張永鵬，吳建東

(1.甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司， 甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

1 工程概況

引洮供水二期主體工程施工第35標(biāo)段隧洞總長(zhǎng)7641m，為1#隧洞洞身及出口段，2#、5#隧洞進(jìn)出口及洞身段，6#洞進(jìn)口段。本工程隧洞襯砌采用鋼筋混凝土，隧洞為砂礫巖，砂礫巖強(qiáng)度低，比較分散，所以成巖較差。局部層位含砂量高，遇水易出現(xiàn)流沙，地質(zhì)情況較差，隧洞開(kāi)挖、支護(hù)難度較大。由于地質(zhì)較差，所以在隧洞開(kāi)挖施工中需要根據(jù)地質(zhì)情況做一些支護(hù)措施，以確保施工人員的安全和施工進(jìn)度。比如采用管棚法、砂漿錨桿法、系統(tǒng)錨桿、型鋼拱架支撐等的使用幾乎貫穿整個(gè)隧洞，施工難度大，強(qiáng)度高，對(duì)工程進(jìn)度影響較大。通過(guò)分析該工程的地質(zhì)情況可知，該工程1#—6#引水隧洞的開(kāi)挖與支護(hù)是施工的難點(diǎn)，因此本文我們主要介紹對(duì)該工程6個(gè)引水隧洞的土洞、石洞開(kāi)挖及支護(hù)等措施。

2 隧洞開(kāi)挖

2.1 土洞開(kāi)挖

土洞洞壁穩(wěn)定性較差，所以土洞開(kāi)挖后必須進(jìn)行支護(hù)。該工程土洞開(kāi)挖后采用骨架護(hù)坡法來(lái)進(jìn)行洞身支護(hù)。為防止水流對(duì)土洞的沖刷，使用排水溝排出水流。洞身采用全斷面一次開(kāi)挖預(yù)留核心土法，持短進(jìn)尺原則施工。開(kāi)挖完畢后快速進(jìn)行初噴、布設(shè)錨桿、掛網(wǎng)或鋼支撐的施做等初期支護(hù)[1-3]。

2.2 石洞開(kāi)挖

石質(zhì)洞室采用新奧法施工，采用光面爆破，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況選定單循環(huán)進(jìn)尺。通過(guò)噴錨聯(lián)合支護(hù)增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性[2-7]。

(1)炮眼數(shù)目

炮眼數(shù)目的多少直接影響爆破效果，暫按巷道斷面和巖石堅(jiān)固性系數(shù)估算：

(1)

式中，f—巖石堅(jiān)固性系數(shù)；S—開(kāi)挖面積，為7m2；N—炮孔數(shù)目。

(2)炮眼裝藥量

掏槽眼、輔助眼裝藥量分別按下式計(jì)算：

Q1=η×L×r=0.6×1.8×1=1.08kg

(2)

Q2=η×L×r=0.6×1.6×1=0.96kg

(3)

式中，η—炮眼裝藥系數(shù)；取η=0.6；L—眼深；r—每m長(zhǎng)度炸藥量，r=1kg/m。

(3)炮眼直徑為42mm。

(4)掏槽眼深1.8m、輔助眼深1.6m、底眼深1.6m。

(5)光面爆破參數(shù)

周邊孔間距計(jì)算：

a=(10-15)d

(4)

(5)

式中，a—孔間距，mm；m—密集系數(shù)；W—抵抗線，m；d—鉆孔直徑，mm。

光面爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 光面爆破參數(shù)

(6)炮眼布置圖

設(shè)計(jì)炮眼布置圖及爆破參數(shù)如圖1及表2所示。

圖1 圍巖起爆順序及爆破參數(shù)圖

表2 炮孔參數(shù)表

(7)爆破網(wǎng)絡(luò)連接

爆破前提前準(zhǔn)備好爆破材料。裝填完畢后，使用“簇聯(lián)”法連接爆破線。隧洞鉆孔爆破裝藥示意圖如圖2所示。

3 隧洞支護(hù)

3.1 隧洞支護(hù)概述

隧洞進(jìn)口段、洞身段、出口段圍巖為Ⅴ類[8]，分類見(jiàn)表3。

表3 隧洞圍巖分類

針對(duì)本工程工程第35標(biāo)段1#—6#引水隧洞圍巖穩(wěn)定性情況，隧洞開(kāi)挖期間的臨時(shí)支護(hù)措施采用柔性支護(hù)和剛性支護(hù)相結(jié)合的方案。隧洞開(kāi)挖期間的洞身柔性支護(hù)主要使用錨噴支護(hù)[2-3，5-7]，具體的施工順序包括混凝土噴射、錨桿安裝及掛鋼筋網(wǎng)。洞身的剛性支護(hù)主要指鋼架支護(hù)。①超前支護(hù)：本工程隧洞洞身開(kāi)挖期間在頂拱180°的范圍內(nèi)使用超前系統(tǒng)鋼管管棚法進(jìn)行支護(hù)，管棚的環(huán)向間距設(shè)置為30cm，長(zhǎng)度設(shè)置為3m。②錨桿：該隧洞支護(hù)使用的錨桿規(guī)格為Φ18水泥基藥卷系統(tǒng)錨桿，錨桿安裝的排距設(shè)置為1.0m，錨桿布置為梅花型布置，排距為1.0m。③鋼筋網(wǎng)：拱頂180°范圍Φ6.5@200×200。④拱架：該隧洞支護(hù)使用鋼筋規(guī)格為I12鋼架，鋼架的支撐間距設(shè)置為0.6m。⑤噴混凝土：混凝土噴射厚度設(shè)置為100mm。我們選取錦屏水庫(kù)輸水渠1#隧洞襯砌斷面鋼筋圖作為配筋案例，如圖3所示。

