寇文博
(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)
大巍頭山輸水隧洞工程作為臺(tái)州市引水工程9 段輸水隧洞工程的一部分,起點(diǎn)為茅畬鄉(xiāng)東北側(cè)的上書(shū)苑附近山體,沿山體向東布置,依次穿過(guò)百家尖、小毛田后在上寥村西側(cè)出洞。輸水隧洞總長(zhǎng)輸水隧洞主洞長(zhǎng)6.62 km(大洞0+000 m~大洞6+620 m),為馬蹄形,設(shè)計(jì)斷面為3 m×4.5 m(寬×高)。寺前鄭村西側(cè)布置一條施工支洞,長(zhǎng)度為0.64 km,縱坡為5%。寺前鄭施工支洞設(shè)計(jì)洞長(zhǎng)640 m,與主洞交匯點(diǎn)樁號(hào)為東4+306 m,設(shè)計(jì)斷面為5.3 m×5.2 m (寬×高)的城門型。洞身為反坡,坡度為5%,洞口與主洞高差為29 m。
主支交匯處自寺支0+586 m開(kāi)始隧洞地質(zhì)情況變差、圍巖破碎已按V類支護(hù)形式。至寺支0+635 樁號(hào)后隧洞圍巖情況繼續(xù)變差,圍巖破碎成強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài),并伴有滲水。以衛(wèi)星地圖查看隧洞位于該處凌云水庫(kù)上游入庫(kù)沖溝底部。
該處位于F103 斷層影響區(qū)域,F(xiàn)103 斷層N53°~70°E走向,唐山王—嶺里斷裂的中段與北東端,在北東端局部為第四系掩蓋,北東端傾角近于直立,擠壓破碎帶寬20 m左右,于樁號(hào)4+400 處從大巍頭山腹部穿過(guò),斷裂兩側(cè)侏羅系上統(tǒng)諸暨組a段巖石普遍硅化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖實(shí)際揭露圍巖地質(zhì)情況揭露該處的圍巖為凝灰質(zhì)粉砂巖,破碎成強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài),并伴有滲水,圍巖存在遇水軟化現(xiàn)象[1]。
根據(jù)衛(wèi)星地圖及現(xiàn)場(chǎng)查看該主支交匯處地表為凌云水庫(kù)入庫(kù)3條沖溝交匯處。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)推斷該處為F103 斷層(N53°~70°E)邊緣段及該處沖溝底部不利切割交叉處。詳見(jiàn)圖1主支交匯處地形圖。
由于該處圍巖破碎,膠結(jié)差,同時(shí)伴有滲水。斷層帶為強(qiáng)風(fēng)化粉狀巖,個(gè)體粒徑小、相互間黏結(jié)差、巖質(zhì)軟穩(wěn)定性極差,不具備主支交匯條件。若重新選擇主支交匯地點(diǎn)必將影響施工進(jìn)度,為保證臺(tái)州引水工程施工順利進(jìn)行,在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位多次現(xiàn)場(chǎng)察勘后確定小導(dǎo)洞+加強(qiáng)支護(hù)等措施。為保證施工安全,利用超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行超前預(yù)固結(jié)施工。預(yù)先穩(wěn)定前方巖體,再進(jìn)行開(kāi)挖施工。
總體施工方案:采用導(dǎo)洞先行→導(dǎo)洞橫向拱架支護(hù)→導(dǎo)洞縱向拱架支護(hù)→割除橫向拱架拱腳→進(jìn)行主洞方向開(kāi)挖支護(hù)及相應(yīng)的超前支護(hù)相結(jié)合的思路。總體開(kāi)挖支護(hù)順序?yàn)椋核虑阿駞^(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅰ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅱ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅲ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→寺前Ⅱ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)。開(kāi)挖施工順序見(jiàn)圖1主支交匯處施工程序圖。
圖1 主支交匯處施工程序圖
寺前鄭施工支洞段目前已開(kāi)挖至樁號(hào)寺支0+635 m段,I16 拱架支護(hù)至0+632 m處,原設(shè)計(jì)施工思路為在寺支0+632 m處做為下游段轉(zhuǎn)彎起點(diǎn),寺支0+635 m處作為上游轉(zhuǎn)彎起點(diǎn)。由于地質(zhì)圍巖發(fā)生變化,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙自寺支0+627 m開(kāi)始進(jìn)行隧洞下游轉(zhuǎn)彎,相應(yīng)的支護(hù)拱架變?yōu)镮20 a且支護(hù)形式發(fā)生變化。
