某引调水工程引水隧洞施工方案分析

赵 爽

(安徽三洲水利建设有限公司，安徽 宿州 234000)

1 引言

引调水工程建设可以改善水资源时空分布差异较大的问题，使得水资源较为匮乏区域得以获取水资源丰富区域的水资源，以改善用水短缺问题[1-2]。在引调水工程修建过程中，通常遇到需要修建引水隧洞的情况。通过引水隧洞的修建，可缩短输送水距离，有利于减少水资源的浪费，提高水资源利用效率[3-6]。但是，引水隧洞距离长，地质条件往往较为复杂，因此，提前制定施工方案，抓住施工要点是十分必要的[7-8]。结合具体引调水工程引水隧洞工程实例，对其隧洞施工方案进行分析。

2 工程概况

某引调水工程输水线路总长约为18.081 km，设计输水量为12 m3/s。隧洞全长4953.485 m，隧洞开挖断面均为平底圆形，开挖洞径4.7 m，开挖底宽3.5 m，衬后洞径3.9 m。由于部分区域岩土体较为破碎，为了减少地下水对工程施工的影响，需采取帷幕灌浆方式加以处理。隧洞前段约1.4 km埋深多在60 m～100 m，隧洞进口段和出口段埋深较小，分别为15 m～30 m和45 m。中段穿越仙台山主峰埋深较大，长约2.3 km的洞段埋深均大于200 m，最大埋深约430 m，隧洞后段长约1.3 km埋深多在75 m～105 m，其中过青阳水库下游冲沟埋深最小，约50 m，出口段从高速公路路基填土以下穿越高速路。

3 施工难点分析

由于引调水工程输水线路较长，部分区域岩土体较为破碎，中段穿越仙台山主峰埋深较大，出口段从高速公路路基填土以下穿越高速路，地质条件往往较为复杂，施工难度较大。为了保证隧洞工程施工质量和施工过程中的安全性，需要着重注意施工测量、爆破施工以及喷锚支护等重点工程。

4 施工方案对策

4.1 施工测量控制

施工测量中心桩及水准基点宜按照20 m～50 m间隔布设，钻孔前需按照设计图纸精准放样。施工导线是为了满足隧洞开挖施工中心线的放样需求而设置的导线，间隔20 m～50 m设置一处固定桩；复合导线是为了检查隧洞方向的准确性，需与施工导线闭合测量，边长在50 m～300 m为宜。

为了保证测量工作的顺利实施，应选取有丰富经验的工程师完成隧洞测量工作。测量应尽量选择无风、无烟尘、视线通透的条件下进行，测量进度需满足相关规范要求。

隧洞贯通后，组织多个测量人员进行测量，若有误差，需及时联系相关人员协商解决。

4.2 钻爆施工

为了保证施工进度，结合工程经验采取爆破法开挖。施工过程中，关键施工工艺为光面爆破。采用该方法旨在减少对围岩的扰动，保证引水隧洞的安全，以满足工期、质量要求。

(1)钻爆设计

Ⅱ、Ⅲ类围岩采用全断面光面爆破法开挖，Ⅳ～Ⅴ类围岩采用“短进尺、弱爆破，全断面开挖”的方法。炸药选取主要结合岩土强度参数、水文、地质条件特征确定。在地下水较为丰富的区域采取乳化炸药，其他区域采取2号岩石硝铵炸药。Ⅱ、Ⅲ类围岩爆破孔孔深2.0 m～2.3 m，Ⅳ～Ⅴ类围岩爆破孔孔深1.7 m。

(2)爆破作业

① 钻孔

钻孔的位置、数量以及其他相关参数要求需要严格按照设计要求进行测量、施工。周边眼、掏槽眼等重要的位置未经许可不得随意改变其位置、间距和数量。爆破钻孔施工时，孔位偏差需控制在5 cm之内，方向偏差不应超过3°。同一类型的炮眼深度需满足设计要求，清孔需要彻底，不得有积水、残渣等杂物残留，清孔验收合格后方可进行下一步操作。

