李重民

（山西省張峰水庫建設管理局 太原 030002）

1 工程概況

張峰水庫工程輸水總干17號隧洞總長3 660 m，隧洞設計縱坡為1/3000，洞身斷面均為城門洞形，開挖斷面尺寸僅為2.5 m×2.8 m，隧洞分別從進/出口兩個作業(yè)面進行開挖?！澳ナ瘻稀倍螌儆趶埛逅畮旃こ梯斔偢?7號隧洞施工范圍，距出口直線距離1 155 m，寬度約15 m，該地段處于兩座山交匯處，溝內常年有水，洞頂覆蓋層厚度設計圖紙為7.7 m，實際測量僅為3.7 m。經現(xiàn)場挖探井，顯示上部為1.6 m厚左右的沖積層和黏土卵石層，且滲水量較大，下部判斷為強風化砂巖和砂質板巖，且可能出現(xiàn)斷層裂隙情況，透水率較大。

2 施工方案的確定

根據“磨石溝”地形條件和地質情況，初步分析可采取“新增工作面明挖方案”、“超前小導管注漿結合鋼拱架支撐洞挖方案”和“超前小管棚結合鋼拱架支撐洞挖方案”三種施工方案。結合本工程的實際情況從以下幾方面分析這三種方案。

1）“磨石溝”位于兩山交匯處，跨度僅為15 m左右，溝內常年有水且汛期水量較大，山體之間工作場地比較狹窄，山間雨水都從此下瀉，遇到特殊天氣情況，采用明挖施工無法有效保證工程施工期防洪度汛要求，給工程施工帶來非常大的安全隱患。

2）“磨石溝”開挖面窄，但開挖深度約6.6 m，溝內滲水量較大，即使采用1：0.5的開挖坡比，開挖寬度就有11 m，其一是施工導流的難度太大且較大的滲水量造成邊坡坍塌的危險系數(shù)較高。再者，從施工進度考慮和現(xiàn)場地質條件的限制，即使采用施工機械為主、人工輔助開挖的方式進行施工，冬季的施工效率也會大大降低。

3）新增工作面明挖方案，需修建一條約1.2 km的臨時施工道路便于施工機械設備和施工原材料進場，臨時施工道路和明挖棄渣場地的臨時占地工作、施工用電、施工用水等問題需業(yè)主給予協(xié)調解決。修路、供電、通水等問題，再加上當?shù)貐f(xié)調難度較大，無疑使施工的額外費用大大增加。

4）采用明挖方案實施明挖后，必須及時進行混凝土二次襯砌施工。一是在施工過程中剩余洞挖工作無法正常進行，二是冬季施工無法有效保證混凝土的襯砌質量且增加了冬季施工費用。而采用洞挖施工則可避過冬季混凝土襯砌施工，進而可以抓緊時間進行洞挖作業(yè)。

5）施工預算對比情況，采用“新增工作面明挖方案”需考慮臨時道路、施工供電、供水、導流、石槽開挖、回填、鋼筋混凝土澆筑、混凝土噴護、錨桿等（不包括臨時征地費用），經測算投資約90萬元；采用“超前小導管注漿結合鋼拱架支撐洞挖方案”，考慮鋼拱架、管棚、鉆灌漿孔、隧洞固結灌漿、鋼筋混凝土襯砌、混凝土噴護、石方洞挖等，經測算投資約80萬元。采用“超前小管棚結合鋼拱架支撐洞挖方案”，考慮鋼拱架、管棚、鋼筋混凝土襯砌、混凝土噴護、石方洞挖等，經測算投資約60萬元。

通過上述幾方面的對比分析，洞挖從工期、投資和可控制性上均優(yōu)于明挖；超前小導管注漿方案從安全性上優(yōu)于超前小管棚方案，而其投資較大、工期相對較長。確定該段主要采用“超前小管棚結合鋼拱架支撐洞挖方案”，當施工時根據地質預報，對滲水較為嚴重、巖石較為破碎地段采用“超前小導管注漿結合鋼拱架支撐洞挖方案”。

3 施工方案

3.1 實施施工方案的整體思路

由于“磨石溝”段所處地理位置條件和地質條件都比較差，再加上覆蓋層較薄，若不采取較為保守的防護措施，諸多不利因素將會給工程正常施工和后期運行階段留下較為嚴重的安全隱患。綜合考慮，采取如下施工方案：

1）從樁號 21+267.09～21+212.09，即距出口1 135 m～1 190 m共計55 m參照設計圖紙進行“Ⅴ”類圍巖斷面開挖，“Ⅳ”類圍巖噴護方式，全斷面C15混凝土襯砌和回填灌漿處理。

2）根據地質預報情況，適時進行鋼拱架支護和系統(tǒng)錨桿、掛網鋼筋噴護。鋼拱架按照設計圖紙進行預先制作（見圖1），現(xiàn)場支護間距控制在0.5～0.8 m。由于鋼拱架為預先按照設計斷面制作，拱架及拱頂巖面之間的空隙計劃采用5 mm鋼板頂護，用Φ25鋼筋與鋼拱架頂部固定連接。支護所用的鋼拱架和鋼板等在后期混凝土澆筑時不再拆除。

圖1 鋼拱架標準橫斷圖

3）根據地質預報情況，及時采用超前管棚支護，對于滲水較為嚴重、巖石較為破碎地段采取超前小導管注漿處理措施。為切實保證施工安全，在施工接近“磨石溝”段10 m時應實施超前管棚支護施工措施。

