引水隧道施工难点及应对措施分析

2015-10-31崔建强

建材与装饰 2015年15期

关键词：土洞支洞隧洞

崔建强

（中铁二十五局集团第五工程有限公司山东青岛　266100）

引水隧道施工难点及应对措施分析

崔建强

（中铁二十五局集团第五工程有限公司山东青岛266100）

本文结合具体的工程实例对引水隧道施工难点以及应对措施进行分析，并对施工重难点项目施工过程中需要注意的事项进行简要概述，为其他类似工程提供一定的借鉴。

引水隧道；施工；难点；应对措施

引言

山西中部引黄工程施工12标，位于吕梁市方山县境内，跨2个乡镇，包含3号主洞（桩号：138+547.30～149+735.10）和4个支洞主洞长11187.80m，4个支洞长3271.42m，全长约14.46km。主洞围岩以Ⅳ级、Ⅴ级为主，部分为Ⅲ级围岩；Ⅳ级长6166.6m约占55.12%，Ⅴ级长3956.09m，约占35.36%，Ⅲ级长1065.11m，约占9.52%。本文结合该工程的具体情况进行分析。

1　工程概况及主要工程量

山西中部引黄工程全线采用矿山法开挖，支护采用初期支护加二次钢筋混凝土衬砌，开挖断面全部为城门洞形。断面净宽3.8m，净高4.9m。支洞均由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩及土洞段组成，主要为Ⅲ级、Ⅴ级围岩，部分为Ⅳ级围岩，进口段为土洞。断面净宽3.65m，交叉段断面净宽2.5m，断面净高3.2m，断面为城门洞形。主要工程量有土石方开挖约为32万方；喷射混凝土20098方；钢筋9200t；钢拱架579t；钢筋混凝土衬砌79281方。初期支护喷混凝土厚度：Ⅲ级厚8cm、Ⅳ级围岩厚10cm、Ⅴ级围岩厚12cm，二衬厚度：Ⅲ级厚30cm、Ⅳ级围岩厚35cm、Ⅴ级围岩厚40cm。

2　施工重难点

2.1工程重点分析及主要对策

（1）本工程主要工程项目包括土方暗挖、石方暗挖、锚喷支护、回填灌浆、混凝土衬砌及隧洞施工监测等，工程量较大、施工线路较长是本工程的综合特点，因此，确保各项工程质量，是本工程的重点。应对措施：为保证计划工期的实现，合理安排总体施工工序和各期施工，优化施工工序衔接。施工时，土石方开挖、混凝土浇筑有机结合，流水施工，保证合同工期的实现。优化施工方案，简化施工现场布置，保证施工快速进行。

（2）本标段工程岩性多为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩，岩层间还存在层间水，且隧洞开挖时有遇到溶洞的可能，因此如何保证施工安全是本项目一大重点。应对措施：针对隧洞开挖质量要求高的特点，洞身开挖采用光面爆破法施工，人工钻孔、非电毫秒雷管起爆，光面爆破质量按“一标准、二要求、三控制、四保证”方法组织隧洞爆破施工。严格遵守“管超前、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的隧洞施工原则。施工中加强地质超前预报及围岩量测，采取超前钻探孔探明地质，分析围岩类别，确定开挖方法，调整各项技术指标，确定支护型式。该工程开挖施工工艺流程如图1所示。

图1　全断面开挖施工工艺框图

（3）本工程所设的4座施工支洞均为斜洞，且坡度大、施工支洞长度较长（最长段929.85m），其中人员出入、材料、石渣、混凝土拉运均需通过斜洞进出，因此如何保证斜洞施工安全以及随洞开挖过程中人员和设备的通行安全是本项目的一大重点。应对措施：针对本工程人员出入、材料、石渣、混凝土拉运均需通过斜洞进出，严格执行斜洞行车不行人、行人不行车的制度；加强钢丝绳的检查和维护，以防止断绳跑车事故的发生；相关人员要经过安全技术培训、考试合格后才能上岗；斜洞内安装信号装置；乘车人员要遵守乘车管理制度，服从司机和安全员的指挥，不得拥挤、超载。

2.2工程难点分析及主要对策

（1）本工程隧洞开挖断面较小，单头掘进长度较长（单头掘进长度最长2074.8m），因此施工中通风及出渣问题是本工程的一大难点。应对措施：针对本工程隧洞开挖面较小，单头掘进长度较长、坡度陡的特点，支洞出渣拟采用WZL-120型挖掘装载机开挖，装入矿车内，由设置在洞口的绞车牵引到洞外，卸到洞口设置的转渣场堆放。用装载机装车，自卸车将弃渣运往指定渣场。主洞出渣拟采用WZL-120型挖掘装载机开挖，并装入矿斗车内，平洞段采用自卸车运输到支洞交叉段；再利用设在支洞口外的绞车牵引矿车出洞，卸到洞口的转渣场，用装载机装车，自卸车将弃渣运往指定渣场。本工程通风计划采用压入式通风，风机功率2×55kW，配直径1100mm软质通风管，风管口至工作面30m。

