成不利影響。根據(jù)一干渠隧洞地下水滲出水量小，確立“滲水即排”原則。遇到地下水滲出時，在滲水點附近開挖集水坑，引導水流入坑。若滲水范圍較廣，順隧洞邊墻底部開挖排水溝，滲水自流入坑。根據(jù)滲水量的大小，在集水坑布置不同型號的排水泵抽排入排水總管。排水總管在隧洞支護完成后，沿洞壁按1/1 000坡度鋪設，自流排水，管徑≥150 mm。

4 隧洞混凝土襯砌方案

混凝土襯砌按底板、邊墻與拱部兩階段進行，邊墻和拱部模板采用鋼模臺車。混凝土運輸采用2 m3攪拌車，混凝土泵入倉。襯砌工序包括基底清理、鋼筋綁扎、模板、止水、伸縮縫、混凝土澆筑、養(yǎng)護等。

混凝土拌合站計量器具按期校驗，嚴格按照簽發(fā)的配料單配料，根據(jù)原材料含水量即時調整。水、水泥、骨料、外加劑應與原試驗廠家、型號一致。混凝土在攪拌機中連續(xù)攪拌時間應符合要求。混凝土從攪拌機卸料、運輸?shù)奖盟屯戤呑铋L時間不超過規(guī)定的數(shù)值。

鋼筋型號、間距、保護層等應符合要求并綁扎牢固。伸縮縫及止水的安裝位置。鋼模臺車架設應符合隧洞軸線、高程，位置準確，連接牢固。模板就位前應打磨平整、涂刷隔離劑。

混凝土澆筑前清理倉內(nèi)積水、混凝土廢料、雜物等。在新老混凝土接觸面鋪設高標號水泥砂漿。混凝土應分層澆筑,左右邊墻同時平倉，同時振搗。掌握混凝土振搗時間，避免欠振或過振。混凝土澆筑過程應隨時觀察，發(fā)現(xiàn)模板、鋼筋、止水等位置變動及時恢復到位。混凝土澆筑完成后，混凝土強度超過2.50 MPa時方可拆模。混凝土拆模后及時養(yǎng)護。

混凝土澆筑前應做好充分準備，保證每倉混凝土連續(xù)澆筑，盡量做到澆筑過程中斷。

5 隧洞施工控制要點

一干渠隧洞施工過程中，經(jīng)歷諸多問題，對工程質量、工期、生產(chǎn)成本均產(chǎn)生很大影響。因此需要總結本隧洞施工過程關鍵節(jié)點控制的經(jīng)驗，吸取教訓。

5.1 隧洞開挖

一干渠隧洞開挖過程，超挖是不可避免的。但如何控制超挖，卻是在施工中必須認真對待的事情。

地下圍巖千變?nèi)f化，施工圖設計階段的地質勘查也不能完全判定隧洞圍巖狀況。開挖前試驗的爆破參數(shù)，也不能一勞永逸。施工中應及時修正。一般情況下，圍巖狀況變化是有預兆的。比如：巖石風化破碎程度加劇，巖石節(jié)理密集切方向一致，鉆進度加大或出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，爆破后巖石塊度減小，巖體突然出現(xiàn)滲流，或滲水量突然加大等。現(xiàn)場技術人員應根據(jù)上述情況，修正當前掌子面的爆破參數(shù)。若發(fā)現(xiàn)爆破超挖現(xiàn)象嚴重，應立即分析、查找原因，并予以糾正。必要時輔助人工開挖，努力降低因超挖而引起的生產(chǎn)成本的增加。

5.2 隧洞排水

一干渠隧洞施工中，地下水的滲出量雖然很小，但工程進度的影響也不容小覷，對生產(chǎn)成本的增加更是大麻煩。開挖過程中地下水的滲出有多種形式，如：點滲、線滲、面滲等，也有呈股狀滲流的。隧洞地下水處理方案在實際運行過程中，效果卻并不滿意：其一滲水未按預設路徑匯集到集水坑；其二滲水在匯集過程中已經(jīng)對圍巖造成軟化，地下水造成底板巖層淤泥化、集水坑淤積、排水泵損壞，總排水管淤塞不暢、出渣車輛通行緩慢等問題，直接造成影響隧洞開挖進度；其三是造成運輸機械磨損，故障多發(fā)。其四是增加工人、機械維修費用。

針對地下水在一干渠隧洞中的影響，施工期采用以下處理方案。首先，預留底板20 cm保護層，但保護層也會泥化；其次，挖出淤泥，挖出填碎石的方案，但效果不理想；最后，采用碎石墊層上鋪設預制混凝土塊，效果較好，但已大幅度增加了工程成本。

5.3 混凝土襯砌

一干渠隧洞混凝土襯砌方案是按照流水工藝布置的。即鋼筋綁扎、鋼模臺車安裝、伸縮縫及止水安裝、混凝土澆筑、拆模與養(yǎng)護等工序順序進行的。

隧洞內(nèi)工作面狹小，設計鋼模臺車時必須留足整修臺車、涂刷隔離劑的操作空間。臺車應設計成既可以向下伸縮，也可以向內(nèi)伸縮的結構。一干渠隧洞襯砌采用先澆筑邊墻混凝土0.50 m高的方案來調整鋼模臺車上下伸縮的問題。受模板支撐結構的制約，模板向內(nèi)收縮幅度較小，特別是拱腳處處理時需要認真細致。

合理優(yōu)化各工序配合，盡量減少相互干擾，洞內(nèi)混凝土襯砌應采用跳倉法施工。鋼筋綁扎與鋼模臺車修整、涂刷隔離劑兩個工序相互制約。因此每倉混凝土拆模后，需要將模板移到未綁扎鋼筋的洞段維護后，才能就位。因此，跳倉法施工在隧洞內(nèi)施工是最適宜的，對提高混凝土襯砌質量、加快施工進度有很大的幫助。

6 結語

隧洞工程是水利工程中地下建筑物的一部分，與其他工程的隧洞又有很多不同。認真總結分析解決在水工隧洞遇到的各種問題，確保項目在預計的成本內(nèi)按時、按質完成，具有十分重要的意義。以上隧洞施工中遇到的問題對于小斷面隧洞施工或許具有很好的借鑒。

［1］李榮.軟巖隧道施工中超挖問題的處理研究.［J］黑龍江交通科技，2014（6）.

［2］劉耀勛.淺談管棚施工技術在隧洞進口段施工中的應用.［J］中國西部科技，2015（02）.

TV523

B

1673-8853（2017）10-0053-02

李小東（1972-），男，工程師，主要從事水利工程建設管理。

2017-8-3

編輯：劉 青