導流隧洞施工技術在水利樞紐特大斷面工程中的應用

摘 要：以某水利樞紐工程的導流隧洞為例，探究爆破開挖、臨時支護與混凝土襯砌等施工技術的應用。洞身以Ⅱ～Ⅲ級圍巖為主，使用液壓鑿巖臺車鉆孔后進行爆破作業。鉆爆結束后立即進行噴錨作業加固圍巖，局部掛鋼筋網，再次噴射混凝土進行二次襯砌，營造安全的施工環境。二次襯砌結束后進行養護，養護完成后回填灌漿和固結灌漿，從而保證圍巖穩定。

關鍵詞：導流隧洞;水利樞紐;臨時支護;回填灌漿;特大斷面工程

中圖分類號：TV554 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）34-0180-04

Abstract： Taking the diversion tunnel of a water conservancy project as an example， the application of construction technologies such as blasting excavation， temporary support and concrete lining is explored. The tunnel body is mainly composed of Grade II～III surrounding rock， and blasting operations are carried out after drilling with hydraulic drilling jumbo. Immediately after the drilling and blasting， shotcrete and anchor operations are carried out to strengthen the surrounding rock， partially hang steel mesh， and spray concrete again for secondary lining to create a safe construction environment. Maintenance is carried out after the secondary lining is completed， and backfilling grouting and consolidation grouting are completed to ensure the stability of the surrounding rock.

Keywords： diversion tunnel; water conservancy project; temporary support; backfilling grouting; extra-large section project

在水利樞紐的特大斷面工程中，由于開挖工程量大，加上開挖期間對巖土結構產生擾動，很容易出現臨空面坍塌事故，不僅嚴重影響工程進度，而且對現場施工人員的健康安全構成嚴重威脅。因此，在水利樞紐導流隧洞等特大斷面工程施工中，一方面要在開展地質勘察的基礎上選擇科學的開挖方式，采用爆破作業時必須合理設計炮眼深度、炮眼間距等爆破參數;另一方面又要做好洞內臨時支護，防止拱頂、側壁出現落石、坍塌等安全隱患，為現場施工人員提供一個安全的作業環境。

1 工程概況

某水利樞紐正常蓄水位398 m，總庫容44.7 m3，兼有防洪、發電、灌溉功能。導流隧洞是該水利樞紐的重要臨時建筑物（Ⅳ級），整體呈斜墻馬蹄形斷面，頂拱圓心角155°，頂拱半徑6.6 m，上覆山體厚度133～236 m，使用期6年，共2條。一條靠近山體，隧洞全長1 091.4 m;另一條靠近河流，隧洞全長990.6 m。導流隧洞的設計最高水流速度為22 m/s，最大坡度為9.8%。地質勘察結果表明，洞身以Ⅱ～Ⅲ級圍巖為主。

2 導流隧洞施工技術的應用

2.1 洞身開挖

以起拱線為界將隧洞分為上、下兩部分，考慮到Ⅱ～Ⅲ級圍巖的穩定性較好，選擇鉆爆法進行洞身開挖。作業順序為先上后下，使用液壓鑿巖臺車鉆孔后進行非電毫秒雷管光面爆破，側卸式裝載機裝碴后由自卸汽車將碴石運出。洞身開挖作業流程如圖1所示。

在施工準備階段，使用全站儀、水準儀、激光準直儀等儀器設備進行現場測量放樣，確定導流隧洞的開挖輪廓線，防止出現超挖、欠挖情況。結合圍巖情況和洞身開挖要求合理設計爆破參數，以便于獲得理想爆破效果[1]。本工程中爆破參數設計如下：上半洞的炮眼深度為3.5 m，采用直眼中空孔掏槽，共布置6個掏槽眼，28個周邊眼，38個輔助眼，炮眼布置如圖2所示。

掏槽眼的裝藥密度為0.6 kg/m，周邊眼的裝藥密度為0.25 kg/m，輔助眼的裝藥密度為0.48 kg/m。周邊眼的光面爆破參數見表1。

下半洞的炮孔直徑為70 mm，炮孔深度10.2 m，孔間距1.8 m，排間距2.1 m，單位耗藥量0.7 kg/m3。在完成爆破參數設計后，鑿巖臺車進場到達指定位置，參考炮眼布置圖按照順序依次完成鉆眼。檢查炮眼質量確定不存在超鉆、欠鉆以及裂縫等問題后使用高壓空氣槍吹孔，將孔內雜質清理干凈后裝入乳膠藥卷。其中，周邊眼的裝藥方式為不連續裝藥，其他炮眼為連續裝藥，并密集堵塞炮眼。檢查裝藥情況，使用導爆管毫秒雷管復式簇聯網絡進行爆破。爆破結束后啟動軸流式通風機，驅散爆破場地內的煙塵，在開挖面上使用噴水機噴射水霧輔助降塵。進行安全檢查，發現危石后及時排除，營造安全作業環境。聯合使用裝載機和自卸汽車完成隧洞內碴石的清運工作，將碴石卸載到指定的碴場[2]。

