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        放水隧道施工質(zhì)量及灌漿工藝控制研究

        2022-03-01 07:36:32
        黑龍江水利科技 2022年12期
        關(guān)鍵詞:鋼襯風(fēng)化隧洞

        江 波

        (中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司,廣東 深圳 518000)

        1 工程概況

        深圳市公明供水調(diào)蓄工程屬大(2)型Ⅱ等工程,地處深圳市西北部,建設(shè)內(nèi)容包括四部分:鵝頸水庫-公明水庫連通工程,公明水庫擴(kuò)建工程,雨洪利用-白花引水改造工程與公明水庫至石巖水庫供水工程。其中公明水庫擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000a一遇,總庫容1.48億m3。

        主要建筑物有4號壩、放水隧洞及其進(jìn)出口建筑物等。其中4號壩壩頂高程63.5m,寬8m。壩型為粘土心墻土石壩,壩頂總長1121m,最大壩高50.7m。

        圓形有壓放水隧洞布置在4號、5號大壩之間的大馬山下,洞身長度423m,內(nèi)徑3m,兼有放空供水和導(dǎo)流的功能。1、5號道路參照四級公路設(shè)計(jì),總長分別為991m、88m,雙車道路面寬8.0m。

        2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

        本工程區(qū)主要地貌類型為剝蝕侵蝕臺地型寬谷,放水隧道及其進(jìn)出口工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件如下:

        1)放水隧洞:

        放水洞布置于大馬山山體下,屬剝蝕殘丘地貌,地面高程多在38~82m接后段沖積地貌,總體地形兩側(cè)低中間高。隧洞埋深多在13~51m。

        隧洞段地層巖性上部第四系覆蓋層為殘坡積土,巖性為含礫粉質(zhì)黏土,丘頂較薄或缺失,坡腳較厚(5~8.6m),下部為南香山單元混合花崗巖風(fēng)化基巖,其中全風(fēng)化層較厚(丘頂揭示厚度>50m),強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖埋藏深,因此只有少部分隧洞圍巖為強(qiáng)風(fēng)化層。

        隧洞段未發(fā)現(xiàn)斷裂通過,基巖裂隙較發(fā)育。

        本段地下水類型主要為第四系和全風(fēng)化巖中孔隙水,主要接受大氣降水補(bǔ)給,因補(bǔ)給來源有限,地下水位較低,水量不豐富,地下水以滴水為主。隧洞段地下水頭最大高度15m。

        總體來看,本隧洞的工程地質(zhì)條件較差,洞身基本在全風(fēng)化巖中,少量為強(qiáng)風(fēng)化巖,其中V類圍巖(強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖)段長74m,土洞(全風(fēng)化土)段長349m。

        2)放水隧洞進(jìn)、出口:

        進(jìn)口及控制閘室處地層上部以殘坡積土和全風(fēng)化土為主,其中殘坡積土厚4.8~5m,呈硬塑狀,全風(fēng)化土厚28.8m,呈硬塑~堅(jiān)硬狀。進(jìn)口處未見有滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象,但洞口埋深15m,均為土層,開挖后形成土質(zhì)高邊坡,洞口的穩(wěn)定條件較差,蓄水后在水下狀態(tài),更是對穩(wěn)定不利。

        出口及控制閘室處地層上部以殘坡積土和全風(fēng)化土為主,其中殘坡積土厚3.8~4.5m,呈硬塑狀,全風(fēng)化土厚>15m,呈硬塑~堅(jiān)硬狀。出口處未見有滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象,洞口埋深6m左右。

        3)放水洞進(jìn)、出水渠地質(zhì)條件:

        進(jìn)水渠前段主要土層為填土、沖洪積含礫粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、含黏性土中粗砂、礫砂等,后段130m則以殘坡積砂質(zhì)粘性土和全風(fēng)化土為主。除局部分布的填土和淤泥質(zhì)土層外,無其它軟弱土層,因進(jìn)水渠荷載很小,均可滿足承載力的要求。

        退水渠段無軟弱土層分布,主要土層為殘坡積土和全風(fēng)化土,它們的物理力學(xué)性質(zhì)較好,可作為水渠基礎(chǔ)持力層。本段地下水位埋藏較深,對水渠的抗浮穩(wěn)定有利

