水库隧洞施工期的监测及施工技术

2023-04-05饶云强

大科技 2023年11期

关键词：导洞隧洞围岩

饶云强

（曲靖灌区管理局，云南曲靖 655000）

0 引言

在水利工程建设中，各种施工工艺和监测方法已成为提高工程建设速度、保证工程质量的重要环节。但是，由于各种原因，目前很多工程在实际操作中还没有掌握有关技术要点，导致一些工程面临停工[1]。

1 工程概况

车马碧水库位于金沙江水系牛栏江一级支流马龙河干流下游，坝址位于马龙县西北部的马过河镇车马碧村附近，坝址以上径流面积约595km2，水库总库容12449×104m3。工程由水库枢纽工程和输水工程组成，水库枢纽工程主要建筑物有大坝、溢洪道和泄洪放空隧洞；输水工程为一条隧洞，长29.623km，设计输水流量5.4m3/s。水库枢纽工程主要建筑物由拦河坝、泄洪放空隧洞（兼导流隧洞）、溢洪道组成，工程等别为Ⅱ等，规模为大（二）型。主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪放空隧洞（兼导流隧洞）为2 级建筑物。输水工程主要由一条长输水隧洞组成，总长29.623km，为3 级建筑物。

2 隧洞施工期的监测

2.1 地质和初期支护状态观测

在每一次爆破和初期支护后，进行地质和早期支护状况的监测，由施工技术人员联合监理工程师、地质工作者，对基坑的地质状况和初期支护状况进行定性评估，并在现场确定：①随机支护和随机支护的类型和参数；②确定系统支撑的工作时间；③是否有必要进行超前支护和预支护的形式和参数；④对支护区的加固支护情况进行分析。

隧洞洞身段全断面开挖以YT28 风钻凿岩机打眼全断面光面爆破，根据围岩类别的稳定情况确定进尺，以确保隧洞成形。遇到地质不良情况“钢支撑、喷、锚支护”及时跟进，一般洞段边进边喷锚支护，围岩较差而不稳定地段，采取出碴前喷顶和上部封闭围岩，后面锚喷以加强支护，上述方法可单独使用也可联合使用[2]。

2.2 地质超前预报

地质超前预测主要是由地质速写来完成，对一些存在问题的破裂区也可以进行超前探查，以了解其变化。地质草图是由专业的地质工作者绘制的，在绘制完后，要及时向技术主管汇报，并对其进行设计。

地质草图应当包含下列内容：①岩石名称、结构、颜色；②层理、片理、节理、断层等软弱面的形状、宽度、延伸情况、连续性、间距等；③岩脉的穿透性、岩体与围岩的接触、软度、断裂程度；④风化程度、特征、抗风化能力；⑤地下水类型、暴露位置、水量大小；⑥岩体内鼓、弯折、变形、岩爆、崩塌的位置、规模、数量及分布；⑦详细的地质情况说明；⑧地质剖面或纵向剖面。

2.3 周边位移量测

外围位移量测采用收敛测量法，初步设计了10 个区间，主要监控入口、出口和洞体Ⅳ级围岩，每一个剖面设置7 个测点14 条测线，3 个测点设置在顶部开挖基面和下底面1m 处，7 条测线作为开挖测线，下7 条测线作为基坑测线，根据监理工程师的指示和施工需要，可以增加或减少断面数量，并对剖面位置进行调整。

2.4 顶拱下沉量测

利用全站仪进行顶拱下沉量测，其测量点可以与周边位移测量的测点相结合，也可以在必要时任意布置。

3 输水隧洞的工程开挖技术

3.1 全断面工程开挖技术

在隧道施工中，广泛采用了全断面开挖技术，施工方采用了爆破法，在隧道内进行隧道开挖，然后在隧道内进行隧洞的开挖，为隧道的开挖奠定了基础。为了保证隧道的安全，施工期间必须对周边的围岩进行及时的清理，以便进行衬砌和支护[3]。一般情况下，在水利工程围岩坚固、完整性良好的地区，宜采用全断面开挖法，在施工初期，由于洞口工程量大，影响较小，利于组织爆破作业，便于掘进。根据剖面面积、设备运行功能等特点，施工人员采取了竖向工作面等工艺措施。竖向工作面采用了直立式工作面，采用大型的工作台进行掘进，大大提高了作业的工作效率。阶梯式掌法可按区域及施工需要将剖面划分为若干阶段，并以此作为施工的依据。需要注意的是，在使用台阶和手掌技术之前，要精确地确定楼梯间的间距和间距，以达到爆破作业的要求。

