引綽濟遼工程隧洞施工的同時進行支洞快速襯砌施工技術

毛 勇， 熊 亮， 羅 飛 輪

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

引綽濟遼工程是一項從嫩江支流綽爾河引水到西遼河向沿線城市及工業園區供水的大型引水工程，設計最大年調水量為4.88億m3。工程由文得根水利樞紐和輸水工程組成。其中輸水隧洞六標段是該工程的關鍵線路，全長為14.687 27 km，隧洞洞身段為縱向坡度1/2 980的無壓隧洞，開挖斷面為圓拱直墻型，斷面尺寸分別為4.3 m×4.8 m(Ⅲ類)、4.5 m×4.95 m(Ⅳ類)、4.7 m×5.1 m(Ⅴ類)。少量地質勘測資料表明：隧洞部分洞段處于基巖全～強風化層中，受地質構造影響嚴重，強風化層巖芯多呈破碎～極破碎，裂隙節理發育，洞身段為富水地帶，極易造成掉塊、塌方，局部可能出現涌水現象；五條施工支洞的開挖斷面均為圓拱直墻型，共長2 301.19 m，斷面尺寸分別為6.2 m×6.4 m(Ⅲ類)、7.2 m×7.3 m(Ⅳ類、Ⅴ類)。施工支洞洞身段縱向坡度平均為13%，Ⅲ類圍巖底板澆筑鋼筋混凝土，邊頂拱為錨噴支護形式，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用鋼筋混凝土襯砌，邊頂拱襯砌長度共1 100.23 m，成洞斷面為6 m×6 m。

傳統中小型隧洞的開挖支護及襯砌施工通常采用開挖支護結束后進行襯砌施工的方法，但該方法耗時較長，管理成本投入大。為確保工程施工安全、質量及進度滿足要求，需要在隧洞開挖支護施工的情況下同步進行施工支洞的混凝土襯砌施工。常規情況下，采用穿行式鋼模臺車能夠保證中小型隧洞在開挖支護的情況下同時進行施工支洞的混凝土襯砌施工，但因該隧洞邊頂拱襯砌施工時受鋼模臺車對拉絲桿的影響導致隧洞無法具備通行條件，且其底板混凝土澆筑與開挖支護相互干擾較大，無法滿足開挖支護和混凝土襯砌多工作面、多工序平行施工的條件。為此，需要對施工方法進行優化。

2 整體方案及技術要求

2.1 整體方案

因引綽濟遼隧洞六標工程受不良地質條件限制，工程施工進度緩慢，若采用常規隧洞施工工藝、待輸水主洞貫通后再進行襯砌施工將導致施工成本增加，工程施工進度亦無法滿足要求，而且處于復雜地質條件下的施工支洞長期不進行二次襯砌會造成安全隱患。為確保工程節點目標的順利實現，需要在輸水主洞開挖支護的情況下同步進行施工支洞的混凝土襯砌施工。為解決交叉施工帶來的難題，項目部結合現場實際情況，在對隧洞施工方案和工期進行分析和論證后，最終決定采用“中小型隧洞開挖支護情況下同時快速襯砌”的施工方法，以達到縮短工期的目的。該方案的總體思路主要是以開挖支護為主，襯砌為輔，即在隧洞施工過程中以開挖支護施工為中心，輔以混凝土襯砌施工[1]。

2.2 技術要求

(1)為解決洞內交叉施工干擾難題，輸水主洞的開挖采用鉆爆法施工，施工支洞采用穿行式鋼模臺車進行混凝土襯砌，鋼模臺車長12.2 m，超長20 cm用于與已澆段搭接，防止錯臺和漏漿。

(2)混凝土施工采用“先底板后邊頂拱”的施工順序，即施工支洞底板采用分幅跳倉法施工，邊頂拱采用穿行式鋼模臺車襯砌，基礎清理及鋼筋制安提前底板澆筑段3～5倉施工完畢，底板澆筑比邊頂拱鋼筋制安提前2～3倉完成，邊頂拱結構鋼筋超前襯砌臺車3～5倉完成，分段處理、分段驗收，不占用直線工期。

