黃河溝防洪工程2#隧洞開挖與支護施工

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(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

1 概 述

黃河溝位于湖北省宣恩縣縣城境內，集水面積4.75km2，流程長3.8km。黃河溝流域集水面積小，但坡降大(1/100)，出口斷面狹窄，且多被房屋、橋梁等建筑物侵占。受地形、降水與行洪障礙等因素的影響，黃河溝兩岸經常出現山洪災害，給當地企事業單位和人民群眾的生產、生活造成了極大的不便，也影響了縣城的規劃與發展。經有關部門批準，擬定在黃河溝左岸開鑿隧洞形成新的行洪通道，洪水繞過中心城區，從新建的行洪通道安全排泄到下游河段。其中2#隧洞設計流量65.2m3/s(P=2%)、坡降1/200,尺寸為472m×3.8m×4.7m(長×寬×高)。其地質條件非常復雜，施工方案多變，綜述如下。

2 隧洞開挖與支護工程施工

2.1 工程區地質條件

工程區為第五級剝夷面受構造控制的山澗谷地地貌，地層為第三疊系中統巴東組第四段(T2b4)紅色粉砂質泥巖，其風化嚴重、斷層破碎帶復雜、裂隙發育、強度較低、穩定性差，且水中浸泡后易分解成碎塊。按巖石硬度劃分，進、出口段為Ⅴ類圍巖，中部為Ⅲ-Ⅳ類圍巖。依據設計單位提供的風險隧道圍巖類別判定通知單，一般情況下，10m左右范圍內就會出現不同類別的圍巖段。

2.2 隧洞開挖施工

(1)一般地段施工方法。

主要是根據地質條件、斷面尺寸、結構形式、機械配備、周圍環境、綜合經濟效益等因素而確定[1]，見表1。

表1 隧洞開挖施工方法

(2)斷層、破碎地段施工方法

①當隧洞軸線接近于垂直構造線方向時，斷層規模較小，破碎帶不寬，含水量較小時，主要采取開挖后及時支護技術[2]。

②當隧洞軸線斜交或平行構造線方向時，則隧洞穿過破碎帶的長度增加，并有強大側壓力，則采取加強拱墻襯砌，及時封閉的措施。

③當破碎帶的寬度較大、破壞程度嚴重、破碎帶的填充物情況復雜且有較多地下水時，采取在隧洞一側開挖調查導坑，調查導坑穿過斷層帶后，再轉入正洞施工，并及時封閉[3]。

④當斷層帶內填充軟塑狀的斷層泥或較松散的顆粒時，采取先拱后墻施工技術。

⑤當斷層地段出現大量涌水，采取排堵結合的施工措施。

⑥當斷層帶地下水是由地表水補給時，在地表設置截排系統引排；當斷層帶是承壓水時，在每個掘進循環中向前進方向鉆鑿不少于2個超前鉆孔，其深度在4m以上，以探明地下水的情況，同時準備足夠的抽水設備。

⑦在斷層帶施工時，各工序之間的時間盡量縮短，并盡快襯砌封閉，減少巖層暴露時間和地壓增大；開挖作業時，嚴格控制炮眼數量、深度及裝藥量，盡量減少爆破對圍巖的擾動。

⑧斷層地段的支護堅持“寧強勿弱”的原則[4]。

(3)突泥、突水、涌水地段施工方法

① 地質分析法：一是對設計圖紙標示的地質情況與開挖面揭示的巖層構造情況相互印證，并對前方地質情況進行預測分析[5]。二是超前水平鉆孔，每循環孔深為30m，兩循環鉆孔重疊5m，孔徑φ75mm；現場記錄包括鉆孔位置、開孔時間、終孔時間、孔深、鉆進壓力、鉆進速度隨鉆孔深度變化情況、沖洗液顏色和流量變化等；及時鑒定巖芯、巖粉，判定巖石類型，并選擇代表性巖芯整理保存。

②突泥地段處置。沿開挖面周邊架設鋼管和型鋼為支撐骨架，用噴射混凝土將其封閉；然后清除流出的泥夾石，再次加厚混凝土噴射層，并在超前方向安裝6m長的注漿管，壓注水泥～水玻璃漿液，最后采用灌漿等方法處理空洞。

③突水、涌水地段處置。主要采取超前帷幕注漿。當隧洞開挖或地質預報沒有發現明顯的溶洞管道，而開挖面又出現較大的涌水量時(單點出水量>3m3/h)采用帷幕注漿堵水。注漿材料主要采用42.5普通硅酸鹽水泥為液漿，注漿加固圈范圍為開挖線外5m內，注漿孔沿隧洞周邊開挖輪廓線雙排布置，孔距30～50cm，采用鉆孔檢查法檢查灌漿效果。

