某中型水库导流引水隧洞施工技术

摘　要： 导流引水隧洞的施工是整个工程施工的关健，中小型水利工程的导流隧洞断面一般较小，施工机具以小型为主，常常采用全断面开挖方式施工。由于价格较低，外部施工条件也较差，对于不良地质地段的尤其是IV～V类围岩洞挖投入往往不足，极易造成跨口、冒顶等事故，造成工期拖延和费用的增加，对项目造成不利影响，因此，在不同的地质条件下，选择正确的施工方法是工程成功的必要条件，本文从该工程导流引水隧洞的锁口、开挖、支护等三个方面探讨隧洞施工中的技术问题,供同行参考。

关键词：水库；　隧洞施工；　超前小导管；　开挖；　支护
一、概述
　　导流兼放空引水隧洞总长489m，进水口采用塔岸式，隧洞为圆形断面，开挖断面直径3.8m,开挖面积为11.34m2，成型洞径3.0m，衬砌厚度40cm，采用C30砼衬砌。
二、隧洞边坡开挖和支护
　　导流洞进出口边坡采用CAT320型反铲挖掘机从开挖边坡坡顶自上而下分层开挖，人工开挖边坡顶部的山坡截水沟，再按施工图所设计的开挖边坡比进行开挖，土方及全风化层直接采用反铲挖掘机挖掘，翻渣至出渣平台，开挖出的土渣除部分用于出渣平台和临时便道填筑外，其余全部用CAT320型反铲挖掘机装渣、20t自卸车运渣至弃渣场。覆盖层的土方边坡经挖掘机开挖后，预留了20cm人工修整。 石方开挖钻孔采用YT28型手风钻，1台CAT320反铲挖掘机挖装，20t自卸车装运，按浅孔梯段采用自上而下分层和分段的开挖方式，边坡采用预裂和光面爆破，另外开挖至进出口洞脸位置时，为防止洞脸位置岩体爆破震动破坏，严格控制爆破药量，采用毫秒微差控制爆破。为确保边坡稳定，边坡支护采用了挂Φ8的钢筋网，Φ25L=3.0m的锚杆，进出口喷15cm厚的混凝土进行封闭支护，排水孔采用Φ50PVC管，孔深3.0m。
三 挂口施工方案
　　隧洞进口为强风化带，节理裂隙发育，层面交错，风化严重，呈压碎状态，围岩自稳能力差，成型困难，属V类围岩；出口段处于弱风化下部，上部覆盖岩层较薄（最薄处约4m），出露岩层破碎，自稳性较差，为IV类围岩。为确保隧洞出口安全、可靠、顺利进洞，遵循“洞外支挡、洞内管超前、严注浆、短开挖、不（弱）爆破、强支护、快封闭”的原则，洞外部分先做重力挡墙+钢筋砼盖板+双层锁口小导管，洞内部分采用超前小导管+钢拱架支护＋喷浆支护方式施工。
　　1 洞外支护处理措施
　　（1）洞口明挖推进至预定挂口位置后，立即在挂口处两侧浇筑砼挡墙，以保证山体的稳定，挡墙底宽2m，高度4m（略高于设计开挖洞顶高程），挡墙内设置φ25锚杆，进口段锚杆长6m、出口段4m，锚杆间距1m，使挡墙与基础和山体连为一体。挡墙挂口处设Ⅰ20b工字钢拱架，间距0.5m，采用φ25钢筋连接，间距1.0m，并且与洞顶锁梁的工字钢连接成整体。在砼挡墙施工时，同时进行两侧及洞顶山体坡面挂网锚喷支护施工。按设计要求，护坡采用φ25砂浆锚杆对坡面岩体进行加固，锚杆长度6m，间排距2m，梅花形布置，喷C20砼厚10cm，分两次进行，挂网钢筋采用φ6.5圆钢，20×20cm网格。
　　（2）砼挡墙完成后，以砼挡墙内的预埋工字钢（5根）为支撑点，布设双层锁口小导管，小导管采用L=5.0m，φ50钢管制作，外插角分别为5°和45°，纵向间距为0.5m，呈梅花状布置，钢管前端做成尖圆锥状，尾部焊上箍筋。
　　（3）小导管完成灌浆后，停滞1天左右时间，随即进行洞口锁梁（钢筋砼盖板）的施工，梁底埋设5根20b工字钢（锁梁底部宽度2m），并与挡墙的工字钢相连接。进口段由于周边山体较陡，在锁口以上顺山体继续浇筑2层共4m高砼挡土墙，以保证山体的稳定。
