康巍
(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)
辛安泉供水改造工程2號(hào)隧洞施工技術(shù)簡(jiǎn)述
康巍
(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)
辛安泉供水改造工程取水口擬設(shè)淜頭水電站濁漳河下游河谷段,主要滿足平順、黎城等縣區(qū)的生活及工業(yè)用水需求,兼農(nóng)業(yè)灌溉。在2號(hào)隧洞改造施工中,隧洞穿過(guò)巖溶或裂隙發(fā)育地層時(shí),局部可能產(chǎn)生涌水、突水現(xiàn)象,但受節(jié)理裂隙切割,圍巖穩(wěn)定性差,應(yīng)及時(shí)噴錨支護(hù)。為確保工程質(zhì)量,需對(duì)工程重難點(diǎn)問題做好相關(guān)技術(shù)改進(jìn)措施。
隧洞施工;超前預(yù)測(cè);供水工程;辛安泉
山西省辛安泉供水改造2號(hào)隧洞工程位于漳河與百里灘河右岸巖體中,地面高程630.0~940.0m。隧洞進(jìn)口底高程640.0m,出口底高程637.4m,隧洞埋深一般小于130m,最大達(dá)300m。隧洞圍巖為卵石混合土層,可能有上層滯水影響。洞頂上覆土層厚度5.0~55.0m,洞段圍巖類別為Ⅴ類,洞段土層遇水易變形,卵石混合土層遇水易坍塌,洞室穩(wěn)定性極差,自穩(wěn)時(shí)間短,需及時(shí)支護(hù)襯砌。
輸水2號(hào)隧洞沿線涉及地層有:低液限黏土,卵石混合土,結(jié)構(gòu)松散,厚度大于45m;厚—巨厚層鮞狀灰?guī)r夾薄層灰?guī)r,泥質(zhì)條帶灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀N70°~85°E/ NW<30°~90°?;鶐r強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0~3.0m。其中,樁號(hào)ZG20+000—ZG20+106.0段隧洞圍巖類別總體為Ⅲ類。但受節(jié)理裂隙切割,局部圍巖穩(wěn)定性差,應(yīng)及時(shí)噴錨支護(hù)。建議堅(jiān)固系數(shù)3~4,單位彈性抗力系數(shù)100~1 000MPa/m,飽和抗壓強(qiáng)度40MPa,泊松比0.26~0.29,變形模量5~7.5GPa。隧洞穿過(guò)巖溶或裂隙發(fā)育地層時(shí),局部可能產(chǎn)生涌水、突水現(xiàn)象,需考慮排水措施?;鶐r洞簾處巖體受風(fēng)化卸荷影響,巖體較破碎,圍巖穩(wěn)定性較差,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。樁號(hào)ZG20+106.0—ZG20+ 119.08段洞段圍巖類別為Ⅳ類,洞段土層遇水易產(chǎn)生軟化變形,卵石混合土層遇水易坍塌,洞室穩(wěn)定性極差,建議洞簾開挖邊坡1∶0.75~1∶1.0,并進(jìn)行加固處理。
3.1 不同斷面優(yōu)化開挖工藝
本工程采用6個(gè)工作面同時(shí)挖進(jìn),隧洞及支洞按新奧法原理組織施工,采用噴錨構(gòu)筑法施工。由于2號(hào)隧洞屬淺埋深砂礫石混合層,為減少圍巖形變,保證圍巖穩(wěn)定性和工程安全性,隧洞巖質(zhì)地層開挖上采用鉆爆法,Ⅲ類圍巖采用全斷面開挖,Ⅳ,Ⅴ類圍巖采用臺(tái)階法施工,土洞段采用人工配合機(jī)械開挖,上弧導(dǎo)坑預(yù)留核心土法施工。
3.2 鉆爆通風(fēng)技術(shù)
洞身段采用中心掏槽,爆破法掘進(jìn),主爆孔選用毫秒微塑導(dǎo)爆管,預(yù)裂、光爆孔選用導(dǎo)爆索組成起爆網(wǎng)絡(luò)。按照爆破藥量控制及煙塵難題,針對(duì)Ⅳ及Ⅴ類巖層,通過(guò)密布孔、短進(jìn)尺、少藥量方式來(lái)施工。每一茬爆破后對(duì)不穩(wěn)定塊體及圍巖結(jié)構(gòu)實(shí)施錨桿、掛網(wǎng)、機(jī)噴混凝土。在隧洞施工通風(fēng)處理上,利用Q= Max(Q1,Q2,Q3,Q4)來(lái)計(jì)算出洞口風(fēng)機(jī)的需供風(fēng)量,即洞內(nèi)允許最低風(fēng)速計(jì)算Q1、洞內(nèi)最多工作人員數(shù)Q2、排除爆破炮煙Q3、稀釋內(nèi)燃機(jī)廢氣Q4。其中,通風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的風(fēng)壓以克服系統(tǒng)阻力,即h>h阻,按h阻=∑h動(dòng)+∑h沿+∑h局計(jì)算。在洞內(nèi)防塵處理上,采用濕式鑿巖和濕噴混凝土工藝,水幕降塵和個(gè)人防護(hù)相結(jié)合的方式。
