某輸水隧洞10號施工支洞設計與施工

宋昊

摘 要：施工支洞的選型、結構穩定性、施工進度等直接影響主體工程的安全及進度，在不同圍巖強度及類型情況下的支護型式、襯砌厚度、特殊段處理應根據具體情況進行調整。輸水總干線工程由隧洞、PCCP管、預應力涵等結構型式組成，隧洞編號1至10根據輸水工程10號施工支洞的基本情況，對支洞進入不同地質條件下的支護、襯砌型式及施工方法進行闡述與分析，以期完善施工支洞的設計及施工方法。

關鍵詞：施工支洞 設計 施工

中圖分類號：TV672 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（c）-0043-02

1 工程概況

吉林省中部城市引松供水工程從豐滿水庫取水，供水范圍為長春市、四平市、遼源市及所屬的多個地區等。工程主要由輸水總干線、分水樞紐和輸水支線等組成。

輸水總干線工程由隧洞、PCCP管、預應力涵等結構型式組成，隧洞編號1至10，其中10號隧洞樁號為總干線99+703～109+565.79m，10號施工支洞（以下簡稱支洞）與10號隧洞中心線交點樁號為總干線107+775m。支洞與10號隧洞水平夾角37°，支洞水平投影長度549m，支洞進口底高程258.00m，支洞與主洞交點成洞底高程218.08m。

2 支洞地質條件

支洞口地貌為丘陵，地勢平緩，地形坡度5°，植被較發育，洞口位于緩坡上。支洞口表層為粘性土含少量碎塊石，黑褐～黃褐色，稍濕，稍密，碎塊石占15%～20%，塊徑大小混雜，一般5～10cm，棱角狀，基巖為燕山早期花崗巖，中粗粒結構，塊狀構造，堅硬。支洞洞身段圍巖分為土洞段、II類圍巖（微風化）、Ⅲ類圍巖（弱風化），IV類圍巖（弱風化），V類圍巖（強風化）。

3 支洞設計

3.1 支洞洞臉設計

洞臉開挖邊坡為1∶1.5，為了洞臉邊坡穩定及施工安全，洞臉采用混凝土拱圈（混凝土明洞）鎖口。明洞段兩側與開挖邊坡之間采用漿砌石砌筑。洞臉邊坡采用掛網噴混凝土砂漿錨桿支護。錨桿為φ22，L=2.5m，間距2.5m，掛φ8@200×200鋼筋網，噴C20混凝土，厚10cm。在洞臉仰坡設排水孔，孔深0.5m，間排距2m，排水孔采用φ50PVC管，并將排水孔伸到漿砌石擋墻外。

3.2 支洞洞身設計

通過綜合比較，確定支洞縱坡為8.5%。縱坡水平長度每150m設一水平段，水平段長20m。主、支洞交叉處設置20m長緩臺。施工支洞斷面采用城門洞型，支洞斷面凈尺寸為5.1m×5.1m（寬×高）。

支洞土洞段頂拱采用管棚加固，管棚環向間距30cm，排距2.5m，管棚采用φ42無縫鋼管，管壁厚3.5mm，L=4m，鋼管與洞壁傾角5°。采用I16鋼拱架臨時支護，鋼拱架外掛φ8@200×200鋼筋網。拱架之間設縱向連接筋，直徑為22mm，鋼筋采用HRB400鋼筋，連接筋布置在工字型內圈側，單排環向間距1.0m。鋼拱架間距為0.5m。每榀拱架安裝后噴射c20砼，跟進砼（C25F200W4）二次襯砌。

支洞V類圍巖段采用鋼筋格柵掛φ8@200×200鋼筋網，噴C20混凝土支護，支護厚度30cm，格柵間距為0.5m，格柵由2半頂拱、2邊側壁共計4部分組成。采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度20cm。每榀格柵安裝后噴射c20砼，跟進砼（C25F200W4）二次襯砌。

V類圍巖段如局部圍巖松散無法成洞，頂拱160°增設超前錨桿，超前錨桿采用水泥砂漿錨桿，φ25螺紋鋼，長4m，錨桿入巖長度3.9m，巖面外裸露0.1m，尾部與拱架焊接，錨桿與洞軸線傾角5°，超前錨桿環向間距30cm，排距2.5m。

支洞IV類圍巖段采用鋼筋格柵掛φ8@200×200鋼筋網，噴C20混凝土支護，支護厚度20cm，格柵間距為0.8m，格柵由2半頂拱、2邊側壁共計4部分組成。采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度30cm。每榀格柵安裝后噴射c20砼，跟進砼（C25F200W4）二次襯砌。

