李艷翠，吳建東

(甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730070)

1 工程概況

引洮供水二期工程22#隧洞2A#施工豎井位于大石峽，交渠線樁號(hào) 43+495.08處于渠線左側(cè)4m，地面高程 2335m，豎井深度約 282m。2A#豎井工程區(qū)處于華家?guī)X石質(zhì)低中山地貌區(qū)，工程區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45s[1]。豎井深度約282m。0～13m圍巖為馬蘭黃土及黃土狀土，圍巖穩(wěn)定性很差。在13～282m深度范圍，圍巖為γ4花崗巖，屬堅(jiān)硬巖。豎井中上部巖體中裂隙較發(fā)育，并有斷層發(fā)育。地下水的水質(zhì)良好，對(duì)普通混凝土無(wú)腐蝕性。

2 施工方案選擇

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)編制原則，并針對(duì)引洮二期供水工程華家?guī)X隧洞豎井工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，采取先鉆探后掘進(jìn)的立井掘砌混合作業(yè)施工法。

華家?guī)X隧洞豎井掘進(jìn)之前，在豎井中心位置地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)豎井井身全段鉆芯取樣，使用超聲波檢測(cè)豎井的圍巖完整情況及地下水涌水情況，判定圍巖級(jí)別。

方案一：在主干渠22#隧洞43+495.08頂部垂直下挖豎井，深282m，斷面呈直徑為5.1m的圓形，與主洞頂成90°交角，豎井口坐標(biāo)(3920628.380，501228.006，2335.00)。

方案二：豎井位于主干渠左側(cè)4.0m處，深282m，與主干渠22#隧洞交于43+495.08，豎井口坐標(biāo)(3920645.872，501218.309，2335.00)，在豎井開(kāi)挖至2054.1m高程時(shí)，朝主洞方向垂直水平掘進(jìn)，在與主洞交接口處做成喇叭形。豎井?dāng)嗝嫘问綖橹睆?m的圓形。

為減小豎井開(kāi)挖對(duì)主洞圍巖的影響，后期主洞內(nèi)施工的安全，采用方案二作為22#隧洞2A#豎井的施工設(shè)計(jì)方案。

3 豎井施工

3.1 井口段施工

土層開(kāi)挖：依據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料可知，華家?guī)X隧洞豎井井口覆蓋松散的馬蘭黃土和黃土狀土，厚度約13m，采用大開(kāi)挖的方式進(jìn)行開(kāi)挖，安全開(kāi)挖邊坡不大于1∶0.5，每5～6m高度增設(shè)1.0m寬?cǎi)R道。采用液壓反斗挖掘機(jī)自上而下分層開(kāi)挖。

現(xiàn)澆井口護(hù)筒：井口護(hù)筒采用C25F150鋼筋混凝土澆筑，厚度40cm。土方開(kāi)挖至巖石面，鑿除表層分化軟弱層，井壁位置澆筑C10混凝土墊層找平、植筋，架設(shè)定制鋼模板[2- 3]，自下而上分段澆筑，每次澆筑高度3.0m，井口高出地面高度50cm。井口護(hù)筒澆筑完成后及時(shí)完成井口周?chē)练胶惶?，依?jù)豎井鑿井施工設(shè)備選型，完成井架、絞車(chē)及穩(wěn)車(chē)基座，并硬化施工場(chǎng)地。

3.2 井身段施工

華家?guī)X隧洞豎井井筒基巖段深度268m。井身開(kāi)挖及襯砌采用整體金屬下滑模板。在每循環(huán)掘砌后隨即進(jìn)行噴混凝土或混凝土襯砌砌壁支護(hù)[3- 12]，該豎井為華家?guī)X22#隧洞開(kāi)挖出渣通道，屬臨時(shí)工程，護(hù)壁以鋼筋掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)為主；在巖體裂隙發(fā)育段布設(shè)錨桿，每3m一道，錨桿延法線布置，間距2.5m，共6根，并架設(shè)環(huán)形鋼拱架；巖層破碎或有涌水地段，現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土支護(hù)，厚度30cm。