        3 放水隧洞施工工藝及治理控制

        3.1 總體方案

        其施工順序?yàn)椋悍潘矶催M(jìn)、出口明挖、支護(hù)→洞身開挖、支護(hù)→洞內(nèi)混凝土襯砌→回填灌漿→內(nèi)襯鋼管→洞內(nèi)灌漿→進(jìn)、出口閘室施工→進(jìn)口交通橋施工→閘門、起閉機(jī)安裝→進(jìn)出口建筑施工。在進(jìn)出口閘室平臺以下混凝土完成,具備過水條件后即利用放水隧洞導(dǎo)流,閘室上部繼續(xù)進(jìn)行施工(見圖1)。

        放水隧洞布置在4號、5號大壩之間的大馬山下,洞身長度為423m,放水隧洞兼有放空、供水和導(dǎo)流的功能,綜合考慮隧洞采用圓形有壓隧洞,隧洞內(nèi)徑為3m。

        3.2 進(jìn)出水口開挖及明渠施工

        3.2.1 進(jìn)出水口開挖

        土層剝離前在開挖邊線外按設(shè)計(jì)圖紙要求先進(jìn)行排水天溝的施工,阻截開挖范圍外的雨水進(jìn)入開挖區(qū)域。開挖自上而下分層進(jìn)行開挖,分層開挖高度為1m,每層開挖完后要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。巖石開挖由上至下分層分塊從一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行。采用控制爆破。利用手風(fēng)鉆鉆孔,鉆孔角度盡量與各梯段設(shè)計(jì)坡面一致,以2m為一個臺階。爆破后的石渣由挖掘機(jī)集料、清面,挖掘機(jī)配自卸車裝運(yùn)。在開挖過程中如遇有地下水滲流,對地下水以疏導(dǎo)為主,在出水點(diǎn)進(jìn)行鉆孔,用排水管將滲水引排至排水溝中,并保護(hù)邊坡穩(wěn)定。

        開挖中要進(jìn)行邊坡支護(hù),邊坡支護(hù)采用土釘錨桿、掛網(wǎng)及噴混凝土施工。土釘錨桿每開挖一層及時(shí)進(jìn)行施工,掛網(wǎng)及噴混凝土每開挖二層進(jìn)行施工一次[1-3]。

        3.2.2 明渠施工

        放水隧洞進(jìn)口明渠開挖底板高程較低,為防止在汛期施工時(shí)雨水倒貫,在明渠進(jìn)口處,布置擋水圍堰。圍堰采用開挖時(shí)產(chǎn)生的土料進(jìn)行填筑,迎水坡坡比1:2.5,背水坡坡比1:2.0,頂寬3.0m,底寬約20m,圍堰頂用30cm厚碎石砂鋪填,用雙層編織袋裝土壓在迎水坡進(jìn)行閉氣。

        明渠開挖施工是從上至下進(jìn)行開挖,根據(jù)測量放樣逐層進(jìn)行,為防止土體坍塌,分層開挖厚度2m左右。開挖時(shí)利用挖掘機(jī)配合自卸車進(jìn)行,距開挖邊線30cm采用人工開挖。遇巖采用沖擊錘或控制爆破開挖,利用手風(fēng)鉆鉆孔,鉆孔角度盡量與各梯段設(shè)計(jì)坡面一致,以2m為一個臺階。爆破后的石渣由挖掘機(jī)集料、清面,挖掘機(jī)配合自卸車裝運(yùn)。

        為保證明渠運(yùn)行質(zhì)量,渠底需進(jìn)行護(hù)坡施工,先在渠底鋪設(shè)20cm厚中粗砂,將渠底漿砌石砌筑完,再進(jìn)行兩側(cè)邊坡的砂墊層及漿砌石砌筑,邊坡護(hù)坡分高度進(jìn)行,砂墊層鋪設(shè)高度≤1m,之后砌筑漿砌石,往復(fù)進(jìn)行,直至砌到渠頂,最后進(jìn)行攔沙坎的砌筑。

        3.3 放水隧洞施工

        隧洞斷面型式為圓形斷面,模襯混凝土厚為40cm,襯砌后洞室內(nèi)徑為D3.12m,全洞長內(nèi)置鋼襯,采用鋼襯為砼澆筑內(nèi)模法??偟墓ば蚴窍劝惭b鋼襯定位洞長中心處,進(jìn)行砼施工,再以此為起始端向洞口順次安裝鋼襯,直至完成。

        單節(jié)鋼襯安裝順序:施工準(zhǔn)備→鋼襯洞內(nèi)運(yùn)輸滑行軌道安設(shè)→鋼筋制安→預(yù)埋件安設(shè)→鋼襯安設(shè)施工→混凝土澆筑