(4)爆破與開挖。

受地質條件的影響，爆破方案多變。對于Ⅲ類圍巖，隧洞開挖采用數碼雷管微差起爆方式控制爆破光面爆破和預裂爆破技術；對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖，采用數碼雷管微差爆破技術，可達到降振等作用；對于破碎帶，則采用啄木鳥機械開挖。光面與數碼雷管微差爆破的主要參數通過試驗確定；在施工中根據地質的變化及時修正爆破參數；炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯接，均由經過考核合格的炮工負責，并嚴格按爆破圖的規定操作。地質變化情況由設計代表現場簽認。

隧洞開挖嚴格按施工圖紙所標明的設計開挖線進行放線，不允許任何型式的欠挖，平均徑向超挖值，平洞不大于20cm，不良地質條件地段的容許超挖值由設計、業主、監理、施工單位共同確定。

(5)測量監控

①根據隧洞的地質條件，圍巖特點，設計要求，主要的測量監控項目見表2。

②隧洞開挖與支護時，及時埋入觀測儀器或錨固件。

表2 2#隧洞測量監控項目

③洞內拱頂下沉與水平收斂測量點布置在同一斷面內，斷面間距為5m。測量頻率依據開挖后的時間、測點距開挖面的距離以及設計要求進行。

④取得測量數據后，將同一斷面的各種測量數據互相印證，確認測量結果的可靠性；對位移等物理量隨時間變化的時態曲線進行回歸處理，監視時態曲線的變化規律；利用電子計算機進行數據處理，分析圍巖變形的空間分布規律，了解圍巖的穩定性特征[6]。

⑤通過對測量結果的分析，對圍巖穩定狀態，施工方法和安全措施情況進行評判，將評判結果反饋到設計和施工中，及時調整施工方法和設計參數[7]。

2.3 隧洞支護工程施工

(1)支護工程施工

①洞口邊坡支護。洞口邊仰坡按1:1或1:1.5開挖完成后，先噴射厚5cm的C25混凝土，再按設計要求布孔、鉆孔、打錨桿、灌漿、掛網、錨噴支護施工。錨桿進入中風化巖體長度3m、強風化巖體長度7m、土質邊坡9m，間距1.5m,水平傾角10°～15°，桿體為φ25的螺紋鋼筋；掛網鋼筋φ10mm，間距300mm；錨噴混凝土厚度10cm，等級為C25；排水溝混凝土等級為C20。

②超前支護施工。采用超前管棚施工技術，主要工序為搭設鉆孔平臺、安裝鉆機、鉆孔、清孔、驗孔、安裝管棚鋼管、注漿、清孔、填充水泥砂漿等。鋼管采用熱軋無縫鋼管，Φ108mm，壁厚6mm，每節長3m或6m,鋼管兩端加工成外絲扣；拱部環向間距40cm，邊墻間距80cm，仰角1°～2°；徑向誤差小于20cm，環向誤差小于10cm；每一斷面上鋼管接頭數量不超過50%，相鄰鋼管的接頭錯開1m以上。

③鋼拱架支護施工。對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段，采用16或20a工字鋼拱架支護，拱架間距0.6～1.0m(視地質條件確定)；拱頂超前小導管灌漿，小導管中心間距40cm,管長3～6m，尾部與工字鋼焊接；洞頂、洞壁噴C25混凝土，厚度10～15cm；兩榀鋼拱架間采用φ16mm鋼筋焊接，間距500mm。

鋼拱架支護安裝后，施工單位對破碎軟弱地帶的圍巖穩定進行監測，遇有危險情況，及時增強鋼支撐或采取其他加強措施[8]。

④鋼筋網施工。在噴射混凝土前布設鋼筋網，鋼筋網間距150～300mm，直徑φ8～10mm。

⑤噴射混凝土施工。水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥；細骨料采用堅硬、耐久的粗、中砂，細度模數宜大于2.5，含水量控制在5%～7%；粗骨料采用堅硬、耐久碎石，粒徑不大于15mm；速凝劑摻量通過現場試驗確定，初凝時間不大于5min，終凝時間不大于10min；水泥和速凝劑質量誤差±2%，砂、石骨料質量誤差±3%；按有關規定進行噴射混凝土工藝質量和抗壓強度試驗，達到要求并經監理方批準后用于噴射混凝土施工。錨噴組合施工中主要按《水利水電工程錨噴支護技術規范》(SL377-2007)規定的參數執行。

⑥養護。噴射混凝土終凝2h后開始噴水養護，養護時間一般工程不少于7d，重要部位工程不少于14d，氣溫低于5℃，不得噴水養護。

(2)混凝土襯砌施工

①分段施工。按設計伸縮縫及項目劃分情況分段、分塊澆筑混凝土，即每段混凝土分兩次澆筑，先澆筑底板，再澆筑兩側邊墻與頂拱段。

②安裝調試臺車。鋪設枕木、軌道，安裝、調試襯砌鋼模臺車，軌道中心線與隧道中心線偏差控制在±1cm以內，并保證臺車平穩[9]。

③模板工程。鋼模臺車依據2#隧洞尺寸設計與制造，長度為6m，模板為大塊整體式鋼模，表面平整、光潔。鋼模臺車兩端頭擋頭模板采用木模，木模上鉆孔穿設襯砌縱向連接鋼筋，以利于下一循環相連接。

