孫德剛

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆輪臺(tái)縣迪那河五一水庫(kù)工程工業(yè)供水管線工程位于新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺(tái)縣境內(nèi)。迪那河五一水庫(kù)工業(yè)供水管線工程距輪臺(tái)縣城10 km，東沿G314 國(guó)道距庫(kù)爾勒市178 km，沿G314、沿G312 國(guó)道距烏魯木齊市646 km。迪那河五一水庫(kù)工業(yè)供水管線工程主要承擔(dān)向輪臺(tái)縣拉依蘇工業(yè)園區(qū)供水的任務(wù)。該工程是從迪那河五一水庫(kù)取水，供水受水點(diǎn)為距五一水庫(kù)以南23 km 的拉依蘇工業(yè)園區(qū)。本工程主要由取水口、輸水隧洞、輸水涵洞、前池、壓力管道、消能系統(tǒng)、放空系統(tǒng)等建筑物組成，年引水量4000 萬(wàn)m3，引水流量為1.62 m3/s。本工程為迪那河五一水庫(kù)工程的配套工程，迪那河五一水庫(kù)為中型Ⅲ等，綜合確定本工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。

1 輸水隧洞概況

隧洞為無(wú)壓低流速輸水隧洞，設(shè)計(jì)過(guò)流流量1.62 m3/s，總長(zhǎng)6287.404 m，縱坡i=0.001。隧洞進(jìn)口漸變段起點(diǎn)底板高程為1285.678 m，出口高程為1279.391 m。斷面凈尺寸為2.0 m×3.0 m（寬×高），城門洞型，共分兩段。

輸水隧洞進(jìn)口設(shè)置進(jìn)水閘，底板高程為1285.678 m，閘頂高程為1290.85 m，內(nèi)設(shè)平板門檢修門一道，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m。閘井長(zhǎng)3.5 m，寬4 m，閘井混凝土采用C25W4F200 鋼筋混凝土。洞身進(jìn)洞點(diǎn)位于五一水庫(kù)大壩下游右岸邊坡，邊坡已經(jīng)開(kāi)挖處理，整體穩(wěn)定性較好。前段段長(zhǎng)4550 m，圍巖巖性為第四系下更新統(tǒng)西域礫巖，屬Ⅳ類圍巖，采用C25W4 鋼筋混凝土襯砌，襯厚0.3 m，洞身頂拱采用噴C30 素混凝土，厚50 mm。圍巖固結(jié)灌漿孔伸入圍巖1.5 m，間排距3.0 m。洞頂采用回填灌漿，間排距3.0 m。頂拱設(shè)排水孔，間排距3.0 m，伸入圍巖1.0 m，底板設(shè)C15 混凝土墊層，厚0.1 m。后段段長(zhǎng)1737.4m，出洞點(diǎn)位于山前沖洪積扇，由于圍巖巖性為第四系中更新統(tǒng)沖積砂卵礫石層，屬Ⅴ類圍巖，出洞點(diǎn)上覆圍巖厚度以三倍洞徑計(jì)。洞身采用C25W4 鋼筋混凝土襯砌，襯厚0.4 m。洞身直墻和頂拱采用C30 混凝土噴護(hù)，厚度20 cm，并掛φ8@200 m×200 mm的鋼筋網(wǎng)，φ25 砂漿錨桿長(zhǎng)2.5 m。16 號(hào)工字鋼拱架支撐，榀距0.8 m，φ25 砂漿鎖腳錨桿長(zhǎng)2.0 m；φ25 水平聯(lián)系筋間距0.5 m。圍巖固結(jié)灌漿孔伸入圍巖1.5 m，間排2.0 m。洞頂采用回填灌漿，間排距2.0 m。頂拱設(shè)排水孔，間排距2.0 m，伸入圍巖1.0 m。底板設(shè)C15 混凝土墊層，厚0.1 m。

2 隧洞開(kāi)挖機(jī)械設(shè)備選型

遵循立足自有機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持儀器設(shè)備的先進(jìn)性與實(shí)用性相結(jié)合、技術(shù)能力與生產(chǎn)能力的需要相匹配以及其可靠性的原則來(lái)配備機(jī)械設(shè)備及檢驗(yàn)、測(cè)量?jī)x器。輸水隧洞內(nèi)采用LM-120 型洗挖機(jī)帶炮頭進(jìn)行開(kāi)挖、裝車，10 t 農(nóng)用車出碴，石方段采用STP-120 破碎掘進(jìn)一體機(jī)施工，扒渣機(jī)裝車，10 t自卸車出碴。項(xiàng)目投入機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目投入機(jī)械設(shè)備一覽表

3 輸水隧洞開(kāi)挖施工

輸水隧洞布置在迪那河右岸，為城門洞型式，隧洞尺寸為2.0 m×3.0 m，有壓段縱坡i=2.0%，無(wú)壓段i=4.0%，縱坡為閘門段布置在山體上游側(cè)，輸水隧洞全長(zhǎng)為6287.00 m。洞身分為砂卵礫石段、土石方開(kāi)挖段，砂卵礫石段襯砌厚度為100 cm，開(kāi)挖斷面為6 m×6.5 m；石方段襯砌厚度為160 cm，開(kāi)挖段斷面為5.2 m×5.7 m。本工程輸水隧洞開(kāi)挖施工流程[1]見(jiàn)圖1。