        3.3.1 隧洞開挖

        隧洞開挖采用鉆爆法,以新奧法理論指導(dǎo)施工[4-5]。按設(shè)計(jì)開挖輪廓線布置周邊炮眼,間距為45~55cm,光面爆破。采用直線型掏槽,輔助眼間距為60~80cm氣腿式鑿巖機(jī)鉆眼平行作業(yè)。

        按照鉆爆炮眼布置圖(見圖2)準(zhǔn)備好爆破材料,裝藥前先用高壓風(fēng)清孔,檢查鉆眼是否堵塞或坍孔,然后按劃定的區(qū)域裝藥連線,各負(fù)其責(zé)。裝藥順序先上后下,先兩側(cè)后中間。導(dǎo)爆管連線采用“一把抓”法,配兩個起爆非電雷管,裝藥結(jié)束經(jīng)安全檢查后起爆。

        圖2 鉆爆炮眼布置圖

        3.3.2 引水遂洞鋼襯砌安裝

        運(yùn)輸軌道采用I10輕軌由洞外向洞內(nèi)鋪設(shè),輕軌下設(shè)枕木,枕木下鋪碎石。在安裝鋼襯區(qū)段輕軌下設(shè)兩榀鋼支撐,分別布置在預(yù)安裝的鋼襯兩端的相對位置,鋼支撐采用型鋼制作,其底腳與底腳錨桿相焊接。

        鋼襯定位節(jié)通過輕軌運(yùn)輸臺車運(yùn)至安裝部位后,利用液壓千斤頂將其頂起,撤出平臺車和抽出輕軌,用鐵楔將鋼襯墊實(shí)、定位。定位采用經(jīng)緯儀邊校核邊調(diào)整,準(zhǔn)確無誤后利用連接筋將預(yù)先埋設(shè)好的洞壁錨桿與鋼管管口相連接,檢查鋼管的穩(wěn)定性。

        標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在定位節(jié)安裝后進(jìn)行,預(yù)先在已安裝完的定位節(jié)上焊接鋼楔底,以便于下一節(jié)鋼管與之對接。鋼襯采用平臺車運(yùn)至安裝部位附近,利用液壓千斤頂將其頂起,撤出平臺車,利用滾杠將鋼管運(yùn)至相接處進(jìn)行對接,后再利用千斤頂及手動葫蘆等裝置將鋼管安裝就位,轍出滾杠和輕軌,對鋼管進(jìn)行測量校核及加固,進(jìn)行焊接作業(yè),加固方法同定位節(jié)。

        3.3.3 洞內(nèi)混凝土施工

        采用自密實(shí)混凝土砼,其主要性能為:靠自身重力作用進(jìn)行流動密實(shí),具有良好的填充均勻性,能夠在致密的鋼筋中完全填充模板。

        澆筑時(shí),在隧洞的兩側(cè)一起分層澆筑,分層厚度<50cm,先一側(cè)下料,下料超過底拱后,再兩側(cè)均勻?qū)ΨQ下料,為保證鋼管不產(chǎn)生偏移,單側(cè)澆筑高度不宜過高。

        3.4 放水涵洞施工質(zhì)量控制

        1)開挖施工前,作業(yè)指導(dǎo)書的編寫由工程管理部負(fù)責(zé),技術(shù)部門負(fù)責(zé)鉆爆設(shè)計(jì),要明確分工與職責(zé)。

        2)開挖時(shí),派專職工程師和巡檢工程師,專職工程師跟班作業(yè),檢測并控制孔距、孔深、孔向、裝藥量以及爆破效果等,做好記錄。巡檢工程師除抽查以上項(xiàng)目外,主要是密切注意圍巖的地質(zhì)條件變化,地下水的滲漏情況等,并根據(jù)爆破評價(jià)、調(diào)整爆破參數(shù)、施工工序、支護(hù)型式等,并及時(shí)向總工程師匯報(bào),必要時(shí)向監(jiān)理工程師匯報(bào),使開挖施工達(dá)到準(zhǔn)確、迅速、滿足工程要求。

        3)在新澆混凝土部位或已澆混凝土灌漿時(shí)或可能有影響時(shí)進(jìn)行爆破,提請監(jiān)理單位批準(zhǔn),并嚴(yán)格控制爆破距離、裝藥量、安全質(zhì)點(diǎn)振動速度等參數(shù)。

        4)地質(zhì)條件較差段,按“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破”原則,每個循環(huán)鉆孔孔深≤4.0m。

        擴(kuò)挖周邊嚴(yán)格采用光面爆破技術(shù),限制鉆孔間距45~55cm,嚴(yán)格控制裝藥量(必須使用ф16mm藥卷),采用導(dǎo)爆索起爆;監(jiān)測隧洞圍巖內(nèi)部位移,據(jù)以了解巖體擾動與松動范圍,判斷圍巖與支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)。