(3)隧洞開挖支護所需的供風、供電、排水等管線從穿行式臺車預留通道內穿過以滿足交叉施工要求[2]。

(4)輸水隧洞的開挖寬度為單車道時，沿縱向間距200 m左右布置避車洞以滿足隧洞車輛通行的要求[3]，兼顧臨時堆存渣料。

(5)當輸水主洞鉆爆出渣工序與施工支洞邊頂拱襯砌施工工序同時發生時，將鉆爆渣料臨時堆存至主洞避車洞內，同時，邊頂拱襯砌施工時設置地錨筋與鋼模臺車連接，從而大大減少了鋼模臺車對拉絲桿拆除的時間，解決了常規開挖支護情況下無法進行襯砌施工的矛盾，達到了開挖支護情況下快速襯砌施工的目的。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 開挖支護工作面

(1)施工準備。在邊頂拱襯砌前，鉆爆臺車、裝載機及自卸汽車提前進入輸水主洞就位，高壓風管、水管、風筒布及照明線路等跟進掌子面附近，同步進行支洞底板施工材料、機具及其他準備工作。

(2)測量放線。待準備工作完成后，隨即安排測量人員使用全站儀進行控制中線水平、激光導向儀輔助布孔工作，準確放出各炮孔位置，特別是在拱頂、拱肩及半徑變化處設置清晰點位并進行現場技術交底，將孔位偏差控制在規范允許的范圍內[4]。

(3)鉆孔裝藥。隧洞鉆爆采用手風鉆鉆孔，分區分部位定人定位施鉆。裝藥前用高壓風吹孔，將孔內的水、碎渣吹凈。炮孔驗收合格后嚴格按照爆破設計要求裝藥，周邊孔采用低爆速低猛度炸藥，不耦合間隔裝藥；輔助孔及掏槽孔采用連續裝藥。

(4)聯網、起爆。洞內采用非電起爆網路，起爆網路為復式網路，以保證起爆的精準性和可靠性，周邊孔采用導爆索連接。網路連接完成并經爆破技術人員檢查無誤后，撤離所有人員及設備，由專業人員負責開箱取出起爆器起爆。

(5)通風、排險。炮響后利用通風豎井通風排煙，15 min后由專業炮工進入洞內進行安全檢查，確認無啞炮后進行排險作業，清除作業面上的松石、危石。

(6)出渣、清底。采用裝載機裝渣，小型自卸汽車出渣，出渣完畢用挖掘機清除工作面的積渣，為下一循環鉆爆作業做好準備。

(7)錨噴支護。初期支護宜跟進掌子面，具體視圍巖情況而定。圍巖較好時，一般不超過10 m。為確保施工安全及洞身穩定、加快施工進度，應盡量在掌子面鉆孔時安排人員施鉆系統錨桿并掛設鋼筋網，經驗收合格后進行錨噴支護施工。支護完成后，進入下一循環施工。

3.2.2 混凝土澆筑

(1)施工準備。施工前，嚴格按照經批復的專項方案進行詳細的安全技術交底，組織技術人員、帶班人員熟悉設計圖紙及專項方案；提前加工材料，做好輔材及工器具的準備工作。

(2)基礎面處理及驗收。分段對欠挖部分進行處理，人工對底板建基面上的雜物進行清理并沖洗干凈，經驗收合格后進行下道工序施工。

(3)測量放線。底板基礎面驗收合格后，在充分利用開挖期控制網的基礎上，在鋼筋安裝、臺車就位前利用預設標記進行控制。考慮到隧洞斷面較小，放線時應特別注意對底板分幅邊線及頂面高程線的控制，保證質量，減少施工環節，加快施工進度。

(4)鋼筋及模板制安。底板鋼筋在加工廠加工成型后運輸至工作面，作業人員按圖紙要求進行安裝，經驗收合格后進行底板模板的安裝及加固施工并進行校模。

(5)底板混凝土分幅跳倉澆筑。因該隧洞斷面狹小，為加快施工進度，確保隧洞正常通行，底板澆筑采用分幅跳倉法施工。待底板鋼筋及模板制安驗收合格后進行底板混凝土澆筑，采用混凝土攪拌運輸車水平運輸，車載泵入倉，人工平倉、振搗。底板混凝土襯砌施工比邊頂拱鋼筋制安提前2～3倉完成。