2.2 洞身臨時支護

2.2.1 錨桿作業

爆破作業后盡快采取噴錨措施，保證隧洞圍巖穩定。按照圍巖級別的不同，采取2種臨時支護方式：對于Ⅱ級圍巖，分2次噴射15 cm厚的鋼纖維混凝土，第一次噴射厚度為6 cm，第二次噴射厚度9 cm。分別在隧洞頂部和側墻上打入砂漿錨桿，錨桿長度3.8 m，直徑22 mm，插入圍巖長度3.7 m。對于Ⅲ級圍巖，分2次噴射C20混凝土，第一次噴射厚度5 cm，第二次噴射厚度5 cm，在隧道頂部以下10 m內布置長度為3.8 m、直徑為2 cm的砂漿錨桿。局部需要掛網，在錨桿上掛直徑為8 mm、網眼尺寸為16 cm×16 cm的鋼筋網，鋼筋網與錨桿接觸位置采用焊接方式固定[3]。砂漿錨桿的作業流程如圖3所示。

施工人員參照施工圖紙在現場標記鉆孔位置，鉆機就位后調整鉆頭方向與作業面垂直，設定好參數后開始鉆孔，要求孔位偏差小于100 mm，垂直度偏差小于1°，成孔質量檢查合格后清理鉆孔內的雜物。本工程使用脹殼式錨桿，現場組裝錨桿后將其插入鉆孔內，重點檢查兩方面：其一是錨桿插入孔內深度需要達到施工要求;其二是楔子能夠在脹殼內順利滑動。經檢查無問題后擰緊桿體，完成錨桿的固定。為了提高錨桿的抗拔力，在錨桿固定后向鉆孔與錨桿的間隙中灌注水泥砂漿，本工程中按照水泥、砂、水為1∶1∶0.5的重量比配置水泥砂漿，在水泥砂漿凝固后方可開展下一步作業。

2.2.2 噴射混凝土作業

初噴混凝土在爆破后立即進行，目的是盡早封閉巖面，保證圍巖穩定。噴射混凝土前需要清除巖面上的松動石塊以及表面的巖粉。在噴射混凝土作業時注意觀察隧洞內有無涌水現象，如果有局部涌水現象需要在配制混凝土時加入適量的速凝劑和抗滲劑。混凝土噴射作業流程如圖4所示。

噴射混凝土需要掌握的技術要點有：第一，合理控制噴嘴與巖面之間的距離，通常維持在50 cm左右。如果距離太近容易出現明顯的回彈現象，難以保證混凝土厚度的一致性;如果距離太遠則浪費太多材料。第二，噴射混凝土要嚴格遵循分段分塊、自上而下的順序，預防混凝土流掛情況。保證噴嘴移動速度均勻，噴射縱向第二行時注意與第一行進行適當搭接。第三，靈活控制不同區域的噴射厚度，側墻第一次噴射厚度一般在8～10 cm，頂拱第一次噴射厚度在4～5 cm。在第一層混凝土終凝以后再開始復噴作業，復噴結束后進行養護[4]。檢查噴射厚度，保證表面平整。第四，遇到漏水地段，首先使用直徑為50 mm的塑料軟管將水排出，必要時可以設置過濾層或隔水層，在解決滲漏問題后再噴射混凝土，提高混凝土與巖面的結合效果。

2.3 洞身混凝土襯砌

對于斷面較大的導流隧洞，常用的襯砌形式有鋼筋砼襯砌、噴鋼纖維混凝土襯砌以及底板鋼筋混凝土襯砌等。在綜合考慮工程造價、技術難度、施工周期等因素后，本工程中選擇噴鋼纖維混凝土襯砌方案，在洞身全斷面開挖成型后進行洞身混凝土襯砌，作業流程如圖5所示。

