重慶璧山區河湖水系連通工程隧洞施工技術淺析

蘇 營

（福建路港（集團）有限公司，福建 泉州 362000）

全面落實最嚴格的水資源管理制度，從根本上提高水資源統籌配置能力、改善河湖健康狀況和增強抵御水旱災害能力，2010年1月，水利部在全國水利規劃計劃工作會議提出“河湖連通是提高水資源配置能力的重要途徑[1]”。

2011年我國正式推出河湖水系連通工程新方略，河湖水系連通在新時代被賦予了新內涵，主要體現在水系連通以湖泊、江河和水庫等水利調蓄工程為基礎，通過一定的工程措施建立疏導、引排和調度等機制，增強改善江河湖水體之間的聯系，以提高水利系統對整個生態環境的優化能力和抵御相關極端氣候災害的裕度。優化水資源配置，改善不良水系的生態環境是水系連通工程最重要的功能。在山區等地形條件下，水利隧洞是水系連通工程的最主要手段，基于其較為復雜的施工工藝和構造，反復的水力條件和承擔的多重功能及型式，為提高隧洞的可靠性和安全性，應充分了解工程特點，從實際情況出發，合理規劃施工方案管理技術，以便高質高效的完成此控制性工程。

1 工程概況

1.1 工程建設任務

璧山區河湖水系連通工程任務為打造璧山河湖水系連通，對璧南河進行生態保護與修復，提升璧山區的形象，改善璧南河沿岸人居環境。工程任務主要包含：①璧北河～璧南河連通工程一期輸水工程；②觀音堂翻板閘整治工程；③璧南河朱家橋至觀音堂段清淤工程；④璧南河生態護岸工程。

璧北河～璧南河河湖水系連通工程輸水隧洞部分主要是對璧北河～璧南河進行隧洞連通，其起點位于璧北河支流大河壩攔河堰上游堆子坡斜對岸，距離千秋堰水庫壩址下游約500 m，終點位于璧南河支流福里樹上游皮家槽處，隧洞出口直接匯入皮家槽溝，流入璧南河。

隧洞工程主要由以下幾部分組成：大河壩進口取水建筑物；隧洞（主洞）洞身及施工支洞長；千秋堰進口取水建筑物及支洞，隧洞出口建筑物。隧洞工程為無壓隧洞，主隧洞設計引水流量1.64 m3/s，設計縱坡1/3000，隧洞為城門洞型襯砌，斷面尺寸為1.8 m×2.1 m，為C25鋼筋砼襯砌結構。千秋堰支洞也為無壓隧洞，進口及斜洞末端均設置消力池，斜洞坡度15°，斷面尺寸1.8 m×2.0 m，為C25鋼筋砼襯砌結構。

1.2 工程地質條件

隧洞進口為施工支洞。地形平坦，基巖基本外露，自然山坡坡度約50度，自然山坡穩定，根據鉆探揭露及地面調查，隧洞區地層自上而下為：素填土，坡積粉質粘土，全風化頁巖，沙土狀全風化砂巖，碎塊狀全風化砂巖，弱風化砂巖。

隧道區未發現有明顯滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現象的跡象。覆蓋層為第四系全新統殘坡積（el-dlQ4）含碎石粉、砂質粘土。進口段巖體風化嚴重，受到區域斷層影響造成工程地質條件不良。隧洞洞身段圍巖為株羅系上統C-2段（J3C-2）淺灰紫色流紋質含角礫玻屑凝灰巖，巖體堅硬密實，厚度達45 m～75 m。隧洞圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類，且完整性較好，未見風化現象。局部巖體遭受區域斷層影響，造成破碎風化現象，類別歸屬Ⅳ～Ⅴ類。

2 施工技術難度

2.1 隧洞開挖斷面較小，出渣效率受限

隧洞開挖斷面較小，大型機械進入作業無法展開，且支護強度高，洞內工作量大。同時工作面狹窄，交叉作業情況突出，為保證快速出渣必須嚴格控制好進洞機械調度安排，保證洞內交通通暢。

2.2 隧洞通風除塵

隧洞主洞長度為2200 m，支洞長度為385 m，結合設計及現場實際考慮，如何保證開挖面的通風除塵為本工程施工難點之一。

2.3 隧洞開挖

洞口邊坡開挖；強風化巖層開挖邊坡1：0.7，弱風化巖層開挖邊坡1∶0.5，臨時邊坡1∶0.4。洞口周圍應布置截水溝，防止地下水、地表水和施工用水倒灌進入洞室。

隧洞洞挖采用掘進機開挖，開挖過程中必須注意超挖、欠挖及軸線控制，應及時做好現場地質編錄，加強臨時支護，保證施工安全。

開挖過程中局部不穩定的巖快采用隨機錨桿和支護，錨桿錨入深度、布置方式和支護方式根據實際開挖情況現場確定。

3 施工技術分析

3.1 洞身開挖

隧洞洞身開挖全程采用掘進機法進行施工。根據揭示的圍巖類別，視現場實際地質情況選用XTR4/230懸臂式掘進機進行施工，掘進機施工工藝流程見圖1。

圖1 掘進機施工工藝流程圖

工作面采用“一次截割成形”，即截割頭從工作面中間截面的底部開始截割。利用截割部的上下、左右移動，以及行走功能，按截割規定的路線使截割頭掃過隧洞截面使其一次成形。截下的石渣由鏟板部收集，通過傳動皮帶裝卸與自卸農用車運至渣場。

