水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工工藝探究

戴偉明，洪 梁

(宜春市袁州區水利局，江西 宜春 336000)

1 工程概況

袁州區飛劍潭水庫位于江西省宜春市袁州區劍潭鄉境內，壩址位于贛江水系袁河北岸坑西河支流遼市河上游段，距離宜春市區36 km。壩址控制流域面積70.3 km2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖等綜合利用的大(2)型水庫樞紐工程，是袁北灌區的主要灌溉水源之一。飛劍潭水庫正常蓄水位180.00 m,死水位164.00 m,洪水標準為100 a一遇洪水設計，10 000 a一遇洪水校核，相對應的設計洪水位181.30 m,校核洪水位182.83 m,總庫容1.056億m3。主要建筑物包括：主壩、1號副壩、2號副壩、泄洪輸水隧洞、非常溢洪道及發電站等。水庫始建于1958年，自1960年蓄水，直到1979年才初步建成泄洪規模。為了應對當地暴雨與洪水防范挑戰，專門開展除險加固工程，運用新建泄洪隧洞，保證水庫在泄洪除險中發揮重要作用。根據以往暴雨與洪水的相關特征可發現：在4—6月，降雨量平均值達到691.4 mm。在7月、8月有所減少，降雨量均值為319.9 mm。在182.20 m抗洪水位下，其水庫容量需達到9930 m3。

在新建泄洪隧洞施工項目中，主要設有泄洪輸水隧洞，位于飛劍潭水庫大壩右側山體內，連通著下游河道。施工過程由進水渠、進口段、洞身段、出口段及消能段等結構組成。隧洞長度為198.5 m，洞身主要以圓形為主，直徑2.5 m，采用厚度50 cm、強度等級為C30的混凝土結構。在新建泄洪隧洞項目中，施工場地DK0+037.91～DK0+171.43段屬于Ⅳ類圍巖，巖性為鈣質粉砂巖，整體完整度較低，并不具備較強的穩定性；而DK0+171.43～DK0+210.50段則屬于Ⅴ類圍巖，所含巖石成分多為中等硬度粉砂巖。新建后的泄洪隧洞可為飛劍潭水庫起到良好的泄洪助力作用。

2 水庫除險加固工程新建泄洪隧洞基礎施工內容

2.1 水流控制施工

在飛劍潭水庫新建泄洪隧洞基礎施工過程中，汛期施工安全應加強水流控制施工管理。因水庫所在地屬于多風且雨量充足區域，每年平均降雨量可達到1639.4 mm，所以，應充分結合當地防汛要求落實施工內容。一方面，需在隧洞進出口處開挖截水溝，洞內建立輸水溝渠，保證水庫隧洞施工正常水流輸送功能。另一方面，還應在洞口處建立集水坑，其容量控制在4 m3以內，為后續水流集中排放創造有利條件。為了避免截水溝的建立存在風險，還應將鋼筋網片覆蓋于溝渠之上。同時，還應備有500余個黏土編織袋，以免洪水泛濫、削弱隧洞截水效用。在排水設施布置期間，既要組織專門用于開展防汛工作的隊伍，又要借助水泵等機械設施強化排水能力，保障泄洪隧洞施工安全[1]。

2.2 構件防腐施工

在新建泄洪隧洞中常需要運用金屬材質的水工構件，為了避免出現腐蝕現象，還應積極做好防腐施工操作。具體方法如下：其一，預處理，針對水工金屬構件可在其上方噴涂砂料，使其表面粗糙度保持在60～100 μm。對于與混凝土結構相接觸的構件，適當降低粗糙度，以免影響黏結力；其二，噴涂金屬涂料，對其表面噴涂鋅鋁涂層。噴涂環節控制好噴涂時間，若天氣較好，應在2 h內完成噴涂任務，噴涂頻率應設置為3次/2h；其三，涂裝作業，對于隧洞中涉及的鋼板構件，在其表面噴涂一層厚度為80 μm的環氧富鋅漆，以此提升防腐質量。

