某小型水庫導流輸水隧洞施工技術方法研究

余小花，付志坤

(江西省潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

1 工程概況

某新建小(1)型水庫工程建設任務是“解決集鎮、農村人畜生活供水和灌溉供水”，水庫總庫容296.90萬m3，樞紐工程由黏土心墻砂礫石壩、導流兼輸水隧洞、溢洪道等主要建筑物組成。本工程隧洞是一個集前期導流，后期輸水的多用途隧洞，是整個工程中極具關鍵的建筑物，工程前期需配合導流圍堰進行前期施工導流，導流洞施工質量，直接關系著整個工程的工期與質量，隧洞施工技術主要包括隧洞開挖、支護、隧洞襯砌、灌漿及排水、通風等，由于隧洞本身屬于地下工程，地質條件復雜，不確定因素多，施工中應把握好整個隧洞施工技術，控制施工質量、進度和施工工序，避免出現施工質量和安全問題而影響整個工程質量和進度，文章以工程中施工中導流輸水隧洞為例，以隧洞整個施工工序詳細展開論述，為本工程及同類型工程隧洞設計施工提供參考依據和借鑒。

2 隧洞結構設計

導流輸水隧洞布置于右岸，采用兩洞合一、輸水隧洞“龍抬頭”形式，即進口段上下分開，后半段結合共用。結構組成如下：

2.1 導流專用段

導流專用段總長114.95m，底坡i=1/35，進口底板高程1286.0m，洞身斷面為2.2m×2.5m城門洞型，頂拱圓心角120°，初期支護采用噴錨掛網、鋼拱架兩種支護形式，二期采用C25鋼筋混凝土襯砌厚0.4m。進口洞臉邊坡1∶0.3，兩側邊坡1∶0.5，掛網噴C20混凝土10cm厚。施工導流結束后，在里程0+098.30-0+108.30m采用C20混凝土封堵導流隧洞。

2.2 輸水隧洞

輸水隧洞布置如下：

1)有壓段：

有壓洞身段長54m，底坡i=1/1000，進口底板高程1301.50m，洞身標準斷面為1.5m×1.8m城門洞型斷面，頂拱圓心角120°，初期支護采用工14型鋼拱架，二期采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4m。進口洞臉邊坡1∶0.5，噴錨掛網噴C20混凝土10cm厚。

2)閘室豎井段：

豎井段長6.0m，底寬3.8m，底坡i=0。閘室內設有1.2m×1.2m平板鑄鐵檢修閘門和平板鑄鐵工作閘門各一道，配16T手電兩用螺桿啟閉各一臺。閘室上方澆筑方形豎井至啟閉層，豎井井筒外壁為5.0m×3.8m矩形斷面，鎖口以下采用C20混凝土噴錨掛鋼筋網支護，噴混凝土厚10cm，井壁采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.6m，井內設爬梯及休息平臺。

3)無壓段：

該段長52.45m，其中：輸0+060.00m-輸0+067.50m為水平段，輸0+067.50m-輸0+078.18m為圓弧段，輸0+078.18m-輸0+096.03m段為斜井段，輸0+096.03m-輸0+107.65m段為反弧段，斷面大小均為1.5m×1.8m，頂拱中心角為120°拱城門洞型，初期支護采用噴錨掛網、鋼拱架兩種支護形式，二期支護采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4m，在輸0+107.65m里程處與導流洞合二為一段。

4)導流輸水洞身結合段：

導流輸水洞身結合段長161.35m，其中，輸0+237.41m-輸0+251.50m段為轉彎段，斷面大小為2.5m×2.8m，頂拱中心角為120°拱城門洞型，初期支護采用噴錨掛網、鋼拱架兩種支護形式，二期采用C30鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.4cm。設計底坡i=1/35，隧洞出口邊坡1∶0.5，噴錨掛網噴C20混凝土10cm厚。

5)泄槽段：

斜坡段長16.9m，底坡i=1/1.5。邊墻高1.5m，底寬由2.83m漸變到8.67m，矩形斷面，邊墻、底板厚均為0.4m厚的C30鋼筋混凝土襯砌。

導流期間施工出口消力池段，消力池底板采用1m厚的塊石護底,導流結束后泄槽末端并入溢洪道消力池，與溢洪道共用同一消力池。

3 主要施工方法

隧洞施工順序一般包括：施工準備—施工測量控制網建立—施工臨時道路修建—進出口洞臉明挖—洞臉鎖口—石方洞挖—錨桿支護—掛網鋼筋—噴射混凝土—襯砌段鋼筋制安—混凝土底板襯砌—混凝土邊項拱—回填灌漿—固結灌漿—工程收尾—竣工驗收。文章將根據隧洞施工順序對隧洞施工技術進行逐一研究[1]。

3.1 隧洞開挖及支護

3.1.1 開挖施工方法

隧洞施工準備、施工測量及臨時道路修建為地上部分施工，施工工序簡單，文章不再贅述，隧洞開挖采用電子全站儀精確測量，在掌子面用油漆畫出開挖邊線，并按照試驗段的爆破參數進行布孔，洞內石方開挖每工作面采用4-6臺手風鉆鉆孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差爆破，周邊進行光面爆破，導爆索起爆，開挖爆碴均由裝載機運至洞口裝20t自卸汽車運至棄料場或利用料場堆存，開挖中對局部巖體破碎帶采用錨噴等臨時支護措施，以確保圍巖穩定[2]。

根據地質資料及現場揭示情況顯示，本工程導流輸水隧洞主要為Ⅲ類圍巖，洞身每循環鉆孔深度2.2m，進尺2.0m，圍巖開挖采用“新奧法”施工工藝，Ⅲ-IV類圍巖采用全斷面開挖，V類圍巖圍巖較差采取上導坑(層)領進下層開挖的施工方法[1]。隧洞開挖工序見圖1。