3.3 臨時(shí)支護(hù)與超前錨桿支護(hù)技術(shù)
針對(duì)Ⅲ類圍巖采用臨時(shí)支護(hù),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖條件隨機(jī)設(shè)置系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土來(lái)確保圍巖承載力。洞身Ⅳ,Ⅴ類圍巖,考慮到爆破后隧洞不穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn),采用超前預(yù)支護(hù)工藝。如隧洞口作為重點(diǎn)施工部位,針對(duì)出口地質(zhì)條件較差,對(duì)穩(wěn)定性要求更高,在工程設(shè)計(jì)規(guī)劃上以洞外明挖+超前支護(hù)、懸吊錨桿穩(wěn)固法來(lái)處理。針對(duì)洞口巖體擾動(dòng)問題,在爆破前提前對(duì)邊坡進(jìn)行預(yù)裂,以近洞口5m范圍內(nèi)采用分層方式嚴(yán)格控制施藥量來(lái)減小爆破擾動(dòng)。明挖至洞頂后,采用懸吊錨桿預(yù)加固技術(shù)實(shí)施超前支護(hù),針對(duì)局部地質(zhì)較差問題,利用錨筋孔,對(duì)圍巖、洞頂巖體進(jìn)行灌漿固結(jié)后再安裝錨桿。在洞口鎖扣開挖施工中,結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)基礎(chǔ),對(duì)導(dǎo)流洞上層輪廓線外1m處布置鎖口錨桿,為確保剛性變形,將支座設(shè)計(jì)成活動(dòng)方式。為增加隧洞基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)剛度,設(shè)置承重墻來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性,并對(duì)墻體進(jìn)行加固。如利用圈梁對(duì)洞口進(jìn)行封閉施工,針對(duì)特殊部位設(shè)置附加圈梁,對(duì)內(nèi)外墻交界處或轉(zhuǎn)角處設(shè)置構(gòu)造柱,并留馬牙槎和拉結(jié)鋼筋。針對(duì)Ⅴ類圍巖根據(jù)需要設(shè)置鋼筋格構(gòu)架和鋼支撐,并確保構(gòu)架緊貼巖面,與錨桿支護(hù)共同承載。針對(duì)Ⅴ類圍巖施工中鋼拱架支撐,采用每1m設(shè)置一榀鋼拱架,并根據(jù)圍巖條件適當(dāng)減少間距。洞室開挖時(shí),要對(duì)前一開挖斷面進(jìn)行全面復(fù)核,并對(duì)欠挖點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注,后期開挖首先預(yù)處理。
3.4 圍巖量測(cè)監(jiān)測(cè)工作
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)與復(fù)合式襯砌是新奧法施工的核心技術(shù)。由于2號(hào)隧洞地質(zhì)條件較差,在對(duì)原設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí),應(yīng)做好隧洞收斂斷面的量測(cè)工作。如從測(cè)點(diǎn)埋設(shè)、監(jiān)控量測(cè)、數(shù)據(jù)處理分析和儀器保養(yǎng)等方面為安全施工提供準(zhǔn)確依據(jù),及時(shí)處理觀測(cè)點(diǎn)位移變化、錨桿應(yīng)力變化等問題。量測(cè)項(xiàng)目、方法和頻率見表1。
表1 供水2號(hào)隧洞量測(cè)項(xiàng)目表
3.5 巖爆防范工作