3.2.1施工設(shè)備配置

具體鑿井裝備配備情況見(jiàn)表1。

表1 井筒鑿井裝備一覽表

3.2.2井筒掘進(jìn)

基巖段采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖[4]。鑿巖采用FJD- 5C型傘鉆，配5臺(tái)YGZ50型鑿巖機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)按照施工要求進(jìn)行鑿巖。炮眼詳細(xì)布置如圖1及表2。爆破詳細(xì)布置見(jiàn)表3。

表2 風(fēng)井井筒基巖段爆破效果

圖1 炮眼布置圖

3.2.3掛網(wǎng)噴混凝土

(1)掛網(wǎng)

①鉆孔。錨桿孔的開(kāi)孔按施工圖紙布置的鉆孔位置進(jìn)行，其孔位偏差不大于10 cm。錨桿孔深度必須達(dá)到施工圖紙的規(guī)定[3]。②錨桿的錨固和安裝。錨桿在安裝前要固定其組件，保證在錨桿楔子在脹殼內(nèi)能順利滑行，這關(guān)系到整個(gè)錨固工程的成敗，一旦錨桿插入砂漿后沒(méi)有錨固作用，則浪費(fèi)了一整套施工工序投入的人物力。③錨桿的注漿。錨桿砂漿的配合比按照水泥與砂水泥1∶1的重量比設(shè)計(jì)。錨桿孔的位置布置要按照施工圖進(jìn)行布置，錨固工程的施工工藝如圖2所示。

表3 風(fēng)井基巖段爆破詳細(xì)布置

圖2 砂漿錨桿施工工藝流程圖

錨桿作業(yè)在初噴混凝土后及時(shí)進(jìn)行。錨桿采用Φ20鋼筋、長(zhǎng)度2m。在設(shè)計(jì)圖布置的錨桿孔位置進(jìn)行開(kāi)挖孔洞。開(kāi)挖空方向要垂直于開(kāi)挖斷面，且孔深符合規(guī)范要求。錨桿孔開(kāi)挖后進(jìn)行清洗孔洞作業(yè)，孔洞必須清洗干凈，然后孔內(nèi)填筑砂漿，插入錨桿并馬上擰緊錨桿[5- 7]。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

(2)噴混凝土

噴射混凝土采用潮噴混凝土工藝。在進(jìn)行噴射施工前，清理噴射面的塊石和其他殘留物，防止殘留物影響施工質(zhì)量。噴射施工的質(zhì)量控制尤為重要，噴槍要垂直于噴射面，這樣不會(huì)造成混凝土的回彈飛濺。噴射器噴嘴與噴射面距離控制在0.8m由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)。噴射期間必須保證混凝土與噴射面膠結(jié)密實(shí)。噴射完一層混凝土后待其達(dá)到初凝狀態(tài)后再進(jìn)行下一階段的噴射[6- 10]。

3.2.4砌壁

井筒壁面采用混凝土襯砌。砌壁段高4.0m，澆筑模板使用液壓金屬下滑模板。澆筑混凝土?xí)r必須保證模板平正后方可澆筑混凝土[8- 10，13]，混凝土澆筑后使用振搗器振搗，確?；炷翝仓軐?shí)。

華家?guī)X隧洞豎井掘進(jìn)之前，在豎井中心位置布設(shè)一臺(tái)DXU- 1000地質(zhì)鉆機(jī)。對(duì)豎井井身全段鉆芯取樣，鉆芯直徑為110mm。將鉆取的芯樣編號(hào)整理并對(duì)其輔以超聲波等先進(jìn)的物探手段，檢測(cè)豎井的圍巖完整情況及地下水涌水情況，正確判定豎井在不同深度的圍巖級(jí)別。