② 装药爆破

成立专门的爆破小组，按要求装药，且严格控制药量、装药结构等影响爆破效果的参数。掏槽眼和辅助眼应连续装药，周边眼可采取间隔装药方法，装药完成后，用炮泥封堵炮眼，封堵长度应大于最小抵抗线。

4.3 帷幕灌浆施工

为方便灌浆施工，本工程帷幕灌浆拟采用自制可移动简易钻灌平台进行，随施工进程迁移。简易钻灌平台由Φ40 mm钢管制成，下设四个可推动的滚轴，工作层可根据布孔高度不同设置2～3层，层高约1.8 m。要求简易钻灌平台应稳固可靠，适用方便。

引水隧洞主要穿越基岩段，宜采用从上而下分段灌浆的方式进行帷幕灌浆施工。根据设计方案，灌浆压力采用6.5 MPa，第一段灌浆采用孔口阻塞法，其他段采用孔内循环灌浆法。

灌浆浆液的浓度对灌浆质量有较大的影响。灌浆开端水灰比可采用5∶1。之后逐渐采用3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等水灰比浆液。除第一段帷幕灌浆施工外，其它段需要在短时间内达到设计压力值，当无法快速达到压力时，需及时查明原因并采取相关措施。当灌浆压力不变，注入率不断减少或者注入率不变，注浆压力不断增大时，则不可改变浆液水灰比。当某一级浆液注入量超过300 L或者时间超过1 h的情况下，灌浆压力和注入率几乎无变化时，则需要提高浆液浓度，采用浓度更大的浆液。在施工过程中，压力、注入率突然出现较为明显的变化时，则需要查明原因，及时处理。

4.4 不良地质地段施工

为了保证隧洞施工稳定性，在不良地质段需采取先防护后开挖、加强支护和监测等手段，以保证施工的安全。

a.先防护后施工

由于水对隧洞开挖稳定性影响较大，需首先做好坡面排水系统，减少洞口、洞顶明挖长度，施工过程中需加强洞口坡积层的防护措施。

b.稳扎稳打

在不良地质段隧洞掘进时，不应盲目求快，需保证隧洞安全，采取短台阶法施工，保证隧洞不塌方。

c.综合支护

针对断层、破碎带区域需做好超前地质预报，采用锚杆、网喷等多种措施加强支护。

d.加强围岩的监控量测

施工过程中加强变形、应力等观测，实时反馈信息，做好动态施工。

4.5 安全支护措施施工

考虑到隧洞工程地质情况，采取以下2种类型锚喷支护：素喷混凝土、挂网喷射混凝土；锚杆采用长为2.0 m的Φ22钢筋。

(1)施工方法

采用锚喷支护可充分利用围岩的自稳能力，锚杆孔需根据设计要求进行成孔作业，注浆砂浆应能满足设计强度要求。

(2)工艺流程

边墙锚杆、顶拱锚杆施工工序见图1。

(a)边墙锚杆

(b)顶拱锚杆

(3)施工质量要求

工程施工质量对喷锚支护质量有较大的影响，除施工工艺外，材料质量也对最终的质量有较大影响。

1)锚杆长度应超过孔深6 cm～10 cm，锚杆长度误差不应超过±1 cm。锚杆使用时，需保证无油污、铁锈等杂质，锚杆应平直无破损。

2)锚杆孔深误差不应超过±1 cm；孔位偏差不超过±10 cm。

3)水泥砂子宜选用中细砂，粒径不超过2.5 mm。

4)水泥砂浆强度应满足设计要求，不可采用对锚杆有腐蚀性的外加剂。

5 结论

引调水工程引水隧洞施工距离长，地质条件复杂，施工难度大。为了保证隧洞工程施工质量和施工过程中的安全性，需要着重注意施工测量、爆破施工以及喷锚支护等重点工程。测量工程需贯穿施工全过程，爆破施工需关注爆破孔施工及装药量等内容，喷锚支护需严格按照施工方案和施工工序进行。在隧洞施工中需加强安全、质量管理、监督工作以保证最终的施工质量。