3.2 管棚超前支護

為保證管棚位置和方向的準確，在洞口拱部設導向墻。管棚為直徑φ108，壁厚6 mm,環向間距和外插角按照設計要求施工。為確保鉆孔位置和方向準度，管棚鉆機施鉆時由套拱上的導向鋼管確定插入位置。為了保證鉆機的工作空間和鉆孔精度，需要在支護外布置75 cm的操作空間。灌漿壓力確定出壓0.5 MPa～1.0 MPa，終壓為 2.0 MPa，材料選用水灰比為 1 ∶1 的水泥漿。按照規范灌漿前首先開展灌漿試驗，通過試驗確定灌漿參數，以利于后期施工。

管棚施工順序為先施工放樣，再護拱，然后鉆機就位，先鉆奇數號孔打入奇數號鋼管，然后注漿，再接著鉆偶數號孔，檢查注漿效果后，再打入偶數號鋼管，然后注漿。鉆孔和注漿要按照從高到低，從外圈到內圈，從上到下，從中間到兩邊的順序進行施工，管棚鋼管大樣見圖2。

圖2 管棚鋼管大樣圖

3.3 錨桿施工

砂漿錨桿施工示意見圖3。

圖3 砂漿錨桿施工示意圖

（1）鉆孔：根據設計文件定位孔口，確保鉆孔方向、深度和間距精度。施工采用氣腿式鑿巖機鉆孔，按照孔深誤差不大于50 mm，孔徑42 mm確定鉆孔參數。

（2）洗孔：為確保灌漿工序的順利進行，采用高壓風機吹孔，凈化巖屑和碎渣。

（3）安裝錨桿：順著孔洞將錨桿插至孔底，并在孔口處外露不小于12 cm的錨桿尾，以便焊接鋼筋網。

（4）安裝止漿塞：在錨桿尾端安裝止漿塞，確保密封。

（5）壓注注漿材料：將排氣管和錨桿插入孔底，外露1 m左右的長度。注漿管安裝在孔口位置，并用止漿塞封堵嚴密。試驗排氣管通氣順暢后開始灌漿，以排氣管無法排氣或漿液溢出為注漿結束標志。

3.4 噴射混凝土施工

采用TK-961型混凝土噴射機噴射骨料，骨料用強制拌合機分批次投料拌合。

噴射混凝土必須保證達到設計要求的抗壓強度、抗滲性能。必要時可添加外加劑，嚴格控制水灰比。

混凝土按照初噴和復噴分兩次噴射，初噴的目的是盡快封閉外露巖面，阻止巖層表面的風化侵蝕。復噴是在錨桿和鋼架安裝完成后進行的，以便形成噴錨支護體共同受力，抑制圍巖進一步變形，噴錨施工順序見圖4。

圖4 噴錨施工順序

3.5 沉降縫、施工縫施工

沉降縫通常采用膨脹止水條和中埋式橡膠止水帶并配合瀝青麻絮填縫。

在澆筑二次襯砌混凝土時，要注意避免止水帶變形移位。通常采用定位鋼筋和鋼筋夾卡注止水帶。施工縫設置橡膠止水帶要牢固地安裝在預留槽內。

3.6 施工排水

隧洞上坡施工采用自然排水，施工污水經沉淀池沉淀、凈化處理后流走。下坡施工，沿縱坡每隔50 m設集水坑一個，自吸水泵排水至排水溝，排水溝縱坡控制在2%左右，流至下一級集水坑，直至排洞外排水溝，反坡排水見圖5。

圖5 反坡施工排水示意圖

4 結語

（1）河湖水系連通工程能夠較好地完成水資源二次調配、改善水質和生態環境，抵御極端氣候水災害等任務，同時，通過科學規劃高效管理能妥善處置工程運行過程出現的預料之外的問題。

（2）水利隧洞施工應充分結合其工程地質條件、施工環境因素、工程任務要求和圍巖級別等采用相應的施工技術和管理方案，提升施工技術水平，確保工程按照進度要求順利完工發揮效益[2]。

（3）水利隧洞施工的主要模塊包括隧洞開挖、混凝土噴射施工、錨桿施工、襯砌和回填灌漿等幾大部分，施工過程中緊抓這幾部分工藝和質量是完成隧洞工程目標任務的基礎[3]。