水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工研究

劉方勇

南昌市灣里城市建設(shè)投資發(fā)展有限責(zé)任公司,江西 南昌 330000

0 引言

在水庫除險加固工程中,泄洪隧洞用于調(diào)節(jié)水庫水位、控制泄洪流量,保障水庫的安全運行。在實踐作業(yè)中,泄洪隧洞具有一定的施工難度,需要設(shè)計完善的施工方案,確保施工技術(shù)的合理應(yīng)用。

1 工程概況

廣東省某水庫流域控制面積為70 km2,具有綜合灌溉、防洪等多種功能。該水庫正常蓄水位為180 mm,總庫容為1.05億m3。當(dāng)?shù)?—6月的平均降雨量為690 mm,需要確保該水庫擁有足夠的備用容量。該工程存在Ⅳ類鈣質(zhì)粉砂巖以及Ⅴ類中等硬度粉砂巖。為確保該水庫可以充分發(fā)揮泄洪除險功能,保障當(dāng)?shù)厣鐣a(chǎn)與居民生活,需要進行水庫除險加固作業(yè)。其中,新建泄洪隧洞部分包含進水渠、消能段等構(gòu)筑物,全長198 m,洞身形狀為直徑2.5 m的圓形。在泄洪隧洞投入應(yīng)用后,可以有效提升水庫的泄洪效果,強化水位調(diào)節(jié)。

2 施工內(nèi)容

2.1 控制隧洞水流

為穩(wěn)定提升泄洪隧洞施工質(zhì)量,需要做好隧洞水流控制工作。可以在泄洪隧洞的進出口位置,開挖截水溝和集水坑,確保水流的截留與集中排放。還可以考慮將鋼筋網(wǎng)片放置在排水溝渠上方,進一步降低水流速度。考慮到該工程施工期間,正處于當(dāng)?shù)氐挠昙?可能出現(xiàn)隧洞水流控制力度偏弱的問題,需要準備足夠數(shù)量的黏土編織袋,強化水流控制效果。

2.2 組件防腐處理

在該工程中,需要用到大量金屬材質(zhì)組件,在使用過程中容易發(fā)生組件腐蝕傾倒,需要開展必要的防腐處理。對于和混凝土結(jié)構(gòu)接觸的組件,可以通過噴涂砂料的方式,將組件表面粗糙度維持在60～100 μm。對于其他組件,則要選擇晴天,向組件表面均勻噴涂鋅鋁涂層,在2 h內(nèi)均勻噴涂2次,隔絕空氣與水分對組件的侵蝕[1]。

3 施工技術(shù)

在該工程中,水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工技術(shù)如圖1所示。

圖1 水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工流程

3.1 圍巖量測

在開展圍巖量測作業(yè)時,需要保證測量精度,避免影響泄洪隧洞的后續(xù)使用。第一,分析泄洪隧洞施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件,明確量測目標(biāo);第二,對工作面做開挖處理,進行圍巖的量測作業(yè),并確認圍巖是否擁有良好的穩(wěn)定性。如果圍巖穩(wěn)定性較好,可以進行后續(xù)的光面爆破作業(yè);如果圍巖穩(wěn)定性偏差,需要做二次量測作業(yè),避免出現(xiàn)嚴重的數(shù)據(jù)誤差。通常情況下,如果是標(biāo)準的隧道開挖寬度,在圍巖量測作業(yè)中,需要保持不小于6 mm/d的移動速度,以3次/d的頻率開展量測工作;如果是1～3倍的隧道開挖寬度,需要保持1～6 mm/d的移動速度,以2次/d的頻率開展量測工作。

3.2 光面爆破

在開始光面爆破之前,需要工作人員佩戴全套的防護裝備,移動到泄洪隧洞附近,對石方開展爆破作業(yè)。在光面爆破作業(yè)中,可能會出現(xiàn)空槍現(xiàn)象,出現(xiàn)這種情況主要原因是炮眼設(shè)置較為稀疏,造成炮眼沒有進入正常爆破狀態(tài)。在設(shè)置炮眼時,務(wù)必保證設(shè)置的科學(xué)性,并準備足夠的炸藥。在該工程中,光面爆破使用不耦合裝藥模式,通過導(dǎo)爆索進行起爆作業(yè)。對于周邊孔,則通過非電雷管,進行分段起爆作業(yè)。在Ⅲ類圍巖中,需要設(shè)置0.1～0.15 kg/m的炸藥量;在Ⅳ類、Ⅴ類圍巖中,要將炸藥量降低至0.1 kg/m。需要注意,如果爆破作業(yè)后,在爆破現(xiàn)場殘留炸藥,則要對爆破點位進行檢查,確認是否存在滲水情況。如果出現(xiàn)啞炮情況,需要在啞炮周邊的0.3 m位置,再次選擇爆破點,做二次爆破作業(yè),保證光面爆破達到預(yù)期效果[2]。為精準控制炸藥量P,可以參考式(1)進行計算。