(6)邊頂拱鋼筋制安。待底板混凝土齡期滿足要求后進行邊頂拱鋼筋制安，現場采用自制臺車安裝，先安下半部，再安上半部；邊頂拱鋼筋安裝比襯砌提前3～5倉完成。

(7)鋼模臺車的行走與就位。考慮到支洞坡度較大，為確保洞內交通及施工安全，采用步履式穿行鋼模臺車進行邊頂拱混凝土襯砌，利用升降油缸及推進油缸相互作用使臺車前進，行走至指定位置后固定。

(8)校模、定位、封堵、加固、倉位驗收。鋼模臺車就位后，利用頂模和邊模位置上的螺旋千斤頂使油缸伸出，定位鋼模，旋緊螺旋千斤頂。鋼模臺車內側采用對拉絲桿加固；沿兩側直墻下部外側間距1.5 m在底板施鉆地錨鋼筋并與鋼模臺車連接，進一步加固模板，確保模板制安滿足要求。襯砌臺車兩端采用木模封堵、活動“門葉”結構以便于立和拆，經驗收合格后進入下一道工序。在鋼模臺車加固時，將輸水主洞的鉆爆渣料臨時堆存至避車洞內，確保隧洞掌子面工序銜接緊湊。

(9)混凝土的拌制、運輸、入倉、振搗。采用混凝土攪拌罐運輸，車載泵入倉，人工振搗；混凝土配合比設計時適當考慮加入早強劑、摻粉煤灰以增加其和易性；澆筑過程中加強振搗，控制臺車移位、變形，避免產生質量缺陷。

(10)混凝土封拱。采用退管法在壓力狀態下進行混凝土封拱。灌注混凝土時，先從模板最下排預留窗口進料，澆筑至混凝土快平齊預留窗口時關閉窗口模板，然后從第二排預留窗口灌注。依此類推，最后封頂。混凝土封拱施工時，可根據現場試驗情況拆除臺車內側的對拉絲桿，確保支洞滿足通行條件，以便于運輸洞渣及噴錨料。穿行式鋼模臺車混凝土澆筑施工情況見圖2。

圖2 混凝土澆筑施工示意圖

(11)脫模、養護。隧洞混凝土襯砌脫模養護的時間非常關鍵，其主要與洞內作業環境有關，一般在混凝土澆筑完成、拆模后12 h內采用灑水的方式進行養護，養護時間不宜少于28 d[5]。

4 取得的效益

(1)此項技術主要通過采用半幅跳倉法施工底板；穿行式鋼模臺車襯砌邊頂拱；底板及鋼筋制安超前施工，不占用直線工期；采用地錨筋加固臺車；利用主洞避車洞暫存渣料等系列措施，達到了中小型隧洞在開挖支護的情況下同時進行快速襯砌施工的目的，與開挖支護完成后再進行襯砌的常規施工方法相比，極大地節省了時間，加快了施工進度，減輕了工期壓力，節約了成本。實際推廣結果表明：可節約1/3的工期。

(2)由于支洞襯砌混凝土的及時施工，提高了洞身結構的穩定程度，為施工人員提供了安全保障，提升了現場文明施工形象。

(3)此項技術的成功應用是對傳統“先開挖支護后襯砌”施工工藝的一次革新，通過該工藝設計，解決了洞內交通干擾問題。在實際推廣過程中，實現了隧洞開挖支護2 d 5個循環強度的情況下完成了襯砌混凝土15倉/月的強度，達到了快速施工的目的。

(4)此項技術有效地避免了各工序間相互干擾的問題，減少了工序侵占直線時間，極大程度地改善了洞內交通條件，提高了隧洞出渣效率，提高了單循環施工工效，達到了快速施工的效果。

5 結 語

引綽濟遼輸水隧洞工程施工六標通過一系列優化措施的采用，解決了隧洞開挖支護與混凝土襯砌施工相互干擾問題，在保證施工質量和安全的前提下，有效地加快了施工進度，為工程的提前完工創造了良好條件，亦為中小型隧洞開挖支護情況下同時快速襯砌施工積累了經驗，可為同類工程提供借鑒。