水利工程隧洞軟巖施工技術處理措施分析

李彥濱

(新疆額河建管局，烏魯木齊 830000)

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水利工程隧洞軟巖施工技術處理措施分析

李彥濱

(新疆額河建管局，烏魯木齊 830000)

文章結合某水利工程隧洞軟巖施工案例，采用現(xiàn)場放樣勘測、開挖等收發(fā)端，針對軟巖的物理、力學性質，按照軟巖隧洞設計、圍巖變形量等地質參數(shù)進行施工和掘進，在較大范圍內(nèi)對圍巖軟巖變形的情況進行了技術處理，對地下工程施工技術的發(fā)展起到了推動作用。

水利工程；隧洞施工；軟巖施工

雙三4#勘探試驗洞主洞起訖里程SD52+585.465-SD53+718.160,全長度1132.695m，主洞進洞樁號SD52+918.16(雙三總樁號66+000)，進口布置在隧洞左側，與支洞夾角83°45＇2″，主洞與支洞交叉口地面高程693.416m，縱斷面設計坡度為1/5000。主洞上游為城門洞型，下游為馬蹄形。從進口往上游依次為：主支洞交叉洞段、連接洞段、TBM組裝洞段、TBM步進洞段、TBM始發(fā)洞段；從進口往下游依次為：鉆爆-Ⅲ圍巖洞段和鉆爆-Ⅳ軟巖洞段。雙三4#勘探試驗洞開挖人工配合機械開挖，輔以弱爆破施工。

1 超前地質預報

本隧洞超前地質預報的段落為：SD53+407-SD53+718.16，共311.16m。超前地質應預報的內(nèi)容包括：①不同巖性接觸地帶位置，隧洞巖層風化程度、巖體破碎程度、地下水儲量及發(fā)育等情況；②隧洞圍巖級別變化趨勢；③巖石斷層分布、與隧道的關系。

超前探孔每個斷面布設3個超前探測孔，鉆孔深度一般5m左右，兩循環(huán)之間搭接長度≥3m。根據(jù)長期預報、中期預報及紅外遙感預報及掌子面的揭示的地質情況，在地質條件復雜地段施作超前鉆孔，其中一個探孔需取巖芯，根據(jù)鉆孔大小、鉆速的變化以及水的清濁顏色，判斷掌子面前方地質情況。一般來講，地下巖道分布很不規(guī)律，在進行超前探水鉆孔過程中不一定能夠探到巖溶管道或溶穴、溶孔、溶隙等不良巖溶地質，因此在施炮眼時應將部分炮眼加深到3-6m的深度進行輔助超前探測。另外，超前探孔數(shù)量在施工中根據(jù)實際地質情況酌情增減。

接下來要根據(jù)相關勘測資料以及實際操作中超前地質預報工作和實施的動內(nèi)外監(jiān)測所獲得的資料，進行總和分析，以便于對隧道內(nèi)可能發(fā)生的大規(guī)模(高壓)涌(突)水突泥等突發(fā)情況地段施工方案進行設計[1]。

2 超前支護施工

超前支護方案為：軟巖地段采用超前注漿+鋼拱架噴錨支護。超前支護為φ42注漿注漿小導管，每根長5m，環(huán)向間距0.4m，壁厚4mm，縱向每2.0m一環(huán)進行超前支護；

小導管采用φ42鋼管加工，導管管口處布設型號為φ8mm的加強環(huán)；同時，在鋼管的前段位置，即≤30cm的范圍以內(nèi)，保持漿孔不被鉆出來，其余每隔大約15cm的距離，在環(huán)向上鉆出4個孔，其直徑以10mm為宜。此外，相鄰兩個道孔口的方向之間應當交錯在一起，而且管尖長度應當≤20cm；同時，利用氧焊切掉缺口，再將其加工成尖端形，最后焊接即可。對于小導管加工而言，加工圖如圖1所示。

