巖溶地區特長圓形小斷面引水隧洞施工關鍵技術研究

（貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

貴州夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）位于畢節、遵義2個地級市，受水對象包括畢節市七星關區與納雍縣、赫章縣、大方縣、織金縣、黔西縣、金沙縣、遵義市遵義縣、紅花崗區和懷仁市。工程主要包括水源工程、畢大供水工程和灌區骨干輸水工程3個部分。壩址位于七星關與納雍交界六沖河中游潘家巖處，水庫壩址距離畢節市區約50 km。

夾巖工程北干渠2標工程建筑物包括水打橋隧洞K10+300-K20+360段及出口漸變段（長16.8 m），水打橋隧洞總長20.36 km。K10+300-K20+360標段為無壓流，隧洞進口接總干渠末分水閘，出口接白甫河倒虹管，隧洞設計流量31m3/s，加大流量34.61 m3/s。隧洞斷面采用圓形，襯砌后凈空半徑2.7 m，設計水深3.998 m，加大水深4.356 m。III、IV、V類圍巖斷面為C25鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為0.4，0.4 m和0.5 m，高位水壓力洞段IV、V類圍巖襯砌厚度分別為0.5 m和0.8 m。

隧洞洞身段巖體主要處在 T1yn1、T1yn3、T1y3隔水層及T1yn1強透水層分界線附近，T1yn4溶塌角礫巖以及T2g1泥質白云巖底層等，隧洞洞身巖體大部分處在新鮮巖體上，部分底層受斷裂帶影響。隧洞埋深在80～432 m，中部穿過落腳河向斜、大方背斜和F103、 F103-1、 F104、 F106、 F106-1、 F106-2、F106-3、F106-4、F106-5斷層。除斷層破碎帶及其影響帶外，洞室圍巖總體巖體新鮮完整，以III類、IV類圍巖為主，局部為V類。隧洞位于地下水位以下，因洞身段為強巖溶底層，地表巖溶洼地、落水洞呈串珠狀分布，存在2條較大巖溶管道系統，本標段涉及到水落洞暗河系統，位于樁號K11+450附近，隧洞受巖溶影響較大，可能出現涌水、涌泥等地質現象。隧洞斷面示意見圖1。

圖1 隧洞斷面示意（IV類圍巖，單位：cm）

2 關鍵技術

由于水打橋隧洞為圓形隧洞斷面，斷面狹小，隧洞施工進度受到影響。如何減少狹小空間對隧洞機械化施工的影響是需要克服的技術難題之一，采取的關鍵技術有：①風水管線的布置；②施工道路的預留方式和寬度選擇；③避（調）車洞的選擇和布置；④排水系統的選擇和布置；⑤針梁臺車襯砌快速施工組織。

通過合理布置隧洞風水管線，減少了風水管線對施工的干擾，有效地解決了隧洞內空間狹小對施工機具的影響，加快了施工速度。通過對工序和施工工藝的調整，解決了隧洞斷面狹小、無法連續作業的問題，提高了襯砌的施工速度。

3 施工技術研究

3.1 水打橋隧洞施工布置

3.1.1 施工道路設置

由于水打橋隧洞為圓形隧洞，底板為弧形，施工機具的行駛十分困難。在開挖過程中預留底板二次開挖，在底板爆破開挖過程中可能損壞已有的風水管線，存在較大的安全隱患。綜合現場的實際情況，水打橋隧洞采取一次開挖，在工作面預留5 m的施工距離。隨著隧洞開挖的深入，利用爆破石渣進行道路鋪筑，道路建設進行預留排水邊溝，路面寬度3.5 m，右側預留0.8 m人行通道，左側預留寬0.8 cm、深0.5 cm的排水溝，詳見圖2。

3.1.2 風水管線路和施工用電布置

根據隧洞斷面特點，在洞內左側布置風水管線，右側布置電力線路，具體見圖3。根據隧洞內出渣車寬2.5 m、高3.5 m的凈空要求、隧洞通風及施工用風水等需要，綜合利用圓形隧洞左右兩側弧形區域，合理布置隧洞通風、高壓風管和高壓水管。

圖2 水打橋隧洞內場地布置（單位：cm）

根據隧洞斷面形狀，在隧洞左側底板0.8m高度處設置高壓風管和高壓水管，方便管線安裝和排水邊溝的清理。隧洞通風管布置在距離底板高3 m處，充分利用了右側弧度空間，并且不影響小型機械運輸對通風筒的破壞。隧洞施工用電和照明用電分開布置，施工用電布置在右側，距離底板高度2.7 m。采取“三相五線制”方式布置兩條照明線路，每10m布置一個100W燈泡，燈泡底部距離地面2.5 m。

圖3 水打橋隧洞風水電布置（單位：cm）

3.1.3 避（調）車洞的選擇和布置

由于隧洞斷面狹小，僅允許一臺出渣機械在隧洞內行駛，隧洞爆破棄渣的清理速度和各種出渣機械在隧洞內的調頭、錯車均成為制約隧洞快速施工的因素。合理選擇避（調）車洞既可以提高隧洞施工速度，減少避車洞、調車洞施工數量及投資成本，還能保證隧洞內機具和人員的安全。