3 袁州區飛劍潭水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工工藝

3.1 圍巖量測施工工藝

袁州區飛劍潭水庫在開展泄洪隧洞施工項目時，應當充分應用圍巖量測施工工藝，以此為施工安全提供重要保障，提高施工方案的可行性，以免因量測數據不準確，造成隧洞建設不規范，削弱除險加固效果。在具體施工時，應先對施工場地的地質條件進行分析，然后確定監控量測目標，之后分別采集開挖工作面、科學處理量測數據，判斷現下圍巖是否穩定。若圍巖穩定性良好，可進入到下一工序；若不穩定，需重新加以量測，保證圍巖結構符合施工要求，并充分參照量測規范控制量測頻率，見表1。同時，密切關注圍巖拱頂沉降情況，并均勻分布量測點。其中所選用的量測儀器以全站儀為主，搭配反射器對圍巖斷面到開挖面的距離進行精準量測，以此為后續隧洞開挖作業創造有利條件[2]。

表1 圍巖量測頻率要求

此外，結合施工方案計算隧洞涌水量，運用公式(1)進行計算：

Q=L×K×(H-h)/(R-r)

(1)

式中：L為洞含水體長度，m；K為含水體滲透系數，m/d；H為隧洞底部含水體厚度，m；h為排水溝預設深度，m；R為引用補給半徑，m；r為出水半徑，m。另外，還可計算出最大涌水量，用于衡量隧洞后期泄洪能力，將其作為量測標準，驗證圍巖結構是否滿足施工需求，具體計算如公式(2)：

Q1=L×(2π×H1×K)/ln(4H/d)

(2)

式中：H1為靜水位距離圓形隧洞斷面中心點的間距，m；d為圓形隧洞直徑，m。據此，施工人員可根據相關數據調整施工方法，保證泄洪隧洞施工工藝發揮出真正效用。

3.2 光面爆破施工工藝

爆破施工工藝是泄洪隧洞施工項目中的重要技術手段。首先，要求施工人員佩戴好專業防護裝備后對隧洞周邊石方進行爆破處理。通常情況下，爆破作業期間要求施工人員在進入隧洞施工場地時應當表明身份，并將自己的胸牌懸掛于隧洞施工面之上；其次，對于光面爆破施工工藝的實踐應用，應積極采取有效措施避免施工風險。例如空槍現象，是由于施工人員在爆破作業中所設置的炮眼分布過于稀疏，致使炮眼未能正常爆破。應保證炸藥量的充足以及炮眼分布的合理性。周邊孔采用小藥量光爆，均采用非電雷管毫秒微差分段起爆；光爆孔均采用不偶合裝藥，導爆索起爆。采用手風鉆鉆孔，自制鉆爆臺車作為施工平臺，人工安插錨桿。對于Ⅲ類圍巖，應以0.10～0.15 kg/m炸藥量為主，而Ⅳ類、Ⅴ類圍巖則控制在0.05～0.10 kg/m。

在該項目以Ⅴ類圍巖為例，布設39個周邊孔以及18個輔助孔，具體用量P需通過公式(3)計算得出：

P=s×l×h2

(3)

式中：s為炸藥量，取0.08 kg/m；l為周邊孔數,39個；h2為爆破長度，取1.0 m。經計算得出，圍巖斷面所需炸藥量為3.12 kg。爆破后，若隧洞施工場地出現了殘余炸藥，應加強對爆破點滲水情況的調查，并于啞炮處的0.3 m范圍內重新布置爆破點，保證光面爆破施工的順暢性。若爆破施工未能發揮出應有的效果，將對石方開挖施工進度帶來不利影響[3]。