P=s×n×l

(1)

式中:s為單位距離的炸藥量,在該工程中設(shè)定為0.08 kg/m;n為光面爆破點位周邊孔洞數(shù)量,參考39個孔洞的光面爆破點位;l為爆破長度,設(shè)定為1 m。

通過計算,需要保證3.12 kg的炸藥供應(yīng),才能滿足39個周邊孔洞,爆破1 m的光面爆破需求。

3.3 開挖支護

在開挖泄洪隧洞之前,需要先在進出口位置搭設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的安全棚。對于鋼結(jié)構(gòu)骨架,需要保持0.5 m的間距,并在其內(nèi)部鋪設(shè)厚度為5 cm的木板。在開挖作業(yè)中,該工程使用全斷面開挖法將圍巖進尺控制在1～2 m,保持循環(huán)進尺工作狀態(tài)。如果在開挖過程中,發(fā)現(xiàn)Ⅲ類圍巖,則要將循環(huán)進尺提升至3 m。在開挖作業(yè)中,需要及時運出土石,避免影響正常的開挖進度。為降低開挖風(fēng)險,需要開展必要的支護作業(yè)。在該工程中,Ⅳ類圍巖存在一定的不穩(wěn)定性,需要使用錨桿支護法進行支護。設(shè)置錨桿掛網(wǎng),以1 m間距設(shè)置梅花形結(jié)構(gòu);Ⅴ類圍巖的強度偏差,開挖作業(yè)有較大概率會發(fā)生塌方事故,需要使用工字鋼支護法進行支護。使用直徑18 mm、厚度4 mm的鋼管,拼接成鋼拱架。通過在圍巖上鉆孔,安裝鋼拱架。對于圍巖裂縫,需要借助鋼絲網(wǎng)捆綁方式,提升局部圍巖的穩(wěn)定性。先安裝鋼拱架,緊固鋼絲網(wǎng),使用螺栓加強固定。再使用C30強度混凝土,對鋼拱架與鋼絲網(wǎng)表面進行噴涂,保證混凝土可以填充兩者的縫隙,以80 mm作為混凝土的噴涂厚度標(biāo)準。完成混凝土噴涂作業(yè)后,需要使用直徑18 mm的螺紋鋼筋,以1.2 m作為埋深標(biāo)準。在工字鋼支護法中,螺紋鋼筋作為錨桿使用[3]。

3.4 灌漿鉆孔

該工程采用固結(jié)灌漿法進行灌漿作業(yè),要求深度10 cm,維持0.3 MPa的灌漿壓力。根據(jù)圍巖條件,合理調(diào)節(jié)灌漿速度,確保水泥漿液的均勻性,提高圍巖穩(wěn)定性。在該工程中,可以考慮使用硅酸鹽水泥,準備20～25 ℃的清水,制成混合劑進行灌漿作業(yè)。因為灌漿材料有可能發(fā)生凝結(jié)情況,所以在制作水泥漿液時,要添加適量的速凝劑,抵消灌漿材料凝結(jié)造成的負面影響。結(jié)束灌漿作業(yè)后,選擇在圍巖基礎(chǔ)面的合適位置開鉆孔洞,確保鉆孔距離誤差保持在20 cm以內(nèi),最大鉆孔深度不得超過10 cm,避免影響泄洪隧洞的支撐效果[4]。結(jié)束鉆孔作業(yè)后,對孔洞內(nèi)部進行清理,以3：1的漿液水灰比制成灌漿,保持1 L/min的灌漿速度。這個環(huán)節(jié)需要保持30 min的持續(xù)灌漿作業(yè)。