圖1 輸水隧洞開(kāi)挖施工流程

3.1 砂礫石段開(kāi)挖施工

3.1.1 砂礫石段開(kāi)挖施工原則

砂卵礫石隧洞段開(kāi)挖過(guò)程中要嚴(yán)格執(zhí)行“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工原則，在施工工序上堅(jiān)持“先排管，后注漿，再開(kāi)挖；注漿一段，開(kāi)挖一段，支護(hù)一段，封閉一段”的基本工藝。采用注漿小導(dǎo)管加固前方圍巖和預(yù)支護(hù)，在掌子面尚未開(kāi)挖的拱部圍巖中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求或隧洞圍巖情況，沿隧道拱部外邊線打入超前注漿小導(dǎo)管，并注漿起超前支護(hù)作用。在軟弱圍巖中施工，通過(guò)超前小導(dǎo)管對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，改善圍巖的完整性，提高承載力，減少地下水的滲入及圍巖的沉降?？s短每一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)的進(jìn)尺，根據(jù)設(shè)計(jì)要求或圍巖的實(shí)際情況，控制在一定范圍內(nèi)，以做到開(kāi)挖和支護(hù)時(shí)間盡可能短。根據(jù)設(shè)計(jì)要求或圍巖的實(shí)際情況，對(duì)開(kāi)挖的斷面及時(shí)初噴混凝土，并緊跟鎖腳錨桿、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架及噴早強(qiáng)混凝土至設(shè)計(jì)厚度，進(jìn)行較強(qiáng)的初期支護(hù)[2]。盡早使初期支護(hù)封閉成環(huán)，以改善受力條件，減少拱頂變形。監(jiān)測(cè)是對(duì)施工過(guò)程中圍巖及結(jié)構(gòu)變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤的主要手段，監(jiān)測(cè)過(guò)程中將信息及時(shí)反饋給項(xiàng)目總工程師及監(jiān)理、設(shè)計(jì)部門，以便根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)修改支護(hù)結(jié)構(gòu)或采取特殊的施工方法，減少地表沉降變形破壞[3]。

開(kāi)挖前首先進(jìn)行測(cè)量放樣，標(biāo)示出開(kāi)挖輪廓，砂礫石段采用反鏟帶破碎頭分兩臺(tái)階開(kāi)挖，人工風(fēng)鎬修邊，55 型小型反鏟挖掘機(jī)裝車，15 t 自卸車出碴。

3.1.2 砂礫石段開(kāi)挖施工步驟

按上下兩臺(tái)階的步驟進(jìn)行開(kāi)挖，上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)預(yù)留核心土，下臺(tái)階采用先拉中槽后開(kāi)挖兩邊的方法進(jìn)行施工。為防止隧道開(kāi)挖中坍塌以及控制過(guò)量下沉，采用小導(dǎo)管注漿對(duì)隧道拱部進(jìn)行超前支護(hù)。上臺(tái)階開(kāi)挖采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法，開(kāi)挖高度為4.0 m（拱形段），核心土上面高度預(yù)留1.8 m 左右，以方便工人施工，上臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況一次開(kāi)挖1～2 榀鋼拱架長(zhǎng)度。上臺(tái)階開(kāi)挖采用人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，扒碴機(jī)裝車，小型翻斗車出碴。下臺(tái)階采用先開(kāi)中槽，再分別開(kāi)挖兩側(cè)方法，開(kāi)挖進(jìn)尺根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況一次開(kāi)挖1～2 榀鋼拱架長(zhǎng)度。

3.2 石方段開(kāi)挖方法

本標(biāo)段輸水隧洞斷面為城門洞型，開(kāi)挖斷面為3.0 m×4.0 m，采用直孔掏槽方式全斷面掘進(jìn)開(kāi)挖，50 型小型反鏟或扒碴機(jī)裝碴，采用15 t 自卸車運(yùn)碴至左岸棄碴場(chǎng)。

3.2.1 測(cè)量放樣

測(cè)量放樣采用全站儀進(jìn)行，豎井測(cè)量采用DZJ2 激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行。測(cè)量作業(yè)由專業(yè)人員實(shí)施，每個(gè)循環(huán)鉆孔前進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)格線測(cè)量放樣，并檢查上一循環(huán)超欠挖情況，檢測(cè)結(jié)果及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員進(jìn)行交底；斷面測(cè)量滯后開(kāi)挖面10 m～15 m，按5 m 間距進(jìn)行，每個(gè)月進(jìn)行一次洞軸線及坡度的全面檢查、復(fù)測(cè)，確保測(cè)量控制工序質(zhì)量。放樣內(nèi)容包括：隧洞中心線和頂拱中心線、底板高程、掌子面樁號(hào)（每隔5 m 在隧洞內(nèi)側(cè)打一條樁號(hào)線）、設(shè)計(jì)輪廓線、兩側(cè)腰線或腰線平行線、并按設(shè)計(jì)要求在掌子面布設(shè)開(kāi)挖路線。

