小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工關(guān)鍵技術(shù)

楊攀

中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建 福州 350014

引言

水利工程項(xiàng)目日漸增多，許多施工企業(yè)都在水利工程建設(shè)中積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，克服了原有技術(shù)的諸多不足，提高了水利工程的建設(shè)質(zhì)量與效益。但由于水利工程的規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，施工建設(shè)中的技術(shù)要求較高，特別是在小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工中，面臨更多的施工難點(diǎn)，施工企業(yè)在遇到這一施工條件時(shí)，應(yīng)綜合分析現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，參考行業(yè)內(nèi)的施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，制定更為科學(xué)的施工技術(shù)方案。

1 工程概況

以某引水工程為例，此工程項(xiàng)目的規(guī)模龐大，施工建設(shè)周期長(zhǎng)，小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工為項(xiàng)目的重難點(diǎn)部分。根據(jù)本工程的建設(shè)規(guī)劃要求，引水工程中包含輸水隧洞、管道、閘門井等主要建筑物，幾種建筑物施工相比較，隧洞為本項(xiàng)目施工的難點(diǎn)，施工中最容易出現(xiàn)質(zhì)量與安全方面的問(wèn)題。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，水工隧洞長(zhǎng)23.3km，斷面尺寸為5.5m×4.0m，圍巖主要為凝灰熔巖，具體的施工作業(yè)中適宜采用鉆爆法施工。

2 小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工難點(diǎn)

此隧洞工程建設(shè)中的技術(shù)難度系數(shù)較高，“小”指的是在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中專業(yè)的機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入到隧洞內(nèi)開展施工作業(yè)，沒(méi)有足夠的空間放置和運(yùn)行機(jī)械設(shè)備，只能采取人工操作的方式，“長(zhǎng)”指的是現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)、電力、排水等作業(yè)，在同等距離下如果隧洞的洞徑較大，就不是“長(zhǎng)”隧洞，如隧洞的洞徑相對(duì)較小，只能采取人工作業(yè)的方式，就稱之為長(zhǎng)隧洞。伴隨著現(xiàn)場(chǎng)開挖作業(yè)，隧洞斷面將會(huì)或多或少地影響出渣、通風(fēng)排煙處理，一旦現(xiàn)場(chǎng)的送風(fēng)距離、運(yùn)輸車與通風(fēng)管間距較小，可能出現(xiàn)通風(fēng)管被破壞的情況[1]。因此，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的這些特征，有關(guān)人員在具體施工中需強(qiáng)化技術(shù)管理，制定科學(xué)且可行的施工方案。

3 施工工期和工程特征

3.1 施工工期

本工程項(xiàng)目中的水工隧洞，最為突出的特征就是小斷面、長(zhǎng)距離，合同工期為36個(gè)月，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的施工難度，施工中的工期較為緊張，施工企業(yè)需制定科學(xué)的進(jìn)度計(jì)劃，科學(xué)安排施工流程，并細(xì)分工作量。

3.2 工程特征

本項(xiàng)目建設(shè)中，水工隧洞的斷面較小，距離偏長(zhǎng)，通風(fēng)效果難以達(dá)到預(yù)期，利用機(jī)械設(shè)備開展施工作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，不具備機(jī)械作業(yè)的條件。本工程項(xiàng)目的建設(shè)中，現(xiàn)場(chǎng)分布的地下水較多，水量和水位嚴(yán)重干擾了現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度，再加上此隧洞的距離較長(zhǎng)，施工中有嚴(yán)格的工期限制，隧洞施工受到多種因素的影響，在前期技術(shù)人員需做好充分的規(guī)劃與協(xié)調(diào)，針對(duì)每一種施工影響因素都制定對(duì)應(yīng)的處理策略[2]。

4 施工方案與方法

水工隧洞的斷面小，作業(yè)空間狹小，施工作業(yè)中遇到的技術(shù)難題多，施工流程復(fù)雜。為克服現(xiàn)場(chǎng)的諸多技術(shù)難題，施工人員需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)水文等基本條件，科學(xué)引入機(jī)械化施工技術(shù)，以提高施工速度，用機(jī)械與人工作業(yè)相配合的方式來(lái)提高施工質(zhì)量，在工期范圍內(nèi)高質(zhì)量、如期完工。