　　2 超前小导管施工
　　隧洞开挖过程中破碎松散岩体较多，且有较多地下渗水，岩层泥化较快，必须对围岩进行固化处理。本项目采用注浆超前小导管方式施工，利用小导管向松散围岩注入掺有速凝剂的水泥浆，使松散破碎体快速胶结、固化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和自稳时间，以便进行开挖支护施工。
　　小导管采用φ50mm小钢管加工，一端加工成锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间每隔15cm按梅花型开一个0.5cm直径的小孔，作为注浆孔。
　
图一　小导管结构示意图
　　在进行小导管施工前，应先在掌子面上喷3～5cm厚砼封闭掌子面作为止浆墙，同时，准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差控制在允许范围内。
　　灌注浆液时，按照由清变浓进行，一般按3个比级（2：1、1.5：1和1：1水灰比）变换浆液浓度即可满足要求。浆液中宜掺3～5％的水玻璃或其它速凝剂，以缩短浆液的胶化固结时间，控制浆液的扩散范围。灌浆压力采用0.3Mpa～0.5Mpa，灌浆结束时的压力为0.5Mpa。注浆时，相邻孔眼宜隔孔灌注，尽量不要连续注浆，以保证固结效果，又达到控制注浆量的目的。
四、洞身开挖
　　隧洞洞身开挖采取进出口双向掘进，采取光面爆破，隧洞采用全段面开挖，手风钻钻孔，人工装药，周边光面爆破。出渣分两次进行。第一次爆破出来的洞渣部分用于垫路，其余的采用蟹抓式扒渣机扒渣，4.5T自卸车运输至弃渣场。第二次为隧洞全线贯通后对下半洞垫路废渣清理干净后，经隐蔽工程验收合格后再进行永久衬砌，正常施工每一开挖循环进尺2.0m，1天4个循环。根据开挖中不断揭露的地质情况，对洞内IV、V类围岩进行临时支护，确保隧洞施工期间稳定、安全。
　　1、洞挖施工程序及方法
　　1）Ⅲ类围岩掘进程序
　　测量放样→钻孔→装药连线起爆→排烟→排险→出渣→掌子面清底→下一掘进循环。
　　2）Ⅳ类围岩常规段掘进程序
　　测量放样→钻孔→装药连线起爆→排烟→排险→锚杆挂网喷砼支护→出渣→掌子面清底→下一掘进循环，
　　
　　
　　
　　

图二  导流兼放空引水隧洞石方洞挖施工方法示意图
　　①　测量放样。采用全站仪进行布控、量距及定向，在进行施钻前，均对开挖边线进行放样，对炮孔布置并作出孔位标记。
　　②　造孔。利用YT-28气腿支架式风钻配简易操作平台（或者用汽车作为操作平台）进行湿式造孔，同时打4把钻，周边孔造孔时先根据轴线方向进行顶拱中心周边孔造孔，然后在该孔内插入标准杆，其它周边孔平行该孔方向依次向两边展开。周边孔开孔孔位距设计周边线5～6cm，炮孔方向向周边呈3°外插，孔深2.8m，这样在炮孔底部形成超出设计边线6～8cm，爆破 后将孔口段进行适当修整达到设计开挖断面。对施钻人员进行分工定位，以保证造孔质量。
　　③　装药连线起爆。造孔完毕后，用高压风进行洗孔，清除孔内石粉和掉渣，使炮孔畅通以便装药。洗孔完毕后立即进行装药连线，装药时同一延时的炮孔由一个爆破员作业，以免产生连线错乱。周边孔装药采用不偶合装药结构，导爆索引爆，掏槽孔和崩落孔采用连续装药，装药完毕后再进行孔口封堵。起爆顺序依次为：掏槽孔→崩落孔→周边孔。。
1、掏槽孔 2、崩落孔  3、周边光爆破