④鋼筋工程。鋼筋在加工廠內進行加工，加工時按照設計圖紙和技術規范，對鋼筋配料、加工，加工后的鋼筋分型號、分部位堆放整齊。并根據施工進度安排及時運到現場安裝。

現場安裝鋼筋時，根據設計圖紙，測量并放樣中線、高程等控制點，預埋錨筋，布設鋼筋網骨架，再鋪設分布鋼筋。鋼筋采用人工綁扎，綁扎時使用鐵絲和電焊加固。

⑤止水與變形縫施工。止水設施的型式、尺寸、埋設位置和材料的品種規格按施工圖紙的規定和技術要求實施，變形縫使用止水銅片，厚0.8mm，寬300mm。

⑥混凝土澆筑施工。底板混凝土采用泵送入倉，插入式振搗器振搗，樣架控制收倉面，人工配合收平、抹面。邊墻、頂拱襯砌采用混凝土攪拌車運往洞內，混凝土輸送泵入倉，插入式振搗棒振搗。附著式混凝土振搗器輔助振搗，確保均勻振搗，混凝土成型后內實外光。混凝土自模板高口灌入，由下而上，對稱分層，先邊墻后頂拱澆筑，澆筑至頂拱時，使用封拱器在壓力下封拱。在混凝土澆筑過程中，觀察模板、支架、鋼筋、預埋件的情況，若發現有變形、移位時，及時采取措施進行處理[10]。

⑦拆模。混凝土強度達到2.5MPa時拆模。

⑧混凝土養護。及時灑水養護，混凝土養護期按規范的規定執行。

3 質量控制

3.1 檢測方法

(1)原材料控制。對當地取材的原材料由參建各方現場檢查、對照，確定供應廠家；對鋼筋、水泥等原材料由參建各方商定后指定生產廠家；施工單位建立現場試驗室，對進場的水泥、砂、碎石、外加劑、鋼筋、混凝土及等各種原材料及不同標號的試塊，按批量、批次的要求，在監理的見證下取樣、送檢。

(2)檢測試驗。施工單位的檢測試驗委托有相應資質的單位檢測試驗，監理單位的平行檢測則委托另一家有相應資質的單位檢測試驗。

(3)錨桿質量檢查。按錨桿的位置和地質條件變化分別抽樣進行拉拔力試驗。

(4)噴射混凝土質量檢查。做抗壓強度及黏結力試驗。

(5)鉆孔取芯檢查。混凝土澆筑完成并保養28d后，按單元工程劃分，分別鉆孔取芯，并做抗壓強度、滲透系數等試驗，以及對抽芯樣的完整性、均勻性評價等。

3.2 檢測結果

(1)原材料檢測合格率100%。

(2)錨桿的拉拔力與注漿密實度均大于設計值。

(3)噴射混凝土養護28d后，采用配有金剛石鉆頭的小型鉆機，在噴射混凝土結構物上鉆取芯樣，芯樣直徑為100mm，高度為100mm，抗壓強度達到C25混凝土要求；其噴層厚度、噴射混凝土與巖面間的黏結力以及噴層之間的粘結力符合設計要求。

(4)襯砌混凝土做回彈和取芯試驗，符合設計要求。

4 結 語

黃河溝防洪工程2#隧洞開挖與支護施工的實踐證明，地質條件的多變,增加了工程施工的難度，但提前做好地質變化的預測分析，并依據施工現場的實際情況，按照規范與設計要求，選擇合理的施工方案，把握好施質量、安全、進度等控制與管理，對于確保工程建設的順利實施有一定的作用。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程錨噴支護技術規范：SL377-2007[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2] 中華人民共和國建設部. 錨桿噴射混凝土支護技術規范：GB50086-2001[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[3] 國家安全生產監督管理總局.爆破安全規劃：GB6722-2014[S].北京：中國標準出版社，2015.

[4] 中華人民共和國水利部.水工隧洞設計規范：SL279-2002[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[5] 劉 強,馬 軍.錨噴支護技術在隧洞檢修豎井中的應用[J].東北水利水電,2013,(2):24-25.

[6] 宋 武.鋼支撐、小導管和錨噴支護體系在隧道開挖中的應用[J].珠江現代建設,2015,(2):25-28.

[7] 王五奇,盧春亭,王同生.液壓鋼模臺車整澆暗涵管身施工技術[J].施工技術，2012,41(8月上)：106-109.

[8] 李 進,胡子康,趙青春.改制鋼模臺車在潘口水電站導流洞施工中的應用[J].人民長江,2012,(16):52-53.

[9] 陳建明,田 野.溪洛渡左岸導流隧洞襯砌鋼模臺車的施工工藝[J].水利建設與管理,2013,(1):43-44.

[10] 張軍偉,梅志榮,唐 與.特長隧洞TBM施工與錨噴支護應用研究[J].鐵道工程學報,2011,(1):39-45.