水利樞紐特大斷面導流隧洞施工技術運用研究

王田源

（婺源縣水利水電建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

為加快施工進度，水利樞紐特大斷面導流隧洞施工中經常進行爆破作業。由于作業空間較為狹小、封閉，爆破產生的沖擊震動可能會對斷面圍巖結構產生擾動、破壞，做好斷面支護對確保下一步施工的順利進行，以及保障隧洞作業安全有重要意義。在這一背景下，探究水利工程特大斷面導流隧洞的爆破要點與支護技巧成為工程施工管理的重點。

1 工程概況

某水利樞紐總庫容36.9億m3，正常蓄水位386.6 m，兼有防洪、發電和灌溉等功能。主體建筑物包括砼面板堆石壩、溢洪道和電站廠房等。在修建砼面板堆石壩時，為提供無水施工環境，在該水利樞紐的左岸設置一條導流隧洞，洞身長度為1 211.4 m，洞軸線與巖層走向為斜交，設計最高水流流速20 m/s，最陡坡度為9.6%。導流隧洞結構為斜墻馬蹄形斷面，頂拱半徑6.8 m，最大開挖高度21.80 m，最大開挖寬度22.51 m。根據地質勘察結果，導流隧洞上部覆土厚度166～231 m，地質構造有斷層、裂隙與層間剪切帶，洞頂軟巖屬IV級圍巖，邊墻洞圍巖屬II級圍巖，地下水活動較弱。

2 洞身開挖

2.1 選擇開挖方法

用起拱線將洞身分成上下2部分。對于圍巖級別為II級的，實施爆破作業后上、下2部分一起開挖，并在軟弱圍巖處使用噴錨掛網支護；對于圍巖級別為IV級的，上部選擇光面爆破后開挖，下部采用臺階法開挖，每階高度為4.8 m，在個別圍巖較差的地方使用噴錨支護。

2.2 鉆爆設計

本次工程中導流隧洞穿過巖層以II級圍巖為主，設計有3種炮眼，分別為周邊眼、掏槽眼和底板眼。其中，底板眼與周邊眼的深度均為3.2 m，每次循環進尺3.0 m，掏槽眼的深度為3.4 m。以周邊眼為例，其詳細爆破參數設計見表1。

本次工程中底板眼10個，掏槽眼2個，周邊眼27個，炮眼布置如圖1所示。

圖1 圍巖上半斷面炮眼布置圖

2.3 開挖爆破作業

開挖爆破作業流程如圖2所示。

圖2 開挖爆破作業流程圖

現場施工人員分別使用物理、化學方法對施工區域內的圍巖級別進行確認，據此設計爆破方案，并選擇合適的爆破參數，以便于提高施工效率和開挖效果。完成地質分析與爆破設計后，進行現場測量放線，借助于全站儀、經緯儀和激光準直儀等儀器設備，確定隧洞的開挖輪廓線，為現場作業提供依據，避免出現超挖或欠挖的情況。鑿巖臺車進場后，根據設計好的爆破方案設定鉆孔參數，例如鉆頭的直徑、鉆孔的深度及鉆孔之間的間距與排距等。完成鉆孔后，檢查成孔效果，經檢查確認孔深、孔徑等符合要求，并且無孔壁開裂問題后，清理鉆孔內的碎石、粉末，然后按量裝填炸藥。其中，周邊眼采用Φ25的乳膠藥卷，進行不連續裝藥，其他炮眼則采用連續裝藥。裝藥后封堵孔口，用導爆管毫秒雷管復式簇聯網絡的方式進行起爆。成功起爆后，現場施工人員利用軸流式通風機進行通風散煙，同時在開挖面上用水管噴射水霧，減少揚塵。完成通風降塵作業后，安排經驗豐富的人員進行安全檢查，經檢查確定不存在殘炮、危石后，施工人員進場，使用挖掘機和裝載機配合清運爆破現場的碴石。

3 洞身臨時支護

3.1 支護方法

導流隧洞內完成爆破作業后，應立即開展臨時支護加固圍巖以保證安全。本次工程中首先進行洞內噴錨、掛網，然后再開展二次襯砌施工。考慮到圍巖級別不同，分別設計了2種支護方法。對于II級圍巖，分2次噴射16 cm厚的鋼纖維混凝土，第一層為6 cm，第二層為10 cm。在洞頂及側墻分別設置長度為4.5 m，直徑為20 mm的砂漿錨桿，插入巖石深度為4.3 m。鋼筋網與錨桿露出端采用焊接方式固定。對于IV級圍巖，首先噴射C20級混凝土，同樣采用2次噴射方法，第一層噴6 cm厚混凝土后，掛鋼筋網，然后進行第二次噴射，厚度為6 cm。在導流隧洞的洞頂下方10 m內，以排距為2.0 m、間距為5.0 m布置直徑為25 mm、長度為4.5 m的砂漿錨桿。