豎井圍巖縱斷面分布：0～27.3m、46.50～81.40m、95～120.50m、120.5～137.50m為極不穩(wěn)定的V類(lèi)圍巖；27.30～46.50m、81.4～95.0m、137.50～181.00m、181～222m圍巖為γ4花崗巖，這幾段深度的巖體完整性差。圍巖地下水活動(dòng)輕微，屬不穩(wěn)定的IV類(lèi)圍巖。222～282m圍巖為γ4花崗巖，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為78.6～95.2MPa，這部分屬堅(jiān)硬巖，巖體也較完整。圍巖地下水活動(dòng)中等，開(kāi)挖有滴滲水，局部有線狀流水，這段深度巖體為局部穩(wěn)定性差的Ⅲ類(lèi)圍巖。結(jié)構(gòu)型式I適用于井頸段，結(jié)構(gòu)型式II適用于井頸段及主洞頂高程以上10m段，結(jié)構(gòu)型式III適用于井身Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖段，結(jié)構(gòu)型式Ⅳ適用于II、III類(lèi)圍巖段。豎井橫斷面結(jié)構(gòu)型式如圖3所示。

對(duì)于沿?cái)鄬佑谐袎盒缘叵滤疂B流的圍巖段，開(kāi)挖前進(jìn)行超前10m帷幕灌漿對(duì)破碎圍巖進(jìn)行預(yù)固結(jié)，封堵地下水。豎井施工期進(jìn)行井筒收斂及位移監(jiān)測(cè)[14]，根據(jù)監(jiān)測(cè)成果在III類(lèi)圍巖段設(shè)鋼拱架及噴錨支護(hù)。對(duì)于極不穩(wěn)定的Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖段，可增設(shè)工16鋼拱架掛網(wǎng)及噴錨支護(hù)，鋼拱架間距0.8m，噴混凝土厚度0.1m，豎井井頸段縱斷面配筋配置如圖4所示。

鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度為50mm；橫筋和豎筋采用HRB400鋼筋，拉結(jié)筋采用HPB300鋼筋；鋼筋搭接長(zhǎng)度為鋼筋直徑的45倍，相鄰鋼筋的綁扎接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)1.3倍搭接長(zhǎng)度；井頸采用鋼筋混凝土支護(hù)，厚度0.6m和0.3m的交接處應(yīng)落在強(qiáng)風(fēng)化巖以下2.0m，壁座應(yīng)落在弱風(fēng)化巖以下3.0m處；混凝土抗?jié)B等級(jí)W6，抗凍等級(jí)F100。

3.2.5砌壁混凝土配合比設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制

(1)配合比設(shè)計(jì)

井筒砌壁混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C25。采用32.5R普通硅酸鹽水泥，砂石含泥量控制在3%以下。混凝土按照配合比設(shè)計(jì)拌制后要進(jìn)行試驗(yàn)，直到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的配合比才可以用來(lái)襯砌。

(2)質(zhì)量控制

圖3 2A#豎井橫斷面結(jié)構(gòu)圖

圖4 2A#豎井井頸段縱斷面鋼筋圖

豎井的主要作用是運(yùn)送施工人員、材料及排出施工渣土[14- 15]。混凝土的配置原材料一定要符合質(zhì)量要求。原材料、成品、半成品必須有出廠合格證，抽樣檢驗(yàn)合格，并經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核批準(zhǔn)后方可用于施工。水泥要符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。砂石的含水量按氣候變化測(cè)定，并在攪拌混凝土?xí)r扣除相應(yīng)的含水量?；炷恋臄嚢钑r(shí)間不低于2min?；炷猎跀嚢杈鶆蚝?，要經(jīng)常檢查混凝土的坍落度。一旦發(fā)現(xiàn)原來(lái)配合比下的混凝土坍落度有較大變化時(shí)，找出原因并及時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

甘肅引洮工程利國(guó)利民，它在一定程度上滿(mǎn)足了甘肅中部地區(qū)的用水需求。豎井的主要作用是為引水隧洞施工做出渣排煙等服務(wù)的。因此豎井的施工質(zhì)量直接關(guān)乎到主體工程的進(jìn)度。豎井井身的開(kāi)挖、配筋、襯砌等必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。文中詳細(xì)闡述了井口井身段的開(kāi)挖方法和不同深度下豎井襯砌橫斷面結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)。為了保證豎井的襯砌質(zhì)量，必須嚴(yán)格把控混凝土原材料的質(zhì)量，同時(shí)控制好配合比，在澆筑前一定要做混凝土的質(zhì)量檢測(cè)。 本工程的施工方案和施工技術(shù)希望可為類(lèi)似地址條件的豎井工程提供借鑒。