4.1 施工方案

本工程項(xiàng)目中，考慮到現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性，采用了動(dòng)態(tài)化施工方式，利用這一方式不僅能達(dá)到施工的質(zhì)量規(guī)定，還能提高施工的安全性。在本項(xiàng)目的I、II、Ⅲ、Ⅳ類圍巖均采用全斷面爆破開挖工藝，Ⅴ類圍巖采用人工配合機(jī)械分臺(tái)階開挖法，局部利用弱松動(dòng)鉆爆開挖工藝。隧洞施工作業(yè)包含超前支護(hù)、開挖、初期支護(hù)、二次襯砌等施工流程。綜合類似的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，考慮本項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)以及施工要求，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中的隧洞巖洞開挖中采用全斷面光面爆破、控制爆破法，洞內(nèi)裝渣采用扒渣機(jī)，出渣采用有軌運(yùn)輸、電瓶車牽引。襯砌采用自行式液壓襯砌臺(tái)車，拱墻一次澆筑。

4.2 施工方法

水工隧洞施工作業(yè)中，開挖為關(guān)鍵步驟，開挖作業(yè)中為最大程度上提高質(zhì)量與安全，施工人員應(yīng)綜合現(xiàn)場(chǎng)的諸多因素來(lái)確定進(jìn)尺，將此參數(shù)作為施工依據(jù)。由于采用的是鉆爆法，在鉆孔作業(yè)中，需由專業(yè)的技術(shù)人員按照爆破設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鉆孔施工，各鉆手分區(qū)、分部位定人定位鉆孔，保障鉆孔質(zhì)量。每排炮由專業(yè)人員開展檢查，保障其符合平、直、齊的要求，水平周邊孔偏差需在5cm以內(nèi)，其他鉆爆孔偏差同樣也在5cm以內(nèi)。裝藥爆破環(huán)節(jié)，針對(duì)洞室開挖環(huán)節(jié)，炮工要在技術(shù)人員指導(dǎo)下按爆破設(shè)計(jì)方案要求實(shí)施規(guī)范化作業(yè)。此隧洞施工建設(shè)中尤其要關(guān)注通風(fēng)問(wèn)題，為保障通風(fēng)條件最佳，達(dá)到連續(xù)通風(fēng)的要求，施工人員需選擇滿足要求的通風(fēng)管，創(chuàng)造接力通風(fēng)條件。

5 水工隧洞工程施工中關(guān)鍵技術(shù)

5.1 施工通風(fēng)

對(duì)小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工作業(yè)而言，通風(fēng)問(wèn)題最值得引起關(guān)注。正常情況下隧洞中的供風(fēng)量需達(dá)到要求，確定這一參數(shù)時(shí)，施工人員需根據(jù)隧洞最多能承受的人口數(shù)量、洞內(nèi)的最小風(fēng)速、洞內(nèi)出渣車等來(lái)計(jì)算供風(fēng)量。隧洞通風(fēng)處理中也需配備特定型號(hào)與功能的通風(fēng)設(shè)備，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)空間狹小，如選用大直徑的通風(fēng)管，將不利于設(shè)備運(yùn)行，也會(huì)影響運(yùn)輸工作，而小直徑通風(fēng)管產(chǎn)生的風(fēng)阻較大，難以保障隧洞中的供風(fēng)量、供風(fēng)距離。經(jīng)由綜合對(duì)比，施工作業(yè)中可配備Ф800mm規(guī)格的通風(fēng)管，以創(chuàng)造良好的通風(fēng)條件，通風(fēng)機(jī)功率為55kW，供風(fēng)量為600m3/min，選用布質(zhì)材料的風(fēng)筒，確保通風(fēng)條件與各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到規(guī)定[3]。通風(fēng)設(shè)備安裝問(wèn)題也會(huì)影響通風(fēng)效果，不利于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，為此，施工人員需規(guī)范安裝通風(fēng)設(shè)備，安裝工作中必須嚴(yán)格遵守安裝規(guī)范，如應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b位置，為保障通風(fēng)效果。在全部隧洞口均要安裝通風(fēng)設(shè)備，設(shè)備從洞口進(jìn)入洞內(nèi)時(shí)嚴(yán)禁有折角、轉(zhuǎn)彎，達(dá)到順暢通風(fēng)的要求。施工人員安裝風(fēng)管時(shí)，需遵循平順性規(guī)定，風(fēng)管的截面要完整，一旦有破損問(wèn)題，應(yīng)利用膠水黏結(jié)破損位置。通風(fēng)管在送風(fēng)階段，送風(fēng)口與掌子面的距離不得小于15m，接力通風(fēng)時(shí)后面風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量要超過(guò)前面風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，且不得與前面風(fēng)筒相連接，相互之間要保持30～50m的間隔距離。