支洞Ⅲ類圍巖段頂拱掛φ8@200×200鋼筋網，噴C20混凝土12cm，頂拱局部打φ22隨機錨桿，錨桿長2.5m。

支洞Ⅱ類圍巖段噴C20混凝土10cm，頂拱局部打φ22隨機錨桿，錨桿長2m。

4 支洞施工

4.1 支洞洞口施工

（1）洞口覆蓋層清除。液壓挖掘機開挖范圍外，洞口高處的土方采用人工開挖，人工清理。支洞口周圍低處覆蓋層、全風化層清除，采用2m3液壓挖掘機開挖。2m3挖掘機配15t自卸汽車運輸。

（2）洞口石方開挖。洞口開挖過程中，局部殘留的巖體需要爆破時，采用預裂爆破，當開挖進入設計坡面線1m范圍時，改用人工修坡。石方開挖采用風鉆鉆孔爆破，人工輔助撬挖，人工清理工作面，2m3裝載機配15t自卸汽車運輸。

（3）洞臉錨噴支護。混凝土初噴前搭設腳手架平臺，對噴射作業區各種松動巖塊、巖粉、巖渣等進行清理和沖洗，采用0.8m3混凝土攪拌機拌和混凝土，噴射混凝土采用4～5m3混凝土噴射機。初噴后緊接著進行砂漿錨桿施工，錨桿采用人工風鉆鉆孔，人工掛網安裝砂漿錨桿。

4.2 支洞洞身段施工

（1）支洞石方開挖。采用新奧法（NATM）光面爆破施工。選擇全斷面開挖方式，Ⅱ、Ⅲ類圍巖循環進尺為3.5m。Ⅳ、Ⅴ類圍巖循環進尺為1.0m。開挖采用三臂液壓鑿巖臺車鉆孔，全斷面開挖，人工平臺車裝藥爆破，采用配有耐磨輪胎和廢氣凈化裝置的2m3輪胎式裝載機裝15t環保型自卸汽車運輸。

（2）一次支護。錨桿鉆孔采用三臂液壓鑿巖臺車鉆孔，局部采用汽腿式風鉆配合，采用快硬水泥卷錨桿，人工安裝錨桿并掛網。噴射混凝土采用0.8m3混凝土攪拌機拌和混凝土，采用6～10m3/h混凝土噴射機噴射混凝土。

（3）二次襯砌。二次襯砌模板采用針梁鋼模臺車，混凝土拌制采用0.8m3混凝土攪拌機，自卸汽車運輸混凝土，混凝土輸送泵泵送混凝土入倉，插入式振搗器振搗混凝土。

4.3 特殊段施工

（1）涌水問題。針對鉆爆法施工可能發生的局部涌水問題，先做好超前地質預報，再根據實際情況采取適當的措施。對涌水量較小的洞段，在拱頂部位打一定數量的超前鉆孔作為排水減壓孔，根據估算的涌水量選擇水泵，將水集中引出洞外。對涌水量較大的突發涌水洞段，采用引堵結合的辦法處理，采用導管引流，治分散為集中，用排水管集中引水，然后再噴射混凝土。即圍巖出現淋水應首先根據地質情況，在穿越透水層部位布置一定數量的排水孔，用長40～70cm，直徑20～25mm的鋼管插入排水孔內，插入深度為30～60cm，鋼管與巖壁間的空隙用棉紗封緊，再用1∶1加速凝劑的水泥砂漿堵在棉紗外部，以迫使地下水沿鋼管排出。

（2）圍巖穩定問題。為防止隧洞在施工開挖工程中出現塌方，對圍巖破碎地段采用超前小導管注漿的措施。對V類圍巖節理裂隙密集等地段，沿開挖外輪廓線，以10°～30°角度，打入管壁帶孔的小導管，并以一定壓力向管內壓注漿液的施工措施。小導管采用φ32熱軋無縫鋼管，長度4.5m。小導管排間距為500m，行間距為500m 。對Ⅳ類圍巖節理裂隙密集等地段，沿隧洞縱向在拱上部開挖輪廓線外一定范圍內向前上方傾斜5°～30°，打入砂漿錨桿。砂漿錨桿直徑選用φ22，錨桿長度2.5m，排間距為1000m，行間距為1000m 。

5 結語

施工支洞的選型、結構穩定性、施工進度等直接影響主體工程的安全及進度，在不同圍巖強度及類型情況下的支護型式、襯砌厚度、特殊段處理應根據具體情況進行調整。支洞施工應短進尺，合理調整臨時支護型式及參數，采用格柵拱架或鋼拱架支護時，可根據排距及頂拱的整體處理方式取消系統錨桿，僅對特殊地質段進行加強支護。

參考文獻

[1] 水利水電工程施工組織設計手冊[S].中國水利水電出版社，2009.

[2] 劉建國.富水復雜地質淺埋暗挖隧洞修建技術[M].人民交通出版社，2012.