圖1 注漿小導管加工圖

3 開挖施工

鉆爆-Ⅳ軟巖段圍巖為Ⅳ圍巖，斷面較小，開挖采用全斷面開挖施工。全斷面開挖機械化作業(yè)施工示意圖見圖2。

圖2 全斷面開挖機械化作業(yè)施工示意圖

實施爆破作業(yè)前，先將爆破方案、地址、范圍、爆破時間、警戒方式、有關信號等報請當?shù)毓矙C關審批后，向業(yè)主及監(jiān)理部門進行通報，并在爆破危險區(qū)邊緣設置旗幟、聲響、燈光等有效的視覺和聽覺信號標志。

爆破作業(yè)時，在項目經(jīng)理部統(tǒng)一指揮下，嚴格按照統(tǒng)一計劃、統(tǒng)一時間進行施工。在發(fā)出警戒信號后，所有與爆破作業(yè)無關的人員、設備撤離危險區(qū)；在確認所有與爆破作業(yè)無關的人員、設備均已撤離危險區(qū)后、發(fā)出起爆信號。各爆破作業(yè)點在起爆信號發(fā)出后，統(tǒng)一時間起爆。

4 初 支

在施工之前現(xiàn)場技術主管需對工人進行技術交底，交底內(nèi)容需包括鋼拱架所有技術參數(shù)及連接板大小及焊接等要求，拱架制作完成后現(xiàn)場技術主管首先要進行自檢，自檢合格之后報請監(jiān)理工程師驗收，監(jiān)理工程師檢測驗收合格后集中堆碼在成品區(qū)備用。

5 二 襯

軟巖段全部襯砌，永久支護均為邊墻及拱頂為45cm厚C35鋼筋混凝土。主洞段底板為100cm厚C35混凝土。

混凝土襯砌長度較少，采用組合鋼模施工，5m一節(jié)。對于混凝土的運輸則采用6m3混凝土攪拌車，然后用HBT60型混凝土泵泵送[2]。

先施工底板仰拱混凝土，再施工邊頂拱混凝土。

5.1 鋼筋制作與安裝

1)洞內(nèi)鋼筋：鋼筋料運入洞內(nèi)應注意不使其變形，且按綁扎次序分類堆放。采用錨桿(初期支護錨桿環(huán)向應在同一斷面上、縱向應在同一坡度上)外露部分作為襯砌鋼筋的固定點。先在錨桿外露部分上測襯砌鋼筋位置，固定縱向鋼筋，然后每隔5m綁扎(或焊接)一道橫向樣板筋，最后綁扎(或焊接)縱、環(huán)向鋼筋(與箍筋)。鋼筋綁扎或焊接后自檢鋼筋搭接長度(鋼筋綁扎40d，單面焊10d)，檢查焊縫是否飽滿。為保證鋼筋混凝土保護層的厚度，應按設計尺寸，預先制造一些水泥墊塊，并在墊塊上埋入鐵絲，用鐵絲把墊塊固定在鋼筋上。

鋼筋安裝支架用鋼管腳手架搭設，φ16鋼筋可直接上頂成弧，直徑大于φ16的鋼筋應在洞外鋼筋制作場提前彎制成型。

錨桿、加力筋、樣板筋，需先進行打設，一般是在超前邊頂拱位置安裝一塊鋼筋，這有利于減少鋼筋施工安裝時間。值得一提的是，采用該種技術方法，可利用定位筋對是否存在沒有處理的部位進行檢查。

2)直徑大于φ16的鋼筋在洞外按1：1的比例彎制成型，其單根長度結合鋼筋長度與施工順序要求，先綁扎邊頂拱鋼筋，邊頂拱襯砌完畢及清底后綁扎底部鋼筋。

3)采用搭接焊時，要確保鋼筋的預彎和安裝所使用的兩鋼筋軸線在一直線上。施焊時，收弧應在搭接端頭上；弧坑應填滿；主焊縫與定位焊縫應融合良好；焊接地線應與鋼筋接觸良好，防止因起弧燒傷鋼筋。

洞外鋼筋測量定位后采用人工現(xiàn)場綁扎。

5.2 洞內(nèi)邊頂拱混凝土

5.2.1 模板臺架就位

采用激光準直儀導向。臺架就位以后，對頂模中心標高進行適當?shù)恼{整，由頂模支撐梁上橫向絲桿調整臺架中線；由側向絲杠對邊墻模板進行適當?shù)恼{整，然后再將其加固。完成以上操作以后，支立好擋頭板，其應當與巖面之間密貼在一起，確保混凝土不出現(xiàn)外露現(xiàn)象。