為保證主支交匯處能夠及時(shí)進(jìn)行施工,并保證施工安全。計(jì)劃自寺支0+627~寺支0+632 m處I16 工字鋼支護(hù)暫不處理。等到主支交匯處開(kāi)挖支護(hù)完成后再進(jìn)行該處擴(kuò)挖及鋼拱架支撐拆除更換施工。目前在寺支0+630 m處開(kāi)始按照設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)彎半徑及擴(kuò)挖尺寸進(jìn)行開(kāi)挖,并按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行支護(hù)施工。
寺前鄭施工支洞最后三榀I20 a加強(qiáng)鋼拱架,施工完成后,利用超前小導(dǎo)管灌漿進(jìn)行超前預(yù)固結(jié)。預(yù)固結(jié)完成后在水泥漿液與周圍巖石土體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行Ⅰ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)。主支交匯處開(kāi)挖支護(hù)見(jiàn)圖2 主支交匯處開(kāi)挖支護(hù)圖。
圖2 主支交匯處開(kāi)挖支護(hù)圖
Ⅰ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行輪廓尺寸控制,頂拱中心位置由5.2 m逐漸增加至6.2 m并于主洞內(nèi)側(cè)邊墻連接。兩側(cè)由頂拱中心逐漸降低至5.2 m高程,保證開(kāi)挖輪廓線平順。隧洞開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格控制單循環(huán)開(kāi)挖尺寸,采用預(yù)留核心土的開(kāi)挖方式,對(duì)于軟弱圍巖盡量采用挖機(jī)+破碎錘進(jìn)行開(kāi)挖;挖機(jī)開(kāi)挖困難地段采用小藥量短進(jìn)度(單循環(huán)進(jìn)度不大于0.5 m,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)應(yīng)進(jìn)一步縮短進(jìn)尺長(zhǎng)度),弱爆破的施工方式,減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù),支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)施工。依次開(kāi)挖支護(hù)至主洞邊墻處后,進(jìn)行下層I20 a鋼支撐支護(hù)施工間排距為0.75 m。下層鋼拱架為異形拱架,拱架左側(cè)與支腿連接,預(yù)測(cè)與寺前鄭施工支洞最后三榀加強(qiáng)鋼拱架的頂拱拱架相連接。連接采用20 mm厚的連接鋼板+等邊角鋼+高強(qiáng)螺栓連接。
Ⅱ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)分為上下游依次施工,禁止同時(shí)進(jìn)行上下游兩側(cè)拱架支腿進(jìn)行施工。首先進(jìn)行Ⅱ區(qū)上游施工,首先拆除上游上層鋼拱架支護(hù)的支腿,然后進(jìn)行主洞上游開(kāi)挖施工。隧洞開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格控制單循環(huán)開(kāi)挖尺寸,對(duì)于軟弱圍巖盡量采用挖機(jī)+破碎錘進(jìn)行開(kāi)挖;挖機(jī)開(kāi)挖困難地段采用小藥量短進(jìn)度(單循環(huán)開(kāi)挖尺寸不大于0.5 m,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)應(yīng)進(jìn)一步縮短進(jìn)尺長(zhǎng)度),弱爆破的施工方式,減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行支撐拱架安裝相應(yīng)的支護(hù),支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)施工。下層鋼拱架為異形拱架,拱架左側(cè)與支腿連接,預(yù)測(cè)與寺前鄭施工支洞最后三榀加強(qiáng)鋼拱架的頂拱拱架相連接。連接采用20 mm厚的連接鋼板+等邊角鋼+高強(qiáng)螺栓連接。主洞上游完成開(kāi)挖支護(hù)后進(jìn)行主洞下游開(kāi)挖支護(hù)施工[2]。