3.2 普通錨桿支護(hù)

本工程砂漿錨桿支護(hù)先按照設(shè)計(jì)要確定孔位，再鉆孔。鉆孔完畢后。使用高壓水槍沖洗孔洞直至鉆孔流出的水干凈。錨桿的支護(hù)先注漿，后插錨桿，砂漿填滿孔洞后，使用鉆機(jī)插入錨桿。最后對(duì)孔口進(jìn)行填堵。錨桿埋設(shè)完成后，進(jìn)行洞身掛網(wǎng)支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)編制鋼筋掛網(wǎng)，按照3m間距編制縱橫向鋼筋網(wǎng)后，將錨桿與鋼筋網(wǎng)焊接在一起。掛網(wǎng)施工完成后，進(jìn)行噴混凝土施工，噴射混凝土覆蓋鋼筋網(wǎng)。

圖2 鉆孔爆破裝藥示意圖

圖3 隧洞斷面襯砌配筋圖

3.3 噴射混凝土支護(hù)

(1)施工準(zhǔn)備

施工前必須先檢查施工機(jī)械以確保施工的進(jìn)度和施工人員的安全問(wèn)題。噴混凝土前清理豎井表面，使用高壓水槍沖洗壁面，確保表面沒(méi)有泥土并埋設(shè)判斷混凝土噴射厚度的標(biāo)志。

(2)噴射混凝土

噴混凝土前清洗噴射面，放置壁面殘留有泥土等，進(jìn)而影響施工質(zhì)量。清洗完噴射面后，混凝土的噴射自下而上進(jìn)行。噴完一段后再進(jìn)行下一塊的噴射，依次進(jìn)行。為確?；炷聊Y(jié)較好，保證初期強(qiáng)度，混凝土的噴射分次進(jìn)行。噴射后的混凝土初凝后再進(jìn)行下一次的噴射作業(yè)。第一次噴射的混凝土達(dá)到初凝狀態(tài)可以保證施工質(zhì)量，便于下次噴射施工的進(jìn)行。每次混凝土的噴射厚度控制在5cm。

隧洞斷面的的鋼筋支護(hù)必須按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行[10-13]。該隧洞混凝土的強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)為C25，抗凍等級(jí)設(shè)計(jì)為F50，抗?jié)B等級(jí)設(shè)計(jì)為W4。支護(hù)鋼筋規(guī)格采用HPB235及HRB400級(jí)，混凝土保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)為35mm，縫端處20mm。①號(hào)鋼筋焊接點(diǎn)每排只能選擇選用焊接點(diǎn)a或b，相鄰2排焊接點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)布置。②號(hào)鋼筋焊接點(diǎn)每排只能選擇選用焊接點(diǎn)c或d，相鄰2排焊接點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)布置。⑥號(hào)、⑦號(hào)鋼筋縱向隔排(相對(duì)環(huán)向筋)梅花形布置，間距400mm。鋼筋搭接采用焊接。隧洞斷面具體的支護(hù)及襯砌如圖4所示。

隧洞Ⅴ類圍巖及土質(zhì)隧洞一次支護(hù)完成后，采用監(jiān)控量測(cè)措施量測(cè)周邊位移及頂拱下沉。進(jìn)出口加強(qiáng)段的鎖口段、斷層破碎帶及土質(zhì)隧洞等自穩(wěn)性差的洞段，依據(jù)圍巖穩(wěn)定情況，頂拱180°范圍內(nèi)采用超前管棚法施工[11]。通過(guò)管棚進(jìn)行超前注漿加固圍巖，進(jìn)出口加強(qiáng)段及土洞使用超前管棚，洞段的使用范圍依據(jù)開(kāi)挖的圍巖狀況確定。

4 隧洞混凝土襯砌

襯砌段隧洞開(kāi)挖結(jié)束后，由內(nèi)往外后退式先進(jìn)行底板清理再進(jìn)行混凝土襯砌。輸水隧洞混凝土襯砌采用簡(jiǎn)易拼裝式鋼模臺(tái)車。