針對(duì)2號(hào)隧洞巖爆施工風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn),尤其是在過(guò)路、過(guò)渠、雨季等特殊環(huán)節(jié),應(yīng)做好風(fēng)險(xiǎn)防范、甄別與應(yīng)急處置。結(jié)合“預(yù)加固、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量、襯砌緊跟”原則,對(duì)供水2號(hào)隧洞可能發(fā)生高地應(yīng)力地段進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)巖體的巖性特征,巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力特征等進(jìn)行綜合分析,預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)巖爆的具體地段及巖爆等級(jí)。充分考慮支護(hù)措施和襯砌結(jié)構(gòu),采用淺孔爆破,盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響;采用短進(jìn)尺、多循環(huán)的作業(yè)方式;實(shí)施光面爆破,開挖后對(duì)隧道工作面及其以后約15m范圍內(nèi)進(jìn)行噴霧和高壓水沖洗,以適當(dāng)改變巖石物理性質(zhì),降低巖石脆性。另外,噴射混凝土層采用鋼纖維混凝土,提高噴層的抗拉和抗剪能力;對(duì)于可能產(chǎn)生巖爆的地區(qū),應(yīng)采用超前地質(zhì)鉆孔對(duì)巖體應(yīng)力進(jìn)行釋放;采用高壓水濕潤(rùn),向巖體深部注水,降低巖體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,減緩巖爆。采取以上措施后,有效規(guī)避了可能存在的潛在風(fēng)險(xiǎn),也為推進(jìn)工程施工進(jìn)度提供了保障。
3.6 掌子面與襯砌施工
在軟巖類隧洞開挖施工中,二次襯砌的及時(shí)跟進(jìn)是保障工程安全的重點(diǎn)。由于2號(hào)隧洞砂礫巖弱膠結(jié)性,對(duì)開挖與襯砌安全間距提出較高要求,加之洞內(nèi)施工環(huán)境的復(fù)雜性,交叉施工干擾大。為此,在主洞施工前期,結(jié)合地質(zhì)監(jiān)測(cè),設(shè)計(jì)為40m間距限值,并根據(jù)2號(hào)隧洞三個(gè)典型斷面60 d圍巖最大累計(jì)收斂變形量為水平側(cè)線8.94mm,提出洞空允許的相對(duì)收斂值為32.5mm,而對(duì)于圍巖收斂變形監(jiān)測(cè)結(jié)果,后期開挖與襯砌間距可以調(diào)整為60m,以確保整個(gè)工程開挖進(jìn)度。另外,針對(duì)多點(diǎn)作業(yè)帶來(lái)的交叉施工干擾問題,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工總體規(guī)劃,統(tǒng)籌協(xié)同施工各方。如設(shè)置臨時(shí)棄渣場(chǎng),盡量減少占用耕地,充分利用周邊廢棄料坑;做好混凝土制備與質(zhì)量控制,根據(jù)各作業(yè)點(diǎn)需求集中拌制,提高項(xiàng)目配給效率;在洞內(nèi)施工中預(yù)先備料、留置堆渣區(qū),確保掘進(jìn)作業(yè)速度;做好施工場(chǎng)區(qū)環(huán)保監(jiān)測(cè),協(xié)調(diào)好水、電、排水、供風(fēng)等管理工作。
辛安泉供水改造工程2號(hào)隧洞在施工方案優(yōu)化上取得了良好效果,確保了工程施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全,節(jié)約了施工成本。針對(duì)不同地質(zhì)條件下隧洞施工環(huán)境的差異性,在施工重難點(diǎn)技術(shù)上,需結(jié)合工程具體實(shí)際不斷完善,提升隧洞施工整體水平,特別是在施工監(jiān)理環(huán)節(jié),勤量測(cè)、嚴(yán)管理,做好施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與應(yīng)急措施安排。如圍巖變形量測(cè)、對(duì)已錨地段的變形檢測(cè)、噴層異常裂縫的處置,以及防洪度汛應(yīng)急救援方案的優(yōu)化,確保工程組織施工嚴(yán)密、平穩(wěn)、安全推進(jìn)。
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]1004-7042(2016)09-0033-02
康?。?986-),男,2012年畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電工程專業(yè),助理工程師。
2016-07-03;
2016-08-15