Ⅲ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)分為上下游依次施工,一側(cè)開(kāi)挖支護(hù)期間對(duì)另一側(cè)掌子面進(jìn)行噴20 cm混凝土后進(jìn)行封閉。開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺,對(duì)于軟弱圍巖盡量采用挖機(jī)+破碎錘進(jìn)行開(kāi)挖;挖機(jī)開(kāi)挖困難地段采用小藥量短進(jìn)度(單循環(huán)進(jìn)度不大于0.5 m,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)應(yīng)進(jìn)一步縮短進(jìn)尺長(zhǎng)度),弱爆破的施工方式,減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。開(kāi)挖完成后及時(shí)進(jìn)行支撐拱架安裝相應(yīng)的支護(hù),支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)施工。通過(guò)測(cè)量放線嚴(yán)格控制每榀拱架的位置及尺寸,拱架伴隨著轉(zhuǎn)彎逐榀確定加工拱架尺寸。單側(cè)開(kāi)挖完成后,再進(jìn)行另一次開(kāi)挖支護(hù)施工。
Ⅲ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)完成后,再進(jìn)行寺前Ⅱ區(qū)擴(kuò)挖施工。原支護(hù)鋼拱架利用破碎錘和人工氣割拆除,逐榀進(jìn)行,切割拆除后,按照設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎半徑尺寸進(jìn)行擴(kuò)挖,擴(kuò)挖到設(shè)計(jì)尺寸后立即進(jìn)行I20 a鋼拱架支護(hù)施工。并按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行錨噴支護(hù)。
設(shè)專職監(jiān)測(cè)人員在開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè),量測(cè)結(jié)果及時(shí)提交監(jiān)理。遇到圍巖變形較大時(shí),增加測(cè)讀頻次,及時(shí)通報(bào)監(jiān)理,并采取加固措施。
本處隧洞圍巖主要是Ⅴ類偏差圍巖,巖石性能較軟,裂隙密集發(fā)育,巖石強(qiáng)風(fēng)化,穩(wěn)定性差,給施工帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。施工中根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,采取預(yù)留核心土開(kāi)挖的方法同時(shí)加強(qiáng)超前支護(hù)推進(jìn)的方法,加強(qiáng)測(cè)量監(jiān)測(cè)的頻率。隧洞開(kāi)挖嚴(yán)格按“新奧法”工藝施工,開(kāi)挖鉆爆按照“強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng),快封閉,勤量測(cè)”的原則施工,開(kāi)挖支護(hù)順序?yàn)椋孩佟凇邸堋?/p>
(1)預(yù)留核心土開(kāi)挖
主支交匯處圍巖破碎,膠結(jié)差,同時(shí)伴有滲水。斷層帶為強(qiáng)風(fēng)化粉狀巖,個(gè)體粒徑小、相互間黏結(jié)差、巖質(zhì)軟穩(wěn)定性差。掌子面開(kāi)挖前首先頂拱部位進(jìn)行超前支護(hù)施工,結(jié)合該處圍巖地質(zhì)情況采用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)。超前支護(hù)完成后進(jìn)行周邊斷面開(kāi)挖施工,每個(gè)循環(huán)按照拱架間距控制0.6 m左右,以保證掌子面圍巖穩(wěn)定不坍塌。首先進(jìn)行掌子面上半部②區(qū)域開(kāi)挖頂部距離核心土頂部1.5 m左右,開(kāi)挖完成后利用核心土頂部作為施工平臺(tái)進(jìn)行拱頂部位工字鋼支護(hù)及噴錨支護(hù)。支護(hù)完成后在進(jìn)行兩側(cè)邊墻③施工,邊墻距離核心土邊緣1.0 m左右,以利于SY60 C小型挖機(jī)開(kāi)挖施工,開(kāi)挖一側(cè)完成后立即進(jìn)行工字鋼拱腳施工與頂拱工字鋼連接牢固,再進(jìn)行利用另一側(cè)拱腳施工,以保證工字鋼支撐形成穩(wěn)定的受力體系,防止邊墻及拱頂坍塌。頂拱及邊墻完成4~5個(gè)開(kāi)挖支護(hù)循環(huán)后,挖機(jī)的開(kāi)挖距離到達(dá)極限再進(jìn)行預(yù)留中間核心土④開(kāi)挖。
每個(gè)循環(huán)開(kāi)挖后需立即進(jìn)行初期支護(hù),做到“早封閉,強(qiáng)支護(hù)”。每個(gè)循環(huán)內(nèi)的開(kāi)挖區(qū)塊完成后立即進(jìn)行錨噴支護(hù),主要施工順序?yàn)椋撼鯂娀炷粒? cm)→鋼筋網(wǎng)施工→鋼支撐(I20 a)拱架施工→?25鎖腳錨桿施工→復(fù)噴混凝土(15 cm)→系統(tǒng)錨桿施工→EX29 N漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿施工。
圖3 預(yù)留核心土開(kāi)挖示意圖
(1)小導(dǎo)管制作規(guī)格