3.2 錨桿支護

砂漿錨桿的支護方法：根據施工圖紙在導流隧洞內壁上確定鉆孔位置，并做好標記。安排人員進行復核，保證孔位偏差小于等于50 mm。然后使用鉆機以垂直于開挖面的方向進行鉆孔。插入砂漿錨桿前，應注意檢查桿體是否有生銹、裂紋等情況，并同步制作砂漿。本次工程中所用的水泥砂漿，水泥與砂的比例為1∶2，水泥與水的比例為1∶0.4。砂漿制作完畢后進行檢驗，并將檢驗合格的砂漿灌注到錨桿中，注漿錨桿插入到鉆孔后，利用混凝土提高錨桿的抗拉拔性能，進一步提升錨桿支護效果。

3.3 噴射混凝土

噴射混凝土的基本流程如圖3所示。

圖3 噴射砼流程圖

在爆破作業后，應當對導流隧洞內裸露的圍巖破碎段進行初噴混凝土，通過盡快封閉巖面保證洞內施工環境的安全性。初噴混凝土前，要注意清理噴射面，有浮石或晃動巖塊的，要及時清理；圍巖表面有巖渣、巖粉的，也要清理干凈。然后進行復噴。根據導流隧洞的支護要求，于洞外現場配制噴射支護所用的混凝土。向混凝土中加入適量的速凝劑，既可以減少噴射后出現滑移、流淌的情況，同時又能提高施工效率。洞內噴射機就位后，裝入混凝土開始初噴。調整噴射嘴與巖面的夾角，使其控制在10°以內。可以在噴嘴上安裝一段50 mm左右的擾料管，避免噴射混凝土時回彈石子砸傷施工人員。初噴混凝土厚度控制在5～6 cm，等到混凝土初凝完畢后，再進行復噴，直到噴射厚度達到設計值，停止施工。等待復噴混凝土終凝后，安排施工人員對系統錨桿拉網進行檢查和養護，保證洞身臨時支護達到施工要求。

3.4 安裝鋼筋

本次工程所用鋼筋在使用前均需要進行清理，去除表面灰塵和油垢。同時檢查有無生銹、彎曲等問題，如果有，需要除銹、調直。考慮到導流隧洞的洞身斷面較大，提前將鋼筋分段，制成1.5 m×2.5 m和2.4 m×6.0 m 2種規格的網片，然后運送至洞內，現場完成鋼筋網片的焊接固定。同樣的，洞內襯砌施工所用鋼筋，也是在洞外鋼筋棚內提前加工成型，運送至洞內現場綁扎或焊接。在特大斷面導流隧洞的頂拱、邊墻均設置了鋼筋，以提高隧洞整體強度。斷面環向設計雙層Φ30主鋼筋，底板與側墻鋼筋同時綁扎，可大幅度減少鋼筋接頭焊接工作量，對提高施工效率有積極幫助。拱圈鋼筋首先以混凝土固定在底板上，再通過鋼筋臺車綁扎。鋼筋臺車上部有5個定位控制系統，配套安裝5根Φ60鋼管，作為鋼筋綁扎的定位支撐點。此外，鋼筋臺車上搭載1臺1.2 t卷揚機，可以將需要焊接的主鋼筋吊起并移動到指定位置。完成精確定位后，將主鋼筋與縱向骨架鋼筋固定，兩者相接處采用焊接方式加固。

4 洞身混凝土襯砌

4.1 襯砌方法

結合導流隧洞襯砌斷面情況，本次工程中選擇了軌行式邊墻、頂拱全斷面12 m板襯砌臺車立模，保證開挖作業和襯砌施工能夠同步開展。在上斷面施工結束后，再進行底板混凝土的澆筑。隧道內襯砌施工所用混凝土，由2輛10 m3的砼車交替運輸，保證施工進度。襯砌施工基本流程如圖4所示。

圖4 襯砌作業流程圖

對于特大斷面導流隧洞，其地板流水面設計成仰拱圓弧形。襯砌作業如果選擇常規的拉模法或蓋模法，除了會因為效率不高導致施工進度遲滯，還有可能因為達不到水工隧洞對流水面高度的要求而影響導流效果。綜合考慮多種因素后，本次工程中選擇了敞開式澆筑模式。首先澆筑下層混凝土，厚度大概在15 cm，然后再澆筑面層混凝土，厚度在12 cm左右。2層混凝土澆筑完畢后，使用Φ160鋼管滾筒進行滾動碾壓。碾壓成型后再使用木抹子進行抹平。整體澆筑墻拱二次襯砌使用全液壓鋼模臺車輔助施工，由于導流隧洞斷面足夠大，可以在洞內完成鋼模臺車的安裝，并在拱頂預埋鋼筋作為吊點。混凝土在洞外拌制后，使用運輸車輸送到洞內，混凝土泵送入倉后使用振搗器振搗密實。澆筑作業中現場施工人員定期測量混凝土的坍落度、凝結時間并做好相應記錄。