5.2.2 立模補砌與澆筑

對于臺車的兩端頭擋頭而言，用木模作為模板，洞口段的木模需鉆孔，然后穿設襯砌縱向連接鋼筋。隧道襯砌作業(yè)前，需先對其斷面尺寸及其工況條件等進行嚴格的檢查與審核，保證襯砌厚度符合要求。在混凝土澆筑前，需將模板內(nèi)的雜物、鋼筋油污等清理干凈，填實擋頭板縫隙以及孔洞。在此過程中，采用對稱或者水平分層澆筑方法進行混凝土施工， 控制好其灌注速度以及單側灌注的高度，尤其是單側施工時應當一次連續(xù)澆筑1m以內(nèi)。從輸送軟管的管口位置，到澆筑面之間的垂直距離，自落高度控制在2m范圍以內(nèi)，目的在于防止出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)超過時現(xiàn)象，則需采用滑槽或者串筒等方式進行處理；在澆筑施工過程中，應當確保施工作業(yè)的連續(xù)性，相鄰兩層間隔的時間不超過2h。搗固過程中，振搗器的頻率、振動速度以及振幅等參數(shù)，應當根據(jù)混凝土塌落度等因素具體確定。灌注施工過程中，采用的是整環(huán)灌注法。當混凝土灌注到墻拱交界位置時，應當停頓1h的時間，這有利于邊墻混凝土得以有效的沉實。

混凝土澆筑時，當前高度達到作業(yè)窗以下大約50cm的位置，應當將周圍的凝漿清洗干凈，然后涂刷一層脫模劑。在窗口和面板之間的接縫位置，應當黏貼一層海棉止?jié){條，以避免出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。另外采用插入式振搗器振搗，直至混凝土不再下沉，表面無氣泡泛漿為止。在內(nèi)模反弧位置，應當充分的振搗，堅決杜絕避氣孔現(xiàn)象發(fā)生。振搗過程中，振搗器與模板之間應當相互分離，切忌相互接觸，而且每次移動的距離不超過振搗器作用半徑的1/2。封頂采用頂模中心封頂器接輸送管，按從里向外的順序逐漸封頂。

6 洞內(nèi)排水

量雙三4#試驗洞為大下坡洞，縱坡為12.5%的下坡，洞內(nèi)出水大，支洞內(nèi)出水最大時流量為325m3/h，目前平均流量為450m3/h。主洞縱坡1/5000，坡度較緩和，洞內(nèi)所有出水全部從支洞內(nèi)排出[3]。洞內(nèi)排水施工采用多臺大功率污水泵多級排水方案，掌子面設臨時集水坑，安排6臺污水泵將掌子面的積水抽至三岔口，再由三岔口的水泵逐級抽出洞外，考慮到水泵的揚程，支洞內(nèi)縱向每隔100m設6m3水箱一個水箱，水箱內(nèi)放置污水泵，再把下游抽上來的水逐級排出。排出洞外的水經(jīng)污水沉淀處理達到排放標準后排放。洞口設置排水坡及防洪沙袋，防止雨水進洞。

7 結 語

實踐證明，本次工程的施工方案，設計上合理，技術上可行，按時保質地完成了水利隧洞軟巖地質的施工工程，在較大范圍內(nèi)對圍巖軟巖變形的情況進行了技術處理，形成了完整成熟的開挖、支護施工方案。完善了地下隧洞的設計和技術實施，對地下工程施工技術的發(fā)展 起到推動作用。

[1]李增平.下車亭隧洞軟巖塌方段地質條件及處理措施[J].水科學與工程技術,2012(02):64-65.

[2]陳亮,陳壽根,楊家松，等.錦屏二級水電站引水隧洞軟巖段變形特征及預留變形量分析[J].水利水電技術,2013,44(10):52-56,61.

[3]李寧,劉乃飛,李國峰，等.軟巖及土質隧洞圍巖穩(wěn)定性評價新方法[J].巖石力學與工程學報,2014(09):1812-1821.

1007-7596(2017)04-0141-03

2017-03-12

李彥濱(1981-)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，研究方向為水利水電工程施工與管理。

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