朱偉國

(黑龍江省水利四處工程有限責(zé)任公司，黑龍江牡丹江157000)

1 工程概況

新疆下坂地水利樞紐工程導(dǎo)流隧洞位于新疆喀什地區(qū)塔什庫爾干縣境內(nèi)，全長1 350 m，為水利樞紐的咽喉工程，屬一級建筑物。隧洞分進(jìn)口漸變段、洞身段、出口消能段、出口漸變段，縱坡i=1/380，洞身斷面尺寸:b×h=5.6×5.6 m，為馬蹄形斷面。洞身段襯砌厚40 cm，漸變段襯砌厚100 cm，均采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌。上下游沿渠道為八字形重力式擋土墻，出口設(shè)底流式消能設(shè)施。

下坂地導(dǎo)流隧洞地質(zhì)條件為穿越第三系地層構(gòu)成的V級侵蝕、剝蝕平臺(tái)，平均埋深30～40 m，局部地段達(dá)60 m，下伏巖性為第三系烏倫古河組(E2～3W)灰白色含砂礫巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖，層理不明顯，巖層產(chǎn)狀316°SW＜4°～5°，產(chǎn)狀不穩(wěn)定。洞身處在新鮮或微風(fēng)化巖內(nèi)，巖性為含砂巖、夾砂質(zhì)泥巖和泥巖，強(qiáng)度極低，屬極軟巖，巖體為層狀，在59+930～60+300 m段洞室側(cè)墻和底板以砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，洞頂主要為含砂礫巖，呈潮濕狀態(tài)，巖石強(qiáng)度極低，圍巖自穩(wěn)能力差，屬IV類圍巖。

2 工程施工特點(diǎn)及施工方案的選擇

下坂地導(dǎo)流洞工程由新疆工程局中標(biāo)承建，該局于2006年8月正式破土動(dòng)工開挖進(jìn)口連接段，11月30日正式開始洞身掘進(jìn)，于2009年10月完成洞身混凝土襯砌施工。本工程施工的主要特點(diǎn)有:工作面小、工序多、干擾性大、勞動(dòng)條件差、施工組織復(fù)雜、地質(zhì)條件成洞困難、易塌方、安全隱患大。這是該工程局首次在極軟巖地質(zhì)條件下進(jìn)行的隧洞施工。在歷時(shí)3 a多年度的施工過程中，連續(xù)2 a進(jìn)行冬季施工?？朔烁吆⒍囡L(fēng)沙地區(qū)艱苦的施工環(huán)境及多種困難，順利完成了工程施工任務(wù)。經(jīng)過反復(fù)調(diào)查研究，總結(jié)較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，并經(jīng)現(xiàn)場不斷調(diào)整，按照新奧法施工原理，遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測量”的施工原則，逐漸形成如下施工方案:

洞挖施工采用分?jǐn)嗝?次開挖，在施工準(zhǔn)備(包括測量及資源布置)充分后，先開挖上半洞，進(jìn)行一次支護(hù)后，再開挖下半洞。這樣可以讓頂拱的應(yīng)力傳遞至下半洞未開挖的巖體上，有利于應(yīng)力的重分布。

一次支護(hù)由原設(shè)計(jì)打錨桿、掛網(wǎng)支護(hù)的方法進(jìn)行一次支護(hù)，改為采用錨桿固定鋼格柵或槽鋼拱架聯(lián)合體支撐，掛網(wǎng)噴護(hù)。

二次支護(hù)由原施工方案用兩套鋼模臺(tái)車進(jìn)行洞襯砌施工，邊頂拱一次襯砌，底拱滑模施工，改為采用鋼支撐骨架，組合鋼模板隨澆筑高度插板式進(jìn)行。

3 施工工藝及方法

3.1 隧洞掘進(jìn)施工

開挖工藝為:

然后轉(zhuǎn)入下一循環(huán)，開挖進(jìn)尺控制在2 m/d，60 m/mo。按表1數(shù)據(jù)控制開挖進(jìn)度。

表1 全斷面開挖支護(hù)作業(yè)循環(huán)時(shí)間表

上半洞開挖:由熟練的風(fēng)鎬作業(yè)技工4人，嚴(yán)格按照施工放樣斷面作業(yè)，分區(qū)、分部位定人定位施工。因風(fēng)鎬作業(yè)受空間限制，挖掘土料由人工裝車，三輪車運(yùn)土至停在下半洞施工斷面前的自卸車上，由自卸車運(yùn)輸出洞。開挖前在洞口布置9 m3空壓機(jī)2臺(tái)集中供風(fēng)站，同時(shí)建好供水、供電設(shè)施及風(fēng)水電線路，保證作業(yè)。