3.2.2 出渣及通風(fēng)除塵

采用扒碴機(jī)裝車，5 t 自卸車運(yùn)輸至左岸棄碴場(chǎng)。出渣完畢后，采用裝渣設(shè)備配合人工對(duì)掌子面進(jìn)行撬挖，把松動(dòng)巖石處理干凈，最后將底部浮渣清除干凈，以利下一個(gè)循環(huán)造孔。

整個(gè)洞室開(kāi)挖施工過(guò)程中，配置的通風(fēng)設(shè)備必須保持一直啟動(dòng)通風(fēng)狀態(tài)，并根據(jù)通風(fēng)時(shí)段要求動(dòng)態(tài)控制通風(fēng)量。出渣前和出渣過(guò)程中對(duì)開(kāi)挖面棄渣堆灑水除塵，所有進(jìn)洞車輛均安裝尾氣凈化器，使洞內(nèi)有害氣體和粉塵含量在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.3 輸水隧洞支護(hù)施工

根據(jù)地質(zhì)資料，導(dǎo)流洞上游多屬IV 類圍巖，隧洞下游為V類圍巖，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用超前42 小導(dǎo)管、噴混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土等支護(hù)方法；斷層處根據(jù)巖石出露情況采用鋼支撐、掛鋼筋網(wǎng)噴護(hù)，并及時(shí)做混凝土永久襯砌。在開(kāi)挖中始終備足支護(hù)材料，以便及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。施工支護(hù)根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況一般緊跟掌子面進(jìn)行，導(dǎo)流洞室支護(hù)施工程序見(jiàn)圖2。

圖2 導(dǎo)流洞室支護(hù)施工程序

4 施工難點(diǎn)及解決辦法

4.1 施工難點(diǎn)

該供水管線工程輸水隧洞開(kāi)挖作業(yè)面包括進(jìn)口、出口和支洞部分，在隧洞實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，洞身開(kāi)挖面泥巖具有較大含水率，局部存在地下水的地段泥巖遇水發(fā)生軟化，即使是小型掘進(jìn)機(jī)也會(huì)在掘進(jìn)施工中陷入軟泥中，難以正常掘進(jìn)施工，還破壞了開(kāi)挖完的洞室基礎(chǔ)面，扒渣機(jī)及出渣車輛也陷入軟泥，日進(jìn)尺不到2 m，開(kāi)挖進(jìn)度和出渣效率都受到影響。此外，隧洞開(kāi)挖至弧段時(shí)，掘進(jìn)機(jī)輸送帶存在碰壁現(xiàn)象，影響正常施工。輸水隧洞內(nèi)壁主要為紅褐色泥巖夾灰褐色粉質(zhì)砂巖，小型掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工過(guò)程中其輸送帶很容易卡住泥巖，無(wú)形中增加了維修費(fèi)用，加水潤(rùn)滑也難以達(dá)到理想效果。

4.2 解決方法

洞身開(kāi)挖進(jìn)口段掘進(jìn)開(kāi)始后應(yīng)改用人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，扒渣機(jī)配合裝渣，三輪車出渣，掘進(jìn)效率提高到日進(jìn)尺2.5 m，通過(guò)洞身開(kāi)挖小型挖掘機(jī)的三角形破碎錘進(jìn)行全斷面開(kāi)挖，每掘進(jìn)2 m通過(guò)人工風(fēng)鎬進(jìn)行拱頂和側(cè)墻修整，并通過(guò)扒渣機(jī)配合裝渣和三輪車出渣。對(duì)于小型挖掘機(jī)三角形破碎錘開(kāi)挖不到的大面積拱頂和側(cè)墻，全部由人工風(fēng)鎬修整工作量很大，故采用小型挖掘機(jī)帶直式破碎錘進(jìn)行洞身開(kāi)挖出口及支洞全斷面開(kāi)挖，每掘進(jìn)2 m 再用人工風(fēng)鎬修整拱頂和側(cè)墻。采用直式破碎錘將減少拱頂和側(cè)墻開(kāi)挖不到的范圍，減少人工風(fēng)鎬修整的工作量，加快施工進(jìn)度，工效大大提升。

5 結(jié)論

新疆輪臺(tái)縣迪那河五一水庫(kù)工程工業(yè)供水管線工程小型掘進(jìn)機(jī)輸水隧洞施工效果良好，工程運(yùn)行實(shí)際表明，在供水工程輸水隧洞施工中采用小型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)經(jīng)濟(jì)可行，施工效率高，斷面成型好，設(shè)備簡(jiǎn)化，施工簡(jiǎn)便，節(jié)省人力，尤其是不需要爆破施工，對(duì)隧洞圍巖擾動(dòng)小，施工質(zhì)量有保障。小型掘進(jìn)機(jī)隧洞開(kāi)挖施工技術(shù)在水利水電工程隧洞開(kāi)挖施工中值得推廣應(yīng)用。