3.5 混凝土襯砌

對于混凝土襯砌作業(yè),需要使用C30混凝土,先完成底板澆筑,再做邊墻澆筑,最后對頂拱位置進行澆筑,具體流程如圖2所示。

圖2 水庫除險加固工程新建泄洪隧洞混凝土襯砌流程

3.5.1 前期準備

在泄洪隧洞混凝土襯砌作業(yè)中,采用“組合鋼模板+混凝土”澆筑模式。使用直徑48 mm的腳手架鋼管設(shè)置支撐架,并對施工縫面、永久伸縮縫面等施工縫面進行預(yù)先處理。要求去除尖角、倒坡,將泄洪隧洞的石渣清理干凈,排除積水。同時,對施工縫面的毛邊進行處理,對污染位置進行清除。如果是永久伸縮縫,需要根據(jù)泄洪隧洞混凝土襯砌要求,粘貼硬質(zhì)閉孔泡沫板。為提升混凝土襯砌質(zhì)量,可以在混凝土澆筑作業(yè)之前,根據(jù)混凝土配合比,鋪設(shè)厚2 cm的砂漿。

3.5.2 混凝土施工

首先,將已經(jīng)混合完畢的混凝土,移動到泄洪隧洞進出口位置,通過平鋪法完成泄洪隧洞底板與墊層的混凝土澆筑作業(yè),要求厚度控制在30～50 cm,并使用直徑50 mm的振搗器對混凝土做振搗處理,去除混凝土中的空氣,保證混凝土的密實性。

其次,在開展邊墻與頂拱位置的混凝土澆筑作業(yè)時,需要通過模板預(yù)留的窗口,泵送澆筑混凝土。對于邊墻,要從模板頂部位置,通過混凝土泵管泵送混凝土,確保下料高度小于等于150 cm,由現(xiàn)場施工人員做平倉振搗處理。通過分層平鋪法進行混凝土澆筑,每層混凝土厚度控制在40～50 cm,勻速提升混凝土的澆筑高度。

最后,對于頂拱位置,需要根據(jù)巖面高度,以低15～20 cm的高度標(biāo)準,在模板頂部設(shè)置進料口,并埋設(shè)用于泵送混凝土的導(dǎo)管,通過鋼筋進行輔助固定。對于泄洪隧洞的頂部,需要在最高點位埋設(shè)用于檢查的直徑48 mm的排氣管。在頂部混凝土澆筑過程中,觀察到排氣管流出漿液,即可確認泄洪隧洞頂部模板已經(jīng)填滿混凝土[5]。

3.5.3 混凝土養(yǎng)護

結(jié)束混凝土澆筑任務(wù)后,確認結(jié)構(gòu)面擁有2.5 MPa的強度標(biāo)準后,拆除模板。對于頂拱,確認其強度達到75%設(shè)計標(biāo)準,即可進行模板拆除作業(yè)。結(jié)束混凝土澆筑作業(yè)后的12～18 h,即可進入混凝土的養(yǎng)護流程。在該工程中,無法采用常規(guī)的灑水養(yǎng)護工藝,可以考慮采取涂刷混凝土養(yǎng)護劑的方法,完成混凝土養(yǎng)護任務(wù)。在泄洪隧洞混凝土襯砌作業(yè)中,需要做好隧洞口的封閉處理,為混凝土提供相對穩(wěn)定的溫度條件,合理規(guī)避穿堂風(fēng)的生成,避免出現(xiàn)混凝土干裂現(xiàn)象,影響泄洪隧洞施工質(zhì)量。

在完成水庫除險加固工程施工建設(shè)任務(wù)后,施工單位對泄洪隧洞進行持續(xù)3個月的追蹤式調(diào)查。在調(diào)查期間,泄洪隧洞并沒有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞、功能故障等情況,在水庫水位調(diào)節(jié)方面表現(xiàn)良好,可以根據(jù)設(shè)計需求有效控制泄洪流量,符合預(yù)期設(shè)計標(biāo)準。

4 結(jié)束語

在開展水庫除險加固工程新建泄洪隧洞施工作業(yè)時,需要詳細分析施工條件,設(shè)計內(nèi)容完整的施工方案。在方案執(zhí)行過程中,需要根據(jù)施工班組實踐反饋內(nèi)容,對部分細節(jié)做合理優(yōu)化,確保施工資源得到最大化利用。