（2）本标段施工线路长（含支洞）约14.46km，在有效的施工工期内如何合理利用和安排施工工作面，科学有效地组织施工是本工程的关键；洞身开挖、支护和混凝土衬砌是本工程的施工重点。应对措施：针对隧洞有可能遇到岩溶地段的情况，在开挖过程中采用超前地质预测和预报手段确定注浆地段，通过超前预注浆、后注浆、局部注浆等方式封闭加固岩溶地段，提高岩体的完整性。同时对岩溶水处理坚持“宜疏不宜堵”的原则，并采取截、堵、排、防综合治理措施，在施工中为防止岩溶水突然袭击，可采取超前钻孔探测的措施，预备足够的抽水设备，以保施工安全。

3　引水隧道难点项目施工注意事项

3.1隧洞的开挖

本标段工程位于总干3#洞（桩号：138+547.30～149+735.10）段主洞约11.2km及33#～36#支洞的土石方洞挖施工。主洞段采用城门洞型，隧洞净宽3.8m，净高4.9m，直墙段高3.0m，顶拱中心角180°，半径1m，支洞井身段均为城门洞型，净宽3.65m，净高3.2m，交叉段净宽2.5m，净高3.2m。

施工支洞进口洞脸设计为城门洞形，采用M7.5浆砌片石砌筑，开挖后坡面挂φ8@200mm钢筋网，喷80mm厚C20混凝土，并设φ20随机锚杆。施工支洞进洞施工前必须完善洞顶排水系统，施工时必须采用先支后挖的方法，沿外轮廓线施作φ20随机锚杆挂网喷护进行加固，然后采用钻爆法（岩洞）或直接开挖（土洞）。钻爆施工在正式开挖前先进行试验，以取得钻爆的有关参数和炮眼布置及装药量等参数。石方采用风动凿岩机打眼，松动爆破的方法开挖，挖掘机装渣，自卸汽车外运弃碴。土洞则直接挖掘机进行开挖。

3.1.1洞口施工程序

①自上而下开挖隧洞进口，洞顶仰坡为1：0.5（土洞1：0.75），开挖洞顶截水沟及两侧排水沟，截水沟距开挖线不小于1m，截水沟、排水沟为倒梯形，上宽1200mm，底宽600，高600mm，内部尺寸600mm×300mm，采用M7.5浆砌片石进行砌筑，排水沟与原冲沟联通（预埋涵管的位置和涵管相连），形成完整的排水系统。②从上至下进行坡面防护。③开挖仰坡脚时从上至下进行坡面防护。开挖仰坡脚时要保留核心，先从两侧挖起，宽度不超过1m。④在洞口以1m间距支立两排型钢支撑，其纵向放样钢筋做成稳固框架。⑤在洞外支撑顶部堆放土袋，在其防护下进行洞身开挖。⑥开挖洞口范围下半断面土方。

3.1.2异常情况处理

开挖过程中，施工人员要随时注意观察土质变化及边坡稳定情况，出现异常情况，立即报告。开挖过程中如遇滑坡迹象，应立即暂停施工，报告业主并主动采取应急措施，在转移工人的同时，将滑坡现场进行封锁；测量人员根据滑坡迹象设置观测点，以便观测坡体平面及竖向位移，为应急措施提供重要的原始资料。

3.2土洞开挖

支洞洞口土洞段，采用小型挖机装自卸汽车，边开挖边装自卸汽车运输渣料，开挖进尺达到1m后，人工进行修边处理并及时进行钢支撑支护及挂网，安装完成后，进行喷射混凝土施工。开挖一定距离后采用WZL-120挖掘装载机开挖，周边轮廓线部分采用人工风镐开挖，十字镐、铁锹配合修整成型，及时进行钢支撑支护及挂网、喷射混土。施工过程中遵循确保安全、短进尺、快封闭、强支护、及时衬砌的原则，并指定专人做好地表沉陷、顶拱下沉、周边位移等施工监控工作。开挖后的洞壁要求平整，不允许出现过大的起伏差，不允许欠挖。严格施工用水管理，未衬砌段不允许积水，也不允许出现大面积人为水湿。

3.3洞身爆破设计及试验

为在石方洞挖中能按合理的爆破参数进行施工，提高开挖质量，在石方洞挖前，应进行专门的钻孔爆破设计和试验。爆破设计内容包括掏槽方式、炮眼布置、装药量和装药结构以及堵塞方式、起爆方法和顺序等，该工程炮眼布置如图2所示。在爆破试验前，首先应按爆破设计初选各爆破参数，而后在现场进行生产性爆破试验，通过爆破试验，为施工选定合理的爆破参数。本工程将洞身开挖起始端作为试验段，通过爆破试验逐步调整爆破参数，以达到良好的爆破效果。

图2　炮孔布置示意图

3.4锚杆支护

锚杆根据围岩开挖的实际情况，结合设计图纸和施工规范要求确定孔位、孔深和倾角。如岩层情况变化，需调整孔位、孔深和间距时，及时报监理工程师同意后方可执行。利用锚杆钻机钻孔，锚杆孔位与岩面垂直，与设计孔位偏差不大于100mm，钻孔偏差不大于±50mm。钻孔后用高压风清除孔内石屑，然后安装锚杆，插入长度不小于设计长度的95%。成孔后用高压风清孔后，先将内径4～5mm，壁厚1～1.5mm的软塑料排气管同锚杆一起送入钻孔至孔底，并在孔外留0.5m左右的富余长度，然后将注浆管固定在孔口位置，并将锚杆孔口堵塞，确认排气管畅通后，采用双管排气法注浆，直到排管气不排气或溢出稀浆时停止，拔出排气管，待砂浆达到强度后安装垫板拧紧螺帽。