4.2 混凝土襯砌施工技術

4.2.1 施工準備

現場施工人員在正式澆筑混凝土前，應注意復核施工放樣的中線、高程和斷面尺寸等是否滿足相關要求。另外，還應著重檢查端頭擋板是否固定好，襯砌施工所用混凝土有無離析、泌水問題，泵送設備工況是否良好。完成檢查后，對于存在的問題及時處理，確認施工準備妥當后，開始混凝土澆筑施工。

4.2.2 砼入模及振搗

泵送混凝土應保證連續進行，盡量避免因為澆筑作業中斷而影響襯砌的完整性。要求泵管順直，防止泵管堵塞影響作業效率和澆筑質量。要求泵管的出口與模板內混凝土面的垂直距離小于等于1.5 m，既可以避免混凝土飛濺造成材料的浪費，又能減少混凝土高處落下后出現離析的情況。如果輸入口入模高度大于1.5 m，則需要使用串筒。現場泵送混凝土時，為了提高作業效率、節省工期，可采用左右兩側對稱澆筑模式，但是要注意控制2臺泵送設備的參數一致，兩端灌注高度差應控制在20 cm以內，對提高襯砌效果有積極幫助。混凝土入模后，及時使用插入式振搗器進行振搗。按照從中間向兩端的順序依次完成振搗，保證不漏搗、不過搗。每個點位振搗時間在60 s左右，觀察到混凝土表面不再有氣泡、浮漿出現后，即可將振搗器拔除，轉移到下一點位繼續振搗。

4.2.3 襯砌背后回填與養護

完成混凝土襯砌后，靜置一段時間，等到混凝土完成終凝后，對于襯砌背后空隙進行回填處理。回填作業時要注意對預留的排水設施進行保護，避免出現堵塞排水管道的情況。襯砌背后回填結束開始進行養護，要求養護時間不低于14 d。養護完畢后，施工人員可隨機抽取幾處位置，使用儀器測定混凝土的強度，根據強度測定結果決定是否拆除模板。對于非承重的端頭擋板，只要混凝土強度大于等于2.5 MPa，即可拆模；而對于拱墻等承重部位的模板，則需要混凝土實際強度大于等于設計強度的70%方可拆模。由于之前的施工中，提前在模板內側涂刷了脫模劑，因此拆模比較容易，并且拆模后混凝土表面十分光滑。拆除模板后，繼續開展14 d的混凝土養護。通過灑水保濕等養護措施，防止混凝土表面出現干縮裂縫。

5 灌漿施工

5.1 回填灌漿

現場施工人員測量襯砌混凝土的實際強度超過設計強度的80%后，可以進行回填灌漿。對于局部未使用鋼筋的襯砌，選擇直接鉆孔灌漿；對于鋼筋混凝土襯砌部分，則使用預留灌漿孔進行灌漿。預留孔的布置方式：在鋼筋混凝土襯砌施工時使用鉆機在巖石上鉆孔，要求鉆孔深入巖石至少20 cm。然后將預埋管節嵌入孔內，預埋管接的露出端與襯砌臺車模板頂進，起到固定預埋管的作用。對灌漿區段進行分序，以奇數排為I序，以偶數排為II序，采用間隔推移灌漿方式。前后兩序的灌漿間隔時間為72 h。將配制好的漿液裝入BW250壓力灌漿機中，設定好注漿流量、注漿壓力等參數后，依次完成各孔的灌注。

5.2 固結灌漿

在全序孔回填灌漿結束后進行7 d養護，養護結束后開始固結灌漿施工。首先使用風鉆在預留孔內造孔，檢查成孔效果，保證孔深、孔徑和孔斜率等參數符合施工要求，并且孔壁無明顯開裂。然后將軟管插入鉆孔內，注水沖洗鉆孔。觀察到鉆孔返水清澈后即可停止。從I序孔中隨機挑選總孔數10%的鉆孔開展水壓試驗，根據試驗結果確定灌漿壓力等參數。固結灌漿也按照“逐段加密”原則進行，選擇最低的孔作為起始孔，完成該孔的灌漿后，左右交替灌漿，最后灌注最高的孔。導流隧洞上部孔灌漿完畢后，現場施工人員要按照“先關閉孔口閘閥，再關停機具”的順序操作。全序孔固結灌漿結束后，進行封孔養護，養護時間不低于7 d，等到孔內漿液完全凝結后，將孔口閘閥拆除，至此完成導流隧洞施工。

6 結束語

本文所述的水利樞紐特大斷面導流隧洞施工中，主要應用到了光面爆破技術、噴錨掛網支護技術、二次襯砌技術和固結灌漿技術。在現場施工中，施工人員通過樹立全過程、精細化的管控理念，確保了導流隧洞施工順利完成。本次工程實際用時92 d，比預期工期提前了8 d，經檢驗能夠滿足水工隧道通過高速水流的要求。