3.2 导洞开挖的技术要点

导洞开挖技术应在横截面上挖一个截面孔，也就是导孔，然后继续扩大该导孔的范围，以保证导孔的面积达到设计要求。利用导孔技术进行剖面洞孔开挖，可以从剖面洞口中得到岩体的具体地质条件，从而为隧道开挖提供一定的参考。在开挖了导洞以后，隧道内的通风条件也会得到改善，洞口的面积可以满足实际的施工需要，同时也能保证爆破的精度。导洞开挖按规定的施工次序进行，采取“专进”或“并进”的方法，以提高其在工程中的应用。在整个导洞全贯通的条件下，采取了专进法进行扩孔施工，以保证导洞通风，并做好地质调查。但是，专有技术的实施费用很高，所以在进行技术分析时要考虑到经济效益。

3.2.1 上导洞开挖的施工技术

在隧道顶部设置导孔，在该部位进行隧道开挖，在开挖时要注意两侧是否对称，通常采用上导洞技术，对设备和地下水的需求不大，且施工安全，因此在许多输水隧道工程中都会采用这种技术[4]。

3.2.2 下导洞开挖的施工技术

下导洞是一种在断面以下进行开挖的技术，其对地质条件的要求和洞口的长度必须达到一定的长度，通常不宜应用于断面较大、地下水较少的区域。下导孔技术具有工期短、爆破速度快、排水效率高、施工方便等优点。但其不利之处是，在开挖导孔时，岩体的形态很难控制，因此，在水利建设的地质条件比较差的区域，不宜采用下导孔，以免影响工程的安全。

3.2.3 中间导洞开挖的施工技术

中间的导孔，需要工人在横梁的正中央挖一个导槽，然后在导槽的周围继续延伸，这种技术需要的材料必须足够坚硬，但对设备的要求也很低，但在实际施工中，不可能同时进行多个项目的并行，这样会造成大量的工作和费用。

3.2.4 双导洞开挖的施工技术

双导洞法是将导洞开挖分为上下两个施工段，并结合工程实际，将其分为上下两种。双侧开挖是在隧道的底部和内侧的两个部位设计一个导向孔，然后按照导向孔的位置进行施工，通常情况下，采用的是双侧开挖技术。而上下导洞的开挖技术，通常都是在隧道的上部和下部设计，主要用于大型设备的施工，但由于施工难度太大，不能保证工程的安全，所以适用的范围也比较狭窄。

4 输水隧洞工程的钢拱架技术

钢拱通常可分为“工字形”和“网格”两类。在具体的施工中，首先要对工作面进行全面的检查，将钢拱架底部的残余物全部清理干净，然后用石头进行平整，以便顺利地进行钢拱架的安装。在钢拱架装配时，施工人员要采取分段式的安装方式，使用手柄进行拼装，并注意各构件的连接，并将螺栓紧固，保证其支撑质量。同时，在对钢拱架进行检测后，对其进行再一次加固，并按2m 的标准进行加固，确保其施工质量符合安全要求。同时，有关部门也要加强对焊接工艺的监督，保证焊缝符合国家有关规范。在对焊接的检验中，对钢筋的材质要达到规范的要求，对焊缝进行正确的处理，把钢筋的加固工作做好。

5 输水隧洞工程的混凝土衬砌技术

5.1 喷锚施工过程中应该注意的技术要点

5.1.1 输水隧洞喷锚技术的锚杆施工

在施工前，要根据工程的需要，科学地选择不同的型号、长度和材料，选择合适的钻具、合理的施工方法。在进行围堰、锚杆施工时，必须严格控制施工质量，保证孔位分布合理，孔径和孔深符合技术要求[5]。在进行钻探时，应先对锚杆表面进行除锈和弯曲，然后进行处理。在进行注浆作业时，必须将注浆管道插入孔底5～10cm，并保证至少将锚杆插入孔内35%或更多。同时，在对Ⅳ/Ⅴ级围岩进行支护时，必须采取先喷浆、下锚固、再喷浆等措施，以提高支护速度，保证围岩的强度。

5.1.2 混凝土喷射的施工技术

在进行喷水施工时，最重要的技术问题是水泥混合比例的科学化，需要经过多次试验。除此之外，还应根据现场的实际情况，合理地选择合适的混凝土喷射方法，并在正式施工之前进行围岩的清除。在正式的喷水作业中，要确保水泥浆液的厚度、速度、面积都要保持一致，如果出现混凝土脱落、裂缝，就要及时补喷。