5.2 鉆爆法施工

針對(duì)本工程項(xiàng)目的鉆爆作業(yè)，為提高爆破作業(yè)的安全性，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需根據(jù)爆破方案的有關(guān)要求來(lái)組織施工作業(yè)。爆破采用減弱松動(dòng)爆破法，嚴(yán)格控制爆破作用指數(shù)，保障可達(dá)到爆破后的巖塊基本松散，用機(jī)械解小裝運(yùn)。本工程中的相關(guān)爆破參數(shù)為：最小抵抗線：最小抵抗線按通常采用的W=（20～40）d公式計(jì)算，式中d為炮眼直徑，采用的小直徑（36～50mm）鉆頭；孔距a：按a=（1～1.2）W確定，排距b=W；爆破傾角α：根據(jù)鉆機(jī)性能，一般α不小于75度；炮孔長(zhǎng)度L：L=H+ΔL；式中H—開挖高度m，ΔL—超深m；單位炸藥消耗量q：每孔裝藥量計(jì)算按Q=qab（w）H計(jì)算，必須經(jīng)過(guò)試爆進(jìn)行確定。爆破施工中正常眼為耦合連續(xù)裝藥，每孔放兩發(fā)雷管，堵塞長(zhǎng)度需達(dá)孔深的1/3以上，裝藥結(jié)束后用炮泥填實(shí)；預(yù)裂孔采用間隔不耦合裝藥方式，選擇直徑32mm的藥卷，底部加強(qiáng)裝藥一卷半后間隔0.5m一支，綁在竹片上裝入炮孔。

5.3 水泥基藥卷錨桿

本工程項(xiàng)目中針對(duì)小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工作業(yè)，水泥基藥卷錨桿需配備手風(fēng)鉆來(lái)完成鉆孔施工處理，有關(guān)施工人員在對(duì)錨桿孔實(shí)施鉆孔作業(yè)之前，應(yīng)重視前期的測(cè)量工作，參考施工設(shè)計(jì)方案中的有關(guān)參數(shù)，清晰且精準(zhǔn)標(biāo)注開孔位置。錨桿孔的孔軸同樣應(yīng)以施工方案且依據(jù)完成開孔任務(wù)，但必須保障其與開挖面的垂直性。錨桿孔深度也是施工中需關(guān)注的重點(diǎn)參數(shù)，施工中必須要將這一參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后利用高壓風(fēng)實(shí)施沖洗，保障錨桿孔內(nèi)無(wú)任何雜物。砂漿施工作業(yè)中應(yīng)結(jié)合施工要求配制高性能砂漿，砂漿濃度應(yīng)適當(dāng)高一些，所配制的砂漿最好做到隨配隨用，對(duì)超過(guò)初凝時(shí)間的藥卷需及時(shí)報(bào)廢。

5.4 混凝土二次襯砌

此水工隧洞作業(yè)中，混凝土二次襯砌施工為關(guān)鍵步驟，在進(jìn)入這一施工環(huán)節(jié)后，現(xiàn)場(chǎng)需配置自行式液壓襯砌臺(tái)車輔助施工作業(yè)，當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)并不僅僅涉及這一種設(shè)備，還包含抗側(cè)偏千斤頂。襯砌施工作業(yè)開始之前，施工人員要在隧洞拱部部位上頂上抗浮千斤頂，在此操作環(huán)節(jié)還應(yīng)該規(guī)范操作，避免損壞襯砌，在千斤頂頂端需開展特殊設(shè)計(jì)與處理。為保障所設(shè)置的工作窗符合實(shí)際的施工標(biāo)準(zhǔn)，施工人員需綜合從振搗、排氣、抗浮等多種因素著手，盡可能提高頂拱封堵的密實(shí)性，一般需在頂部位置上設(shè)置3個(gè)封口器，實(shí)施頂拱的封堵處理。在臺(tái)車方面應(yīng)使用液壓收支與絲桿頂升，以從根本上保障臺(tái)車可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中出現(xiàn)模板變形的概率較高，為避免這一現(xiàn)象影響施工作業(yè)，鋼模應(yīng)采用厚度為8mm的鋼板，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性、防水性。