圖1 隧洞開挖工序流程圖

3.1.2 臨時支護施工方法

隧洞開挖過程中，具體臨時支護按照設計方案進行，如圍巖情況發生變化時及時按設計及監理要求調整支護方案。隧洞不同部位臨時支護施工方法如下：

進、出口洞臉邊坡臨時支護范圍為正面邊坡及兩側邊坡，設Φ25系統錨桿，L=4.5m，間排距 2m，伸入基巖4.4m。噴C30混凝土10cm。

鎖口施工：進、出口沿開挖輪廓線外設三排鎖口Φ25錨桿，第一排沿洞挖開口線外10cm布置，間距30cm，L=3m，外傾角度0°，第二排間排距30cm，L=3m，外傾角度15°，第三排間距50cm，排距30cm，L=3m，外傾角度25°，掛口后采用鋼拱架及錨噴聯合支護。

漸變段臨時支護：漸變段全為Ⅲ類圍巖：邊頂拱設Φ25系統錨桿，L=3.0m，排距1.5m，沿圓周均勻布置，掛網φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，根據圍巖況局部增設隨機錨桿。

本導流洞進出口為矩形斷面，拱頂及兩肋巖體自穩能力極差，為確保安全，對進口段5m、出口3m段用I18工字鋼拱架加強支護，間距根據實際地質情況調整，拱架間用Φ22鋼筋水平焊接相連，間距1m，拱架腰線以上設Φ25徑向鎖定錨桿，L=2.5m 間距1.5m， 腰線及拱腳處各設1處Φ25鎖腳錨桿，每處2根，L=2.5m，鎖定錨桿與鋼拱架焊牢。

洞身段臨時支護：Ⅲ類圍巖段邊頂拱180°范圍內進行初期支護，設Φ25系統錨桿，L=3.0m，每斷面7根，排距1.5m，梅花型布置，掛網φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，局部增設計隨機錨桿。Ⅳ類圍巖巖體破碎，穩定性差，邊頂拱240°范圍內進行初期支護，設Φ25系統錨桿，L=3.0m，每斷面10根，間隔布置，排距1.5m，梅花型布置，掛網φ8@20×20cm，噴10cm厚C30混凝土，局部增設計隨機錨桿。Ⅴ類圍巖臨時支護程序如下：

超前錨桿→光爆→安全處理→第一次噴混凝土封閉頂拱和邊墻→出碴→錨桿及鋼筋網制安→架立I18工字鋼拱架支撐→第二次噴混凝土→下一循環，錨桿網噴同Ⅳ類圍巖，拱架設計同進洞段[3]。

3.2 噴混凝土施工技術

輸水隧洞除Ⅲ類圍巖洞身段外，在進出口洞臉邊坡、鎖口以及Ⅴ類圍巖臨時支護部位均需噴射混凝土。噴射混凝土施工方法如下：

洞臉邊坡噴混凝土施工前因清除噴射面的浮石、石渣堆積物，并采取一定的防護措施，防止危石掉落，隧洞洞身開挖面處理好巖面石渣，并采用高壓風機、水機設備沖洗巖面。噴射前對噴射設備、施工通風設備、施工用水電等進行檢查和試運行，對坡面滲水點進行妥善引排。

噴射混凝土作業應分段分片依次進行，，后一層要在前一層混凝土終凝后進行，時間≥2h，一次噴射厚度不宜太厚，以10-15cm為準，否則會產生墜落和滑移，在混凝土噴射過程中應連續向噴射機供應混凝土，因故中斷噴射作業時，引將噴射機內和輸料管中的積料清除干凈。噴射混凝土應嚴格控制質量，混凝土噴射表面應平順、密實，并做好質量檢查記錄。噴射混凝土完成終凝后應噴水養護，其養護時間≥14d。

3.3 洞身混凝土襯砌施工技術

根據設計圖紙結構型式，并綜合考慮施工因素，本工程導流輸水隧洞混凝土襯砌采用分塊澆筑，即先底拱、后邊頂拱，襯砌中應做好混凝土襯砌接縫處理，即沿洞軸線分段形成的伸縮縫，按設計要求設置銅片止水，其結構型式為“Z“型。混凝土供應由隧洞外集中拌合站供應，混凝土水平運輸采用混凝土攪拌運輸車，混凝土入倉采用混凝土輸送泵[2]。

為加快施工進度，混凝土澆筑分別在進、出口兩個工作面施工，輸送泵布置在進、出口洞口位置，混凝土泵管接至澆筑工作面。

3.4 鉆孔灌漿施工技術要求

本工程灌漿包含洞身襯砌頂拱回填灌漿以及洞身圍巖固結灌漿，其施工的順序為先進行回填灌漿、后進行固結灌漿[3]。

在隧洞進行灌漿施工前一應先進行現場生產性灌漿試驗，包括回填灌漿和固結灌漿試驗，通過現場對不同水灰比進行灌漿試驗達到的預期灌漿效果，確定灌漿參數，從而指導灌漿施工。回填灌漿和固結灌漿施工方法及要求匯總見表1。

表 回填灌漿和固結灌漿施工方法及要求匯總表

4 結論及建議

顧名思義，導流輸水隧洞的首要任務是導流，是整個水庫工程的前期工作，也是最為重要的工作，關系著后期工程的順利進行，也決定著工期，隧洞建成后還兼顧輸水和的作用，不是臨時性建筑物，因此在施工中一定要重視隧洞施工的每一道施工工序，做好每一個施工細節，保證該隧洞工程的施工質量，從而保障工程后期運行和正常效益的發揮。