為保證現場作業的連續性，在準備階段對襯砌所用的設備、材料進行質量檢查，要求設備工況良好、材料質量合格，同時做好技術交底。同時進行測量放線，檢查中線、高程、斷面尺寸等各項參數是否符合要求。本工程中所用混凝土由附近拌合站制備并且經過質量檢驗后，使用砼車運送到施工現場。導流隧洞施工現場鋪設軌道，注意控制軌面標高和軌距，臺車就位后進行固定。檢查模板，存在缺角、變形、翹邊或者表面凹凸不平的不得使用，在模板內側涂刷脫模劑，方便后期脫模。按照順序依次拼接模板并進行臨時固定，檢查模板拼接部位有無明顯裂縫，對于縫隙寬度超過5 mm的要更換模板，對于縫隙寬度小于5 mm的可以通過夾塞止水膠條的方式處理，避免澆筑混凝土后發生滲漏問題[5]。依次安裝泵管、止水管和擋頭板，檢查混凝土坍落度符合施工要求后可以進行泵送操作。泵送混凝土時注意保證泵管順直，泵管的出口端與混凝土液面之間的距離維持在50 cm左右，避免泵管出口入模高度太高出現混凝土離析情況。同時，現場澆筑作業應連續進行，本工程中為了提高施工效率、縮短施工周期，采用了2臺灌漿機同步作業的方式，在左右兩側對稱布置、同步注漿，保證兩側混凝土的高度差在30 cm以內。在混凝土澆筑高度達到設計值后，拔出注漿管并進行振搗，本工程使用插入式振搗棒，堅持不漏搗、不過搗原則，經過充分振搗后進一步提高混凝土的密實性。振搗完畢后進入養護工序，養護時間不短于30 d，在混凝土實際強度達到設計強度的70%后可以拆模。

2.4 回填灌漿與固結灌漿施工

在拆模后進行回填灌漿，本工程中利用預留灌漿孔進行灌漿。預埋管中鉆孔，要求鉆孔末端伸入巖石的長度至少達到20 cm。將預埋管插入孔內與襯砌臺車模板頂緊以便于固定預埋管位置，然后按照順序進行灌漿。將奇數排作為第1序，偶數排作為第2序，完成第1序的回填灌漿后等待48 h，再開始第2序的回填灌漿，目的是防止相鄰鉆孔之間出現串漿情況。在全序孔灌注結束后進行質量檢查，確定符合標準后進行不少于7 d的養護，養護結束后進行固結灌漿，具體方法如下：施工人員使用風鉆在預留孔中鉆孔，使用清水沖孔方式清理孔內的巖粉等雜質。觀察孔口返出水，當水中無雜質后停止清孔，并從第1序孔隨機選擇10個孔進行水壓試驗，根據試驗情況設計固結灌漿參數。在固結灌漿中采取逐段加密原則施工，把間隔排上的全部孔作為一序，施工人員從最低的孔開始，向兩邊對稱灌注，直到到達最高處的孔。在灌漿完畢后，注意要先關孔口閘閥以防止孔內漿液回流，然后再關停注漿設備。在孔內漿液完全凝固后再拆除孔口閘閥以及注漿管等設備。

3 結束語

在特大斷面導流隧洞施工中，施工單位應結合前期的地質勘察結果，在掌握圍巖情況的前提下設計合理的施工方案。當圍巖強度較高時，需要采取先爆破后開挖的作業模式，合理設計爆破參數能夠取得更加理想的爆破效果，從而減輕后期開挖難度。考慮到爆破會對原來的巖土結構產生破壞，因此需要采取噴錨掛網聯合支護措施保證隧洞拱頂、側壁的穩定性，保證導流隧洞內部施工的安全和順利進行。

參考文獻：

[1] 王俊華.TSP技術在高坡水庫工程導流隧洞中的應用研究[J].中國水能及電氣化，2023（5）：23-29.

[2] 鄭長洲，張采賢，龍玉女.淺埋小斷面隧洞開挖技術在白乃水庫中的應用[J].云南水力發電，2023（2）：160-163.

[3] 陶林，楊月鳳.廣西玉林抽水蓄能電站上水庫大壩施工導流方案比選[J].紅水河，2023（3）：22-26.

[4] 梁皓.烏東德水電站導流隧洞上游段頂層開挖支護技術[J].云南水力發電，2022，38（1）：6-8.

[5] 賀志攀.導流隧洞混凝土襯砌施工技術[J].河南水利與南水北調，2022（11）：55-56.

作者簡介：趙建華（1972-），男，高級工程師。研究方向為水利水電及市政工程。