小導(dǎo)管制作安裝采用支護(hù)采用熱軋無(wú)縫鋼管制作,單根長(zhǎng)度為3.0 m,環(huán)向間隔距離40 cm,每排14 根小導(dǎo)管。縱向間隔距離為1.5 m。超前小導(dǎo)管與鋼支撐組合使用,兩排小導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度約為2 m。小導(dǎo)管前端利用小導(dǎo)管尖頭機(jī)將小導(dǎo)管加工成錐形,管身采用沖孔機(jī)鉆出注漿孔采用梅花型布置,孔徑Φ8 mm,孔間距15 cm;小導(dǎo)管尾部長(zhǎng)度外露噴錨面不小于100 cm,并焊接Φ8 mm的鋼筋作為加勁箍,作為不鉆孔的止?jié){段。
(2)施工工藝
①小導(dǎo)管鉆孔安裝
通過(guò)測(cè)量放樣在開(kāi)挖掌子面上標(biāo)記出小導(dǎo)管孔位,核心土頂部做為小導(dǎo)管鉆孔施工作業(yè)平臺(tái),鉆孔采用YT28 手風(fēng)鉆,13 m3螺桿式空壓機(jī)供風(fēng),鉆孔直徑比鋼管直徑大5 mm。鉆孔完成后,孔內(nèi)采用高壓風(fēng)或者高壓水進(jìn)行清洗,沖洗干凈孔內(nèi)鉆渣以保證孔深。在鋼支撐腹板中部切割出圓孔,孔徑比小導(dǎo)管直徑大于2 mm。小導(dǎo)管穿過(guò)鋼架,利用手風(fēng)鉆的沖擊力將小導(dǎo)管頂入孔內(nèi),鉆入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%,檢查管內(nèi)有無(wú)鉆渣或異物,如有則利用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出,安裝完成小導(dǎo)管后用塑膠泥封堵周圍裂隙和小導(dǎo)管孔口,小導(dǎo)管的外插角為10°~15°,避免與隧洞巖層面平行,并根據(jù)掌子面產(chǎn)狀實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整,但外插角不得小于10°。
②小導(dǎo)管注漿
小導(dǎo)管注漿前首先進(jìn)行壓水試驗(yàn),通過(guò)壓水試驗(yàn)及設(shè)備試運(yùn)行檢查機(jī)械設(shè)備、管路連接是否能夠正常工作,確保注漿過(guò)程中不出現(xiàn)因管路、設(shè)備原因造成的注漿暫停。小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液,有地下水出露的地方采用水泥、水玻璃雙漿注入。水泥漿液采用快速攪拌機(jī)制漿,將速凝劑與水同時(shí)加入水泥攪拌機(jī)內(nèi)攪拌,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比加水完成后繼續(xù)攪拌1 min,最后加入42.5 普通硅酸鹽水泥并攪拌3 min。小導(dǎo)管注漿壓力為0.5 MPa,注漿過(guò)程及時(shí)通過(guò)注漿壓力表進(jìn)行觀測(cè)將孔口最高壓力嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi),以防壓裂開(kāi)挖面,確定注漿壓力并選用合格的止?jié){塞滿足注漿壓力要求。小導(dǎo)管注漿采用定量注漿,注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)結(jié)束注漿。
漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿主要用于地質(zhì)條件較差的圍巖永久系統(tǒng)支護(hù)或超前預(yù)支護(hù)施工;在巖層水平層理,節(jié)理裂隙開(kāi)夾泥或地下水發(fā)育場(chǎng)合,可通過(guò)漲殼錨桿迅速形成支護(hù)力,通過(guò)施加足夠的預(yù)應(yīng)力來(lái)控制圍巖變形,保持其穩(wěn)定。
施工順序?yàn)椋哄^桿孔通氣檢查→風(fēng)鉆鉆孔→錨桿插桿→預(yù)緊桿體→安裝止?jié){塞、墊板、螺母→張拉→注漿。
采用YT-28 手風(fēng)鉆鉆孔,為使鉆孔平直并且鉆徑精確,使用Φ50 mm十字鉆頭鉆孔,鉆孔完成后需徹底清孔。然后將安裝有漲殼錨頭的桿體插入孔的底部。用專用工具用力預(yù)緊桿體,使?jié)q殼錨頭在錨孔中充分漲開(kāi),施加力量直到扭不動(dòng)為止。注漿,施加預(yù)應(yīng)力達(dá)到80 kN后,進(jìn)行注漿,保證注漿施工質(zhì)量是永久支護(hù)錨桿耐久性的關(guān)鍵。
寺前施工支洞與主洞交匯段長(zhǎng)度共為28 m,分為7 塊開(kāi)挖施工,施工過(guò)程中嚴(yán)格采取“進(jìn)尺短、爆破弱、支護(hù)強(qiáng)、封閉快”等開(kāi)挖支護(hù)理念進(jìn)行施工,取得了成功。
主支交匯段施工是支洞與主洞的重難點(diǎn),施工過(guò)程中須高度重視不良地質(zhì)條件下的隧洞主支交匯段的施工。要從思想上重視,貼合施工現(xiàn)場(chǎng)隧洞巖層產(chǎn)狀、風(fēng)化程度制定相應(yīng)的開(kāi)挖支護(hù)方案。精心組織,按照方案嚴(yán)格實(shí)施是確保施工安全順利實(shí)施的關(guān)鍵。