6 水工隧洞施工質(zhì)量安全保證措施

6.1 質(zhì)量保證措施

考慮到小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工中質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)的情況，為達(dá)到工程建設(shè)的質(zhì)量目標(biāo)，實(shí)際的施工建設(shè)過(guò)程中需開展全過(guò)程質(zhì)量管理與控制，主要需做好以下工作：①在工程企業(yè)中成立專門的質(zhì)量控制小組，由該小組負(fù)責(zé)工程現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理與控制，設(shè)置專職質(zhì)量監(jiān)測(cè)人員。現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中，質(zhì)量控制小組全面監(jiān)管開挖支護(hù)施工作業(yè)，通過(guò)質(zhì)量監(jiān)督與檢查來(lái)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的施工問(wèn)題，對(duì)每個(gè)班、每道工序均需實(shí)施跟蹤檢查、指導(dǎo)與監(jiān)督，并形成完整的質(zhì)量監(jiān)督報(bào)告，落實(shí)質(zhì)量責(zé)任。②對(duì)用于本工程項(xiàng)目的測(cè)量設(shè)備，必須檢驗(yàn)合格以后才可投入使用，控制測(cè)量采用全站儀做導(dǎo)線控制網(wǎng)，為提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須要由專業(yè)的人員來(lái)負(fù)責(zé)測(cè)量任務(wù)。③開挖斷面的測(cè)量誤差需控制在正常范圍內(nèi)，一般不得超過(guò)10cm，相對(duì)于中線的誤差不大于±5cm，如遇到起伏大、變徑或轉(zhuǎn)彎段，則需增加測(cè)繪斷面。④錨桿開孔環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格執(zhí)行施工圖紙的規(guī)定，保障開孔位置的正確性，孔位偏差需在10cm以內(nèi)，與此同時(shí)，錨桿孔的孔軸也需達(dá)到施工規(guī)定，如施工圖中對(duì)孔軸沒(méi)有明確要求，需保障錨桿孔軸與開挖面的垂直性。⑤砂漿錨桿應(yīng)按照先注漿后安裝錨桿的順序來(lái)實(shí)施，錨桿孔徑需超過(guò)錨桿直徑，且錨桿孔深也要得到施工規(guī)定，控制孔深偏差，將此偏差保持在0.5m以內(nèi)。

6.2 安全保證措施

小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞施工作業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，為提高施工安全性，工程企業(yè)在施工作業(yè)中需強(qiáng)化安全管理，開展全過(guò)程施工監(jiān)管。首先，正式鉆孔之前，施工人員與管理人員需檢查工作面的安全性、照明條件，保障工作面處于安全狀態(tài)，且照明亮度達(dá)到了施工要求，如掌子面有松動(dòng)的巖石，需由專人來(lái)清理，并采取支護(hù)處理的方式。其次，進(jìn)洞施工作業(yè)人員必須遵循安全操作規(guī)范，正確佩戴安全防護(hù)用具，如要戴好安全帽、防護(hù)手套、穿工作服。第三，強(qiáng)化施工中的監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)將有關(guān)的測(cè)量結(jié)果反饋給有關(guān)作業(yè)人員，利用測(cè)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)，如發(fā)現(xiàn)隧洞變形現(xiàn)象，則需及時(shí)采取有效的措施來(lái)抑制變形。最后，保障洞內(nèi)通風(fēng)，在現(xiàn)場(chǎng)配備大功率風(fēng)機(jī)，并做好通風(fēng)設(shè)計(jì)，選派專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)管理。

7 結(jié)束語(yǔ)

小斷面長(zhǎng)距離水工隧洞是水利工程中較為常見的施工情形，這一條件下的施工難度較大，不僅面臨技術(shù)難題，也存在施工風(fēng)險(xiǎn)，為有效保障施工質(zhì)量與安全，有關(guān)人員在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中需規(guī)范利用相應(yīng)的施工技術(shù)，并立足現(xiàn)場(chǎng)條件創(chuàng)新技術(shù)，構(gòu)建全新的施工技術(shù)體系。