图三  炮孔布置示意图
　　④　排烟。起爆后，爆破员确认爆破结束后立即通知通风排烟，采用压入式通风进行排烟。压入式通风机布置在距洞出口10～15m范围，风袋接至距开挖工作面20～30m，随隧洞掘进逐步推进。
　　⑤　排险。炮烟排出后，爆破安全员应立即到爆破工作面进行检查排险，确认无安全隐患后下一工序作业人员、机械才能进入工作面。
　　⑥　出渣。采用蟹抓式扒渣机，人工辅助配合，4.5T自卸车运输，弃渣运至弃渣场堆放。
　　⑦　掌子面清底。出渣完毕后，对掌子面进行清理
五、洞挖支护
　　周边围岩支护方式可根据岩石完整性、渗水情况选择采用喷浆支护或挂网喷浆支护的方式。围岩较完整、自稳性较好的II～III类围岩采用喷浆支护即可；混凝土的喷射厚度为5cm厚，对于局部存在的破碎带根据现场实际情况采用Φ25mm，L＝3m随机锚杆支护。
　　对于IV类围岩采用网喷与钢支撑相结合的方式进行支护。洞内采用Φ25mmL＝3.0m间排距为2m梅花形布置系统锚杆加Φ6.5钢筋网支护，喷混凝土厚度为10cm；施工时首先喷3cm混凝土封闭岩面防止掉块，然后再进行其它相关工序。当存在的软弱、破碎围岩时，采取间距为0.5m型钢拱架加强支护；施工时首先在顶拱范围内采取Φ25mmL＝4.5m间距为0.5m超前锚杆支护，锚杆仰角为22°～ 25°，钢支撑顶拱与超前锚杆相连，两侧与系统锚杆连接，纵向采用Φ25间距0.9m连接筋。进洞时，在完成坡面支护和锁口锚杆后，进洞前先安装一榀钢拱架，钢拱架紧贴岩面，用锚杆固定，在钢拱架拱部外缘制安超前锚杆，在钢支撑和超前锚杆的支护下，实施进洞爆破开挖。锚杆类型为全长黏结性普通水泥砂浆锚杆。
　　对于～V类围岩、渗水又较多的部位，采用的主要支护措施为钢拱架支撑为主，根据岩层出露和渗水情况在掌子面顶拱150°范围采用超前锚杆支撑或φ50mm小导管进行超前固结灌浆，小导管根长4m左右，间距为0.5m，导管外插角5°～10°，每设置一排小导管，洞挖及支护跟进3m，然后再打下一排小导管后才能继续进行隧洞开挖施工。钢拱架采用20b工字钢制作，每榀拱架设φ25锁脚锚杆4根，长度3.0m，拱架间采用采用φ25钢筋连接，间距0.5m～1.0m；钢筋网片采用φ6圆钢按15cm×15cm网格加工成约100cm×200cm等不同规格的网片；挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设，与受喷面间留3cm作为保护层，网片与系统锚杆焊接牢固，确保喷射砼时位移。
　　洞内超前小导管注浆导管布置在顶拱150°范围内注浆，采用水灰比为1：1和0.5：1两个比级的浆液进行灌注，注浆压力控制在0.5Mpa左右即可
　　六，结束语
　　（1）当洞口覆盖厚度较小时，应采取“短进尺、强支护、少药量”的施工方法，挂口的锁口措施是否得力，是隧洞能否顺利挂口的关键；
　　（2）加强地质监测，为选择支护措施提供科学依据，根据隧洞实际的地质情况，可以采用不同的强支护方法，如上述的“小导管管棚”、“锚杆结合挂网”等；
　　（3）超前小管棚注浆预支护，可以大量减少拱部围岩的掉块，保证了施工安全、质量和进度。
　　（4）锚杆的直径、间距、深度应根据地质条件进行调整，必须确保锚杆的质量，为了加快施工进度，建议采用锚固剂锚固；
参考文献：
［1］吴海珊，不良地质条件下隧洞施工锁口的几种方法《长江工程职业技术学院学报》 2009年01期
［2］刘殿中.工程爆破实用手册[ M] .北京:冶金工业出版社，1999。