3.3 洞身開挖及支護施工工藝

在洞身開挖施工之前，為了避免隧洞開挖作業引發危險，還應在隧洞進出口搭建防護棚，其材質多以鋼結構為主。在該項目中，其鋼骨架間距控制在0.5 m，并且在其上方鋪設厚度為5 m的木板，便于緩解開挖作業壓力。在袁州區飛劍潭水庫新建泄洪隧洞項目中針對Ⅲ-Ⅴ類圍巖均利用全斷面開挖法為主，控制標準為“短進尺、小藥量、弱爆破”，Ⅳ類圍巖每循環進尺控制在2.0 m，Ⅴ類圍巖每循環進尺控制在1.0 m，如遇Ⅲ類圍巖，則每循環進尺控制在3.0 m，并借助裝載機配合20 t自卸車運至渣場。同時，在洞身開挖支護施工過程中，因Ⅲ、Ⅳ類圍巖屬于不穩定狀態，還需在開挖作業期間注重支護效果。以Ⅲ類圍巖為例，它所采用的支護方法為錨桿掛網支護，將其按照1 m間距擺放成梅花型結構，而Ⅳ類與Ⅴ類圍巖處則以工字鋼支護為主，按照安裝鋼拱架、掛網、噴射混凝土、安裝錨桿等工序支護，以此確保泄洪隧洞洞身開挖支護作業的順利進行。

3.4 灌漿鉆孔施工工藝

在新建泄洪隧洞工程中，充分應用灌漿鉆孔施工工藝。在灌漿施工期間常以回填法與固結法兩種灌漿方法對隧洞圍巖處進行灌漿。將其深度控制在10 cm范圍內，利用0.3 MPa灌漿力道。在固結灌漿施工中需先行設置灌漿孔，然后結合圍巖性質調整灌漿速度，便于灌漿材料流暢進入到圍巖內，提高隧洞穩固度。灌漿材料主要以硅酸鹽水泥搭配混合溫度為20 ℃的拌合水為主。為了預防灌漿材料出現凝結問題，還應適量添加速凝劑等外加劑，提高灌漿材料質量。而鉆孔施工應在灌漿之后，確定好鉆孔點位后參照隧洞設計圖紙對灌漿后的圍巖基礎面進行鉆孔，其誤差應在20 cm左右，而鉆孔深度宜處于10 cm，以免因鉆孔深度不足造成圍巖無法為隧洞提供可靠的支撐力。在固結灌漿期間，將水灰比設定為0.5∶1或3∶1，之后按照每分鐘灌注1 L漿料的速度持續對其予以灌漿。若在灌漿施工中遇到阻礙，需及時沖洗灌漿作業面重新灌漿，以免影響隧洞施工進度[4]。

3.5 混凝土襯砌施工工藝

在混凝土襯砌施工環節，按照測量放線、鋼筋綁扎、建立模板、混凝土澆筑養護、拆模的流程，保證隧洞工程的高質量建設。其中較為主要的是混凝土材料的攪拌與澆筑。采購人員應控制好混凝土原材料質量，水泥應有質量合格證以及出廠證明等資料砂石粒徑均應符合施工要求，石子粒徑為2/3鋼筋凈間距。待混凝土襯砌材料完成攪拌后，開到澆筑。

具體方法如下：施工人員需秉承著由下至上的原則對隧洞兩端分別進行澆筑。對于頂端處的澆筑施工需借助輸送泵對其進行均勻澆筑。還可采用分層澆筑的方式有秩序進行施工，以免出現厚度不一致問題。在澆筑后需實施科學養護。例如采用灑水養護的方式對12 h內尚未完全固結的混凝土進行養護，防止后期出現裂縫，養護周期保持在14 d，待混凝土自然凝結后看良好的穩定性時，為了強化養護效果，還需進行專人管理的措施避免因養護管理不到位而降低質量。

4 結 論

袁州區飛劍潭水庫除險加固工程中新建泄洪隧洞可增強泄洪能力，應科學采用圍巖量測、光面爆破、洞身開挖支護、灌漿鉆孔、混凝土襯砌等施工工藝，確保新建泄洪隧洞施工質量得到，提高袁州區飛劍潭水庫的除險加固水平。