        “啊,嘴巴再張大一點(diǎn)……”醫(yī)生檢查完妍妍的扁桃體,又拿起聽診器,仔細(xì)地聽了又聽。妍妍一聲不響,乖巧地聽醫(yī)生指揮。收起聽診器,醫(yī)生一邊拿起筆飛快地在病歷卡上寫診斷書,一邊慢悠悠地抬起頭,對妍妍說:“小朋友,以后要多吃米飯,多吃水果和蔬菜,這樣你才會長得更高!”頓了頓,然后又說,“不用開藥?!卞牬罅搜劬?,不可思議地看著醫(yī)生。

        4 隧洞灌漿工藝控制

        公明供水調(diào)蓄工程第七標(biāo)段放水隧洞布置于大馬山山體下,襯砌后洞徑3m,洞長423m,斷面型式為圓形斷面。兼有放空、供水和導(dǎo)流的功能。隧洞段地層巖性覆蓋層為第四系殘坡積土,巖性為含礫粉質(zhì)粘土,強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖埋藏深。

        軟弱圍巖必須堅(jiān)持先支護(hù)(強(qiáng)支護(hù))、后開挖(短進(jìn)尺、弱爆破)、快封閉、勤量測的施工原則。放水隧洞的圍巖加固采用超前小導(dǎo)管注漿的方法進(jìn)行處理。同時(shí),二次襯砌完成后,襯砌混凝土達(dá)到60%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,必須對頂部進(jìn)行回填灌漿。

        4.1 超前小導(dǎo)管注漿

        主要應(yīng)用于隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖拱部超前注漿預(yù)支護(hù),其縱向搭接長度至少為1m。超前導(dǎo)管規(guī)格:Ф32×32.5無縫鋼管,Ⅴ類圍巖(含土洞)加強(qiáng)段和出水隧洞進(jìn)、出口漸變段L=3.5m,縱向間距1排/1m;A型襯砌斷面L=4.5m,縱向間距1排/2m。

        安裝前,用吹管將孔內(nèi)砂石吹出,可以用帶沖擊的風(fēng)鉆將小導(dǎo)管頂入孔中,也可借助鑿巖機(jī)將小導(dǎo)管從型鋼鋼架的偏中上部打入。使用第二種方法時(shí),要采取措施防止巖土顆粒通過小導(dǎo)管上的眼孔進(jìn)入導(dǎo)管內(nèi)。

        注漿前先噴射5~10cm厚混凝土封閉掌子面,形成止?jié){盤,然后由下至上對管內(nèi)沉積物進(jìn)行沖洗。注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為:單孔注漿壓力至設(shè)計(jì)要求值,注漿10分鐘,進(jìn)漿速度為開始時(shí)的25%。

        4.2 回填灌漿方法

        使用在預(yù)埋管中鉆孔的辦法在鋼筋混凝土襯砌中回填灌漿,孔深為10公分,孔距為2.0m,測量并記錄混凝土厚度與空腔尺寸[6]。

        回填灌漿的水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥,一序孔灌注水泥漿的水灰比為0.5:1,二序孔灌注水泥漿水灰比為1:1。

        回填灌漿的中斷時(shí)間如果不小于半小時(shí),需沖洗到原孔深再繼續(xù)灌漿[7]。

        4.3 灌漿質(zhì)量檢查

        灌漿施工質(zhì)量關(guān)系到整個隧洞的長期安全運(yùn)行,擬采取以下步驟對灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查:

        1)在隧洞回填灌漿完畢后6d進(jìn)行質(zhì)量檢查。應(yīng)在脫空較大與串漿孔集中等異常部位布置檢查孔,其數(shù)量占灌漿孔總數(shù)的1/20。

        2)鉆孔注漿法:向孔內(nèi)注入的水泥漿水灰比為2:1,若在10分鐘內(nèi),規(guī)定壓力下的注入量小于10L,即符合要求。

        5 結(jié) 論

        放水隧洞承載著放空、供水和導(dǎo)流的功能,其開挖技術(shù)目前國內(nèi)研究較少,本文提供了一種鉆爆法開挖放水隧洞的方法,并對其灌漿工藝進(jìn)行了詳細(xì)說明,對現(xiàn)有隧道開挖技術(shù)提供了技術(shù)支持,為了發(fā)揮灌漿法加固技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值,需要做好材料質(zhì)量管理、環(huán)境保護(hù)等工作[8]。

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