东山供水工程某输水隧洞主支洞交叉段施工

2020-10-24

山西水利科技 2020年3期

（山西省东山供水工程建设管理局山西太原030024）

1 工程概况

山西省晋中东山供水工程输水线路某隧洞为无压输水隧洞，断面形式为城门洞型（净宽2.5 m，净高2.96 m），洞段长约4.938 km，施工布置1 条支洞（长度为311.14 m），工期1 158 d（约38.6月），采用全断面钢筋混凝土衬砌。

2 水文地质条件

工程所在区域属温带大陆性季风气候，四季变化明显，雨热同季，其特点是冬季漫长（5 个月）、寒冷、多降雪、最大冻土深度92 cm。

支洞支0+022～支0+000 段以及主洞SBE26+905.234～SBE26+855.234 段为支洞与主洞交叉段范围，设计围岩地质为：支洞支0+022～支0+000 段洞身围岩为三叠系下统和尚沟组紫红、砖红色泥岩，砂质泥岩夹薄层细粒长石砂岩，围岩类别为V 类围岩；主洞SBE26+905.234～SBE26+855.234 段隧洞通过底层为三叠系下统和尚沟组紫红色泥岩夹浅红色-灰红色薄层中细粒砂岩。层状结构，块状构造。泥岩岩性较软，砂岩岩性坚硬。隧洞围岩为二叠系中统和尚沟组泥岩，该段岩层为单斜岩层，岩层产状N10°～15°E 和N W∠5°～17°。岩体中主要发育N40°～45°E 和N 35°～40°W 两组高倾角节理裂隙，围岩类别为V 类围岩。

3 施工总部署

由于工程工期紧，且工程所在地冬季漫长（5 个月），寒冷、多降雪，冬季施工洞外骨料拌和质量保证难度大、费用高。故将主支洞交叉段由原设计“人”字型变更为“T”字型设计（具体主支洞交叉段开挖支护形式变更此处不做详细比对）。

根据安全适用的基本原则，交叉口支洞设置18 m阔挖段，主洞设置40 m 阔挖段，以满足平板车运输，洞内车辆停放、修理，高压进洞，通风机布置，洞内骨料拌和等需要。交叉口（abcd）采用门架挑顶施工方案，采用全断面法开挖施工（根据实际围岩地质情况可更改为上下两台阶法开挖施工）。具体平面布置如图1所示。

图1 主支洞交叉段平面布置图

4 开挖、支护与施工

4.1 开挖支护流程

①测量放线→②设置超前小导管→③爆破→④设置钢拱架→⑤锚杆支护及挂网喷护。

4.1.1 超前注浆小导管

超前小导管采用Φ42 无缝钢管制作，长度3.5 m，导管前端制作为10 cm 的圆锥状，导管末端设置Φ6钢筋加固环，距离导管末端20 cm 处向导管前端开注浆孔，孔距15 cm，梅花布置。超前小导管沿拱顶全弧段开挖轮廓线布置，间距40 cm，外插角度控制在3°～5°，导管搭接长度不小于1 m，外露部分与钢拱架焊接连接。注浆材料采用纯水泥浆液，注浆参数视围岩揭露情况现场试验确定。

4.1.2 爆破

根据围岩地质情况（V 类）采用光面爆破设计；掏槽采用楔形孔掏槽；周边孔采用Φ25 药卷间隔装药；爆破网络采用非电毫秒塑料导爆管雷管连接，电雷管起爆；爆破循环进尺控制在1 m～1.2 m。

爆破流程：爆破准备→测量放线→钻孔→清孔→炮孔检查→装药→爆破网络连接与检查→起爆→通风排烟与排险→爆渣清理。

从开挖断面中心按照开挖轮廓线型式向外间隔70 cm 辐射依次布置掏槽孔、崩落孔（辅助孔）与周边孔（拱顶孔、边墙孔、地板孔），钻孔深度为1.2 m，孔径为42 mm。掏槽孔孔距为62 cm，掏槽角度控制在65°～70°；崩落孔（辅助孔）孔距为80 cm，钻孔方向垂直于开挖断面；周边孔孔距为50 cm，拱顶孔及边墙孔眼底稍向轮廓线外偏斜10～15 cm，底板孔孔口高出地板10～15 cm，孔底向下倾斜且低于地板标高15～20 cm。具体爆破参数如表1所示。

4.1.3 设置钢拱架

钢拱架采用18#普通工字钢制作，并设置底梁，形成封闭钢拱架。每榀支护间距按1 m 进行控制，视实际围岩情况钢拱架支护间距可适当减小或增大。钢拱架之间在顶拱及侧墙均匀布置Φ25 联系筋，必要时顶拱联系筋可采用12#工字钢代替。

表1 围岩爆破设计参数表

4.1.4 锚杆支护及挂网喷护

顶拱120°范围内，设置Φ25 钢筋砂浆锚杆，若塌孔严重可用自进式锚杆替代。锚杆间排距1 m，角度与水平夹角不小于70°，锚杆末端与Φ8@150 mm 钢筋网焊接，网片搭接长度不小于3 cm。挂网完毕后喷射15 cm 厚C20 素混凝土进行封闭。若围岩渗水严重设置Φ42 注浆超前小导管作为渗水通道，后期兼做封堵灌浆管使用。

4.2 主支洞交叉段施工流程

①支洞施工至支0+024 桩号后，进行支洞阔挖段锁口施工（开挖及支护参数按A-A 断面开挖支护施工）→②锁口段施工至支0+022 桩号后，向进洞方向左侧单侧开始阔挖（开挖及支护参数按B-B 断面开挖支护施工）→③按照B-B 断面施工至0+000 桩号后抵达主洞，主支洞交叉段abcd 由ab 面向cd 面施工（开挖及支护参数按D-D 断面开挖支护施工）→④按照D-D 断面施工完成交叉段abcd 施工后，由ad 面和bc 面分别向主洞下游扩挖和主洞上游扩挖（ab 面和bc 面钢拱架支护形式由D-D 断面支护形式变换为C-C 断面支护形式）→⑤按照C-C 断面施工至桩号SBE26+905.234 和SBE26+865.234 后进入主洞按原设计支护支护参数开挖支护施工。具体开挖支护参数如图2、图3、图4、图5所示。