4.1 洞身巖面及地板清理

襯砌前使用水槍和高壓風(fēng)清理洞身面的殘?jiān)蛪K石。隧洞洞身的殘?jiān)c塊石被清理后還要使用高壓水槍沖洗，避免隧洞表面還有殘留物影響混凝土襯砌質(zhì)量。隧洞清底以100m為一段，提前襯砌施工。采用機(jī)械清底渣，輔以人工配合清理底細(xì)渣，農(nóng)用三輪車運(yùn)輸。底板清洗干凈、積水排干后再進(jìn)行底板干硬性砼施工。

4.2 混凝土澆筑

隧洞襯砌混凝土按照設(shè)計(jì)要求拌制完成后，進(jìn)行混凝土入倉(cāng)澆筑作業(yè)?；炷猎跐仓雮}(cāng)完成后為使混凝土澆筑均勻、密實(shí)，使用振搗器振搗攤平混凝土。在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)控制兩側(cè)混凝土均勻上升，防止出現(xiàn)澆筑不均勻從而影響澆筑質(zhì)量。在側(cè)拱、頂拱使用插入式振搗器振搗混凝土。為避免出現(xiàn)漏振，振搗時(shí)將振搗器插入下層混凝土15 cm。為使?jié)仓幕炷僚c巖面緊密結(jié)合，在拱頂采用封拱器。封拱器可以將澆筑的混凝土慢慢壓進(jìn)洞身壁面，防止出現(xiàn)澆筑不密實(shí)、洞身巖面與混凝土接觸不良等現(xiàn)象。各隧洞襯砌主要工程量見(jiàn)表4。

表4 各隧洞襯砌主要工程量 單位：m3

4.3 鉆孔灌漿工程

本工程的鉆孔工程主要包括鉆芯取樣孔、錨桿孔等鉆孔施工。灌漿采用水泥漿。本工程主要涉及的灌漿作業(yè)包括回填灌漿作業(yè)、固結(jié)灌漿作業(yè)和接觸灌漿作業(yè)。灌漿采用同種方式，回填灌漿范圍頂拱120°，間距2～3m，2～3孔/排，梅花型布置。富水及破碎段排水孔加密布置。

圖4 隧洞斷面支護(hù)設(shè)計(jì)圖

5 隧洞開(kāi)挖應(yīng)急處理措施

本工程輸水隧洞具有洞線長(zhǎng)、圍巖巖性差等特點(diǎn)，地下隧洞施工中遭遇不良工程地質(zhì)問(wèn)題不可避免，且長(zhǎng)距離、較大埋深增大了地質(zhì)問(wèn)題的復(fù)雜性。

5.1 淺埋段及地下塌方處理措施

為防止出現(xiàn)塌方，臨時(shí)支護(hù)主要采用系統(tǒng)工字鋼、水泥基藥卷系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)噴C20混凝土，頂拱120°～180°范圍內(nèi)再采用管棚超前支護(hù)。

5.2 斷層破碎段處理措施

(1)對(duì)一般斷層破碎帶，可采用超前注漿小導(dǎo)管或超前中空注漿錨桿提前對(duì)掌子面前方邊、頂拱巖體進(jìn)行預(yù)加固[14]，開(kāi)挖導(dǎo)洞并采用臨時(shí)支護(hù)，對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行封閉支護(hù)，在圍巖變形穩(wěn)定后適時(shí)采用對(duì)破碎帶進(jìn)行永久混凝土襯砌。

(2)隧洞開(kāi)挖一旦穿越巖溶區(qū)時(shí)，若該區(qū)處在含水層及地下水暗河，則易引起涌水。一旦隧洞開(kāi)挖遇見(jiàn)大型斷層破碎帶需要進(jìn)行止水處理時(shí)，一般在距離破碎帶5～8m時(shí)，由下而上，由里而外、先無(wú)水孔后有水孔的順序?qū)Χ粗車扑閹нM(jìn)行超前灌漿預(yù)加固形成止水層。形成的止水層不僅可以切斷地下水的流動(dòng)通道。該止水層還可以封閉隧洞斷面的出水口裂縫。阻止水流對(duì)巖土的沖刷，從而提高巖體的強(qiáng)度和自穩(wěn)定能力。

(3)在斷層破碎帶噴錨支護(hù)結(jié)束時(shí)，設(shè)置變形監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)圍巖的變形情況。

6 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)敘述了對(duì)于圍巖穩(wěn)定性差且開(kāi)挖距離又長(zhǎng)的引水隧洞的開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌等施工過(guò)程。文中詳細(xì)描述了新奧法施工中的爆破參數(shù)計(jì)算過(guò)程以及工程對(duì)塌方、斷層破碎帶、地下突涌水現(xiàn)象的應(yīng)急處理方案。該工程石洞開(kāi)挖爆破眼、裝藥量等的計(jì)算、襯砌支護(hù)的設(shè)計(jì)可為類似工程的開(kāi)挖爆破、洞身襯砌提供借鑒；結(jié)合工程特點(diǎn)的相應(yīng)應(yīng)急處理措施可為復(fù)雜地質(zhì)條件的隧洞施工提供一種較為全面具體的施工方案。