3.2 “超前小導管注漿結合鋼拱架支撐”施工方案

施工工藝：施工準備→噴混凝土封閉開挖面→鋼拱架支護（頂部打孔）→鉆孔→安裝小導管→注漿→封孔→鉆爆開挖→下一循環(huán)。

1）施工準備：小導管采用φ42 mm無縫鋼管，壁厚4 mm，鋼管長度采用3 m，鋼管前端加工成錐形，尾部焊接加勁箍，鋼管圍壁鉆φ8壓漿孔，壓漿孔間隔30～40 cm，四周呈梅花狀布設。鋼拱架預先加工制作成型，錨桿按要求制作，在工地存放。

2）噴射混凝土封閉開挖輪廓面和掌子面：先對開挖掌子面做初噴C20混凝土厚5～10 cm加固，與洞身周壁噴射混凝土連成一體，形成止水帷幕。

3）支撐鋼拱架：在開挖完成的工作面超前進行鋼拱架支撐，拱架上部鉆孔，按照小導管的間距布置孔位，每榀鋼拱架按照0.5～0.8 m的間距布設，安裝完成后噴射10 cm厚C20混凝土。

4）鉆孔：用鑿巖機鉆孔直徑為48 mm，鋼管沿隧洞開挖輪廓線布置向外傾斜，外插角α控制在5°～15°。以避免因鉆頭自重下垂或遇到塊石方向不易控制等現(xiàn)象，隨時檢查鉆進方向。超前小導管環(huán)向間距30 cm，鉆孔結束后應掏孔檢查，確定有無探頭石、塌孔。

5）安設小導管：鉆孔結束后及時安裝小導管，以避免時間長后出現(xiàn)塌孔。小導管安裝后，及時將小導管與孔壁間縫隙填塞密實，并檢查填塞密實度，超前小導管縱向全部焊接于鋼支撐上，鉆孔小導管間隔兩跨即60 cm設一個，其余為不鉆孔導管。

6）簡易壓水試驗：在灌漿前按規(guī)范對待灌段進行簡易壓水試驗，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%。

7）注漿：注漿機采用SNS-150/3.5A型，流量150 L/min、壓力3.5MPa，注漿液采用水泥漿液（添加水泥重量5%的水玻璃），水泥標號P.O42.5。注漿壓力0.1MPa，為防壓裂工作面，要控制注入量，當每根導管的注漿達到設計量時即可停止。當孔口壓力達到規(guī)定但注入量不足時也應停止。

8）水灰比及漿液變換：水灰比采用4比級，即2:1、1:1、0.8:1、0.6:1，漏量大的孔段采用了2:1起灌進行試驗；當透水率大于50 Lu后，起灌水灰比可用3:1，在灌漿過程中如灌入量大于300 L或單位吸漿量大于30 L/min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，改濃一級水灰比。

9）灌漿結束標準：采用自上而下灌漿方法，在規(guī)定的壓力下，當注入率不大于0.4 L/min時，繼續(xù)灌注60 min；或不大于1 L/min時，繼續(xù)灌注90 min，灌漿可以結束。

10）封孔：封孔是在灌漿正常結束后，將灌漿管拔出孔外，卸下射漿管，重新安裝灌漿塞進行封孔灌漿。封孔采用0.5:1的濃漿進行，采用全孔灌漿封孔法進行封孔。

11）灌漿結束后24 h后進行下一個循環(huán)的洞挖。

3.3 “超前小管棚結合鋼拱架支撐”施工方案

超前小管棚的施工方案是在隧洞圍巖為強度稍大的破碎巖石，或者為均質的土質圍巖，滲水量不大時，采取加密導管、取很小的外傾角而不注漿的方式變化為管棚支護的施工處理措施，施工工藝流程如下：

施工工藝：施工準備→鋼拱架支護（頂部打孔）→鉆孔→安裝小導管→鉆爆開挖→C20混凝土噴護→鋼拱架支護→下一循環(huán)。

1）施工準備。鋼管同樣采用φ42 mm無縫鋼管，壁厚4 mm，鋼管長度采用3 m。

圖2 管棚支護橫斷圖

2）鉆孔、壓管。首先按設計測量定位，在掌子面支撐鋼拱架，在鋼拱架以上5 cm部位從起拱線起開始鉆孔，外插角控制在5°～8°，環(huán)向間距20 cm，縱向銜接控制在1 m左右，每循環(huán)布設19根，鋼管尾部與鋼拱架焊接見圖2。

3）鉆爆開挖、噴護、鋼拱架支護。在實施鉆爆開挖過程中，嚴格按照“弱爆破、短進尺”的原則，單次爆破循環(huán)控制在1 m以內，尤其對周邊孔按照“密孔、小藥量、光爆”控制，爆破完成后對巖面進行排險處理即可進行C20混凝土噴護，然后進行鋼拱架支護，在開挖過程中,如遇拱部鋼管露出,使用Φ22鋼筋把鋼拱架和鋼管焊成一體。

4 結論

施工過程中，根據地質預報情況，整個施工段未出現(xiàn)滲水較為嚴重、巖石較為破碎地段，在施工方的精心組織施工、監(jiān)理的認真旁站下，基本采用了“超前小管棚結合鋼拱架支撐”施工方案，即保證了安全又將投資控制在55萬元，比預期的效果還好。通過本段的施工可知，施工前對可能發(fā)生的各種情況進行分析，并做好各自應對方案，施工時再嚴格控制，采用最優(yōu)方案實施，會得到較好的效果。