根據隧洞風水管線的布置形式，避（調）車洞選擇布置在隧洞的右側，避車洞和調車洞間隔布置，間距200 m。采用該形式布置的目的是減少施工機具在隧洞內倒車行駛的距離，避免駕駛車輛人員因視線不佳造成隧洞內人員傷害和設備損壞，降低隧洞的施工風險。隧洞避（調）車洞及出渣機具位置見圖4。

圖4 隧洞避（調）車洞及出渣機具位置示意

3.1.4 施工注意事項

（1）由于隧洞斷面狹小，除設置排水邊溝外，還可在隧洞內排水系統中設置排水管和抽水臨時泵站。隨著排水管線數量的增加，排水管線布置要綜合考慮抽排水工程量，合理選擇管材型號；在安裝過程中要進行嚴格線型控制，防止管線占用隧洞空間。

（2）避車洞、調車洞間隔布置的距離主要考慮出渣機械的型號和一次裝渣量，若出渣設備型號小、功率低，可適當縮小調（避）車洞的布置間距，以加快出渣速度。

（3）由于隧洞斷面狹小，車輛行駛過程中對隧洞內施工人員的安全隱患較大，臨時泵站宜選在距離避調車洞較近的位置設置。

3.2 針梁式臺車［1］

（1）全圓針梁式臺車主要由針梁、圓形整體模板、行走系統和支撐系統組成，見圖5。

（2）針梁臺車的正視圖及脫模示意見圖6。

（3）臺車行走運行原理見圖7。

3.3 針梁臺車襯砌施工

水打橋隧洞襯砌為C25鋼筋混凝土襯砌，由于針梁的影響，襯砌鋼筋綁扎難度大，綁扎速度直接影響混凝土襯砌的施工速度，因此提高襯砌混凝土施工速度是該標段研究的重點。針梁臺車C25鋼筋混凝土襯砌工藝流程見圖8。針梁臺車綁扎鋼筋示意圖見圖9。

3.3.1 主要步驟及技術措施

（1）圓形隧洞上部240°范圍鋼筋綁扎。由于圓形隧洞的特殊性，無法一次性全環綁扎鋼筋，需要分為上下兩部分分別進行綁扎，降低針梁對鋼筋綁扎的影響。根據現場實踐，在減少鋼筋洞外預制的條件下，將鋼筋分為上部240°范圍第一次綁扎，下部120°范圍第二次綁扎，有利于鋼筋的成型和快速施工。首先在隧洞洞壁上安裝架立鋼筋，用于承受上部全部鋼筋重量。架立鋼筋采用Ф22鋼筋，環向間距1.5 m，縱向間距1.0 m，鋼筋深入巖層15 cm，縱向架立鋼筋與徑向架立鋼筋采用焊接連接。架立鋼筋綁扎完成后依次安裝環向和縱向鋼筋。上部鋼筋布置見圖10。

（2）針梁臺車移動。上部鋼筋綁扎完成后，將臺車針梁向臺車行走方向移動。移動距離大于12 m，給下部120°范圍內鋼筋綁扎留有足夠的空間。

（3）下部120°范圍內鋼筋綁扎。步驟與上部鋼筋綁扎相同，首先安裝架立鋼筋，然后依次綁扎環向鋼筋和縱向鋼筋。在綁扎下部鋼筋時，上下部鋼筋采用焊接連接，見圖11。

圖5 全圓針梁式臺車結構示意（單位：cm）

圖6 針梁臺車的正視圖及脫模示意

圖7 針梁臺車行走示意

（4）臺車定位澆筑混凝土。完成臺車定位后，檢查針梁是否按照要求與地面接觸牢固，防止針梁在模板行走過程中移位，造成臺車損壞。待模板移動至鋼筋綁扎完成區段后，封堵端頭，采用泵送混凝土進行澆筑。

圖8 針梁臺車C25鋼筋混凝土襯砌工藝流程

（5）綁扎上部120°范圍鋼筋12 m。由于混凝土強度達到拆模要求需要10～12 h，建議該時間段沿襯砌施工方向利用鋼筋綁扎臺車，按照常規方法向前綁扎拱部鋼筋12 m。

圖9 針梁臺車襯砌鋼筋綁扎示意

圖10 上部120°范圍鋼筋綁扎

圖11 下部120°鋼筋綁扎

（6）拆模、針梁前移，綁扎下一倉下部鋼筋。襯砌達到拆模條件后，保持模板不動，移動針梁臺車，綁扎下部120°范圍鋼筋，進行下一倉襯砌混凝土澆筑。

4 結論

（1）通過合理布置水打橋隧洞施工，解決了小段面圓形隧洞空間狹小、不利于施工組織的問題，保證了隧洞安全快速施工。

（2）通過施工工藝的調整，克服了針梁臺車對隧洞襯砌鋼筋綁扎速度的影響，減少了施工干擾，加快了襯砌的施工速度。

（3）通過合理組織和嚴格管理，大大降低了人員、材料、機具的消耗，為項目盈利奠定了良好基礎。

夾巖工程北干渠2標工程于2017年7月21日全線貫通，于2018年5月完成全部襯砌施工，比計劃完工時間提前1a，取得了較好的社會和經濟效益。