5.2 混凝土衬砌施工技术要点

5.2.1 控制原材料与中间产品质量

不同类型的建筑材料在建造时应保持标准品质。以硅酸盐水泥为例，在按规范操作时，有关技术人员首先要用锚杆来保证混凝土材料的强度。在进行碎石集料的选用时，相关技术人员要严格按照相关文件的规定，进行科学的配比和选用，并结合工程实际，保证其质量符合设计规范。

5.2.2 控制混凝土配比

每批进罐的水泥必须有厂家提供的品质检验报告，同时试验室按规定进行取样检测，检测取样以200～400t 同品种、同标号、同厂家的水泥为一个取样单位，一批不足200t 也作为一个取样单位，检测项目有：水泥强度等级、凝结时间、安定性、标准稠度、细度、比重等。经取样检测合格后，才接收水泥。要科学地设计混凝土的比例，也就是说，在施工的前期，要根据砂石骨料的含水量来确定混凝土的配比，然后将配比写成一份书面的报告，由监理单位审核。对于混凝土坍落度的控制，应按实验室配比和实际施工要求，使其结构尺寸控制在140～220mm。

5.2.3 底板施工技术

针对水利工程中的输水隧洞混凝土衬砌，应以侧墙为衬砌对象，并以倒推法米整体掌握隧道内外施工的控制。在每次浇注时，应每隔12m 测量和控制伸缩缝的留置资料，在进行施工之前，应清除地基上的泥土、建筑垃圾、松动脱落的石块，保持施工环境整洁，优化施工条件。同时，有关的清洁工作也要经过监理方的验收，只有通过了工程验收，方可继续进行下一步的建设。

此外，还要保证钢筋表面无污染、无腐蚀，若发现钢筋表面有油污或腐蚀现象，应及时清理。为保证钢筋能在基坑内起到良好的效果，应先检查其安装高度，确定接头的桩号和浇筑高度，然后将施工材料送交监理、验收单位备案。

5.2.4 泵送混凝土的施工控制

在启动混凝土输送泵后，不能直接进行混凝土泵送，应首先进行一定时长的空气换热。如果泵的工作环境是在低温环境下，那么工人们就需要将热机的时间延长到合适的泵送要求，并且不会影响到混凝土的温度。在这个过程中，由于输送泵的主轴在低温状态下的负荷会降低，摩擦力增大，因此要避免使用压力来加热。为保证泵送管道、料斗和分配阀正常工作，工人也要向料斗中注入适量的水，在料斗中加入少量的水泥砂浆，然后用搅拌轴进行翻转。值得注意的技术问题是，水泥砂浆在进行开泵时，必须采用一半的动力或1/4 的动力来进行，这是由于砂浆会影响到料斗轴下方的抽吸控制，而混凝土的水平则是由于其位于料斗轴的中线，因此，当混凝土板位于搅拌轴下方200mm 时，施工人员必须停止工作，避免给料不足[6]。

5.3 输水隧洞的回填施工与固结灌浆

在进行回填时，应先进行试验，以确保注浆达到设计要求，并根据实际情况确定注浆压力，但原则上，在使用钢筋混凝土的土洞应采用低压注浆，冬季应大于土孔压力。灌浆区段洞长一般不大于40m。按分序加密的原则进行钻孔、灌浆，分两个次序钻灌。混凝土强度达到设计强度70%以后方可进行回填灌浆。每个灌浆区段一序孔钻完后，由低孔向高孔逐排（或孔）进行施灌。一序孔灌浆结束48h 后，方可进行二序孔的灌浆作业。同时，注浆工作也要按照分段进行，在各断面的上部封堵完毕后，再进行下一段的注浆工作，按照由高到低的顺序进行，保证制浆和注浆的速度可以达到最好的衔接，不会因为制浆速度跟不上而落后。同时，在开挖隧道中发现的空穴（如采矿引起的采空区），还应进行充填注浆，将泥浆注满到围岩与岩体间的间隙，形成紧密的整体受力，以充分发挥围岩的弹性抗压能力，降低渗漏。

此外，考虑到隧道围岩固结灌浆的设计，直接影响隧道的整体强度和抗变形，因此，应明确固结注浆工艺，并据此合理地设计注浆孔的位置、压力、注浆方法和注浆特性，从而保证隧道的安全运行，达到最优的施工效果，保证隧道的长期承载力。