圖1 上導(dǎo)洞開挖示意圖

下半洞開挖:首先人工風(fēng)鎬開挖兩邊墻位置土料，開挖以能夠安裝邊墻支承為宜，寬度1.0 m，開挖完成后，按設(shè)計(jì)進(jìn)行徑向錨桿施工，0.7～1.0 m間距垂直巖面布置，地質(zhì)條件極軟弱段，采用超前錨桿，與邊墻拱架連成整體，安裝完成后，日產(chǎn)SH－60反鏟短臂挖掘機(jī)開挖剩余土方，直接裝車由自卸車運(yùn)輸出洞?？紤]高度因素，機(jī)械土方開挖分兩次完成。見圖示2。軟弱地層固定支撐見圖3。1.5×1m，根據(jù)洞內(nèi)需要的寬度進(jìn)行，網(wǎng)眼加工大小按松散巖層加工成100 mm×100 mm～200 mm×200 mm。

圖2 下半洞兩次開挖及支護(hù)示意圖

圖3 軟弱地層固定鋼支撐示意圖

3.2 隧洞一次支護(hù)

本工程一次支護(hù)措施及時(shí)間是否及時(shí)，是保證隧洞安全及工期最關(guān)鍵最核心的環(huán)節(jié)。工程前期進(jìn)口200 m采取錨桿掛網(wǎng)支護(hù)，由于多次塌方的影響，后期全部改為錨桿固定鋼格柵或槽鋼拱架聯(lián)合體支撐，掛網(wǎng)噴護(hù)。若遇地質(zhì)條件差，成洞困難的斷面，根據(jù)地質(zhì)條件用錨桿穩(wěn)定鋼拱架無法施工，在拱角處或下支架底部，向內(nèi)掏槽澆筑混凝土，使鋼拱架與洞壁連成一體，不發(fā)生變形。

3.2.1 鋼格柵(或鋼拱架)施工

1)選材:根據(jù)圍巖地應(yīng)力情況，本工程前期采用【12槽鋼制作剛拱架，這種支護(hù)仍出現(xiàn)多次塌方，后改為φ20鋼筋制作的10 cm×15 cm柱型桁架式鋼格柵，加強(qiáng)一次支護(hù)。

2)加工:按照設(shè)計(jì)在加工廠加工成型、分件組裝。

3)安裝:鋼拱架安裝與掛網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行，拱架頂住網(wǎng)片，拱架間用φ22圓鋼聯(lián)系筋@70～100 cm環(huán)向布置，注意根據(jù)巖層情況，因自穩(wěn)時(shí)間很短(一般在12 h內(nèi))循環(huán)的進(jìn)尺要盡量短一些，不宜過長，在1～2 m。

4)拱圈間距根據(jù)巖層情況定，正常間距0.8～1.2 m，巖層自穩(wěn)差，減少間距，即加密支撐拱圈。

3.2.2 掛網(wǎng)施工

1)洞挖開挖到循環(huán)進(jìn)尺的長度后，立即修整好輪廓邊線，進(jìn)行掛網(wǎng)。

2)預(yù)先在加工廠焊接好φ6圓鋼網(wǎng)片，規(guī)格為長×寬=

3)固定網(wǎng)片可用3個(gè)/m2的噴混凝土厚度鋼筋樁焊牢，直接由鋼拱架支承。

4)鋼筋網(wǎng)要盡可能貼緊巖面，對于局部超挖或掉塊，形成的凹坑，把網(wǎng)片增加一層，錯(cuò)開布置，增加強(qiáng)度。

3.2.3 噴混凝土

1)拌合:采用小型拌合機(jī)現(xiàn)場拌合。

2)噴射:搞好噴射前的供水、供風(fēng)、鋼筋網(wǎng)片、拱架、噴射機(jī)的檢查，砂料及水泥的就位，噴射時(shí)先用風(fēng)吹一下巖面，吹掉巖粉，先噴一層2 cm厚的水泥砂漿結(jié)合層，待砂漿初凝后，再噴混凝土，噴射距離一般為噴嘴距噴面在0.8～1.2 m，角度盡量垂直，厚度要逐漸加厚。

3)噴護(hù)混凝土受管路和噴面回彈的因素制約，骨料的粒徑不宜過大，用5～10 mm的石子，砂子選用中、粗砂，細(xì)度模數(shù)≥2.5，配合比為水泥∶石子∶砂 =1∶2∶2，水灰比為0.45～0.5，砂中含泥量＜3%，石子非滾圓的成份＜20%，因太多的棱角對在管中的流動(dòng)不利。

4 二次支護(hù)施工

下坂地導(dǎo)流洞為馬蹄形斷面，邊頂拱襯砌混凝土厚40 cm，前期襯砌方案選擇采用鋼模臺(tái)車，即邊頂拱一次襯砌，每掘進(jìn)60 m襯砌一個(gè)澆筑段，考慮到施工進(jìn)度要求，采用鋼模臺(tái)車的襯砌只能從前、后洞進(jìn)行，因立模時(shí)間長，臺(tái)車移動(dòng)、就位速度緩慢，不利于施工，不具有靈活性。改為先采用分段跳倉澆筑，采用φ22圓鋼15 cm×20 cm的焊制的鋼架@=75 cm的定型桁架，作為支撐骨架，組合鋼模板隨澆筑高度插板式進(jìn)行。按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)縫長度分塊分段澆筑。

4.1 澆筑工藝及措施

工藝流程為:

施工方法:人工清理基礎(chǔ)，進(jìn)行地質(zhì)資料收集整理，基礎(chǔ)驗(yàn)收;用全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等進(jìn)行測量放線檢查，焊鋼筋架立筋;用自卸車將加工場按設(shè)計(jì)要求制作好的鋼筋運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場工作面，分類編號堆放，之后利用鋼筋臺(tái)車綁扎到位;架設(shè)定型桁架，校核到位，做好縱橫支撐，清理倉位內(nèi)的雜物;模板就位后測量校模、定位，提交測量資料進(jìn)行倉位驗(yàn)收;檢查砂骨料的貯備情況，生產(chǎn)用水、車輛情況等是否能滿足混凝土開倉澆筑的條件;混凝土統(tǒng)一由洞外集中拌和站按設(shè)計(jì)配合比拌制，采用混凝土運(yùn)輸車運(yùn)至洞內(nèi)泵車。采用泵送方式入倉，進(jìn)行人工平倉。邊拱混凝土對稱均勻下料，混凝土面均勻水平對稱上升，倉內(nèi)用插入式振搗器振搗密實(shí)，倉外輔以附著式振搗器振搗，頂拱混凝土采用退管法垂直封拱?；炷翝仓Y(jié)束(夏季1 d，冬季2 d)強(qiáng)度達(dá)到一定值后，經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)后拆模。為加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)效果，并避免洞內(nèi)集水，采用噴養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7 d。

4.2 進(jìn)度及質(zhì)量控制

為保證進(jìn)度，混凝土作業(yè)隊(duì)伍的作業(yè)時(shí)間嚴(yán)格按表2執(zhí)行。

表2 洞身邊頂拱混凝土澆筑作業(yè)循環(huán)時(shí)間

混凝土施工中質(zhì)量控制是關(guān)鍵，要嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，按照水利水電施工規(guī)范操作，做好資料收集及記錄，把好過程控制關(guān)。采取領(lǐng)導(dǎo)、質(zhì)檢、施工人員聯(lián)合值班制度和交接班制度，不放過任何一個(gè)細(xì)微環(huán)節(jié)和疏忽，確保每倉混凝土達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

5 大塌方處理

該隧洞施工過程中累計(jì)發(fā)生大小塌方幾十次，中等塌方10余次，大塌方4次，其中樁號0+165處于2008年11月頂部出現(xiàn)直徑為12 m的塌陷圓形坑冒頂，塌方達(dá)15余萬m3，處理塌方明挖方量達(dá)35萬m3。經(jīng)地質(zhì)方面采用多功能面波儀對隧洞塌方進(jìn)行特探測試分析:自0+125～0+205樁號為80 m已全部形成塌方，局部地段洞頂上方有空洞存在。

造成此次塌方的主要原因是:該段富含地下水，圍巖基本沒有自穩(wěn)能力，在此經(jīng)常遇到小規(guī)模塌方，致使圍巖穩(wěn)定性日趨惡化，施工過程中由于經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏對極不良地質(zhì)條件下的隧洞施工的正確認(rèn)識(shí)，估計(jì)不足，同時(shí)采取的一次掛錨噴護(hù)支護(hù)措施無法確保圍巖的穩(wěn)定，全斷開挖后，采用鋼模臺(tái)車進(jìn)行的永久性混凝土襯砌沒有能及時(shí)跟進(jìn)而造成了此次大塌方。

針對此次塌方，選擇了“管棚法”及“明挖”兩種方案，經(jīng)過認(rèn)真的分析和研究比較，從工期、造價(jià)、安全等因素考慮，上報(bào)業(yè)主同意，決定并采用了明挖處理?？偨Y(jié)多次塌方經(jīng)驗(yàn)，在處理塌方時(shí)應(yīng)注意:

1)首先突擊加固處理未塌地段，防止塌方擴(kuò)大。

2)組織人力、查明塌方性質(zhì)、范圍、塌方圍巖的地質(zhì)構(gòu)造，塌方間歇規(guī)律和地下水活動(dòng)情況。

3)為搶險(xiǎn)工作提供比較安全的基地(場所)。

4)迅速定出搶險(xiǎn)方案，積極組織人力、物力慎重處理。

5)加強(qiáng)安全檢查，變形觀測，防止發(fā)生意外事故。

6 結(jié)束語

因新疆“三山夾兩盆”的地質(zhì)構(gòu)造原因，新疆地區(qū)軟巖條件下的隧洞較為普遍。在下坂地隧洞的施工中，耗費(fèi)了大量的人力、財(cái)力、物力，付出了艱苦的努力，贏得了階段驗(yàn)收質(zhì)量優(yōu)良的評定。為疆內(nèi)軟巖條件下的隧洞設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量評定探索出了一套較成熟的經(jīng)驗(yàn)，為后期類似工程建設(shè)奠定了一定基礎(chǔ)。本工程采用的新奧法原理施工，在理論聯(lián)系實(shí)際的過程中，軟巖隧洞施工采用新技術(shù)、新工藝，新設(shè)備還需不斷的創(chuàng)新、豐富和發(fā)展。

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