输水隧洞工程施工技术及质量控制要点

李振华

（晋城市水务局 山西晋城 048026）

0 引言

引调水项目的实施可以优化区域水资源结构，张峰水库一干渠芹池至县城段供水工程实施后可充分发挥张峰水库在阳城县的效益，有效缓解当地水资源紧张问题，促进当地经济发展。引调水项目中输水隧洞的施工质量至关重要，其施工具有范围狭小、工序复杂、干扰因素多、投入成本高、安全风险高等特点，施工方法取决于地质状况、断面设计、施工器械、工期要求和技术水平等[1]，因此选择合理施工技术和施工工艺，严把工程建设的质量关，才能保障输水隧洞施工能够安全、有序的完成。

1 工程概述

张峰水库一干渠芹池至县城段供水工程由供水管线和末端蓄水池组成。供水管线中输水隧洞全长4.74 km，隧洞进口接1# 倒虹吸出水建筑物，进口位置位于宇昌煤业厂区东南方向沟道右岸，出口位于中寨村东南台地。隧洞断面为城门洞型，底宽2.2 m，直墙高1.6 m，供水方式为无压明渠流，衬砌采用C25 钢筋混凝土。设计洪水标准为10 年一遇洪水设计，30 年一遇洪水校核。

2 工程地质

本区地处山西省东南部，所处大地构造单元为吕梁太行断块，沁水块坳之沾尚-武乡-阳城北北东向褶带的南部。工程区地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震动峰值加速度值为0.05 g，相应地震基本烈度为VI度。供水隧洞全长4.74 km，其中土洞段长50 m，岩石洞段长约4.69 km，隧洞围岩为二叠系砂岩、页岩等，围岩类别为IV、V 类，其中IV 类洞段长2.16 km、V 类洞段长2.58 km，IV、V 类围岩分别占供水隧洞总长的45.6%、54.4%。局部洞段存在涌水或线状流水。

3 输水隧洞施工技术及质量控制

3.1 开挖施工

隧洞开挖前应对基线、水准点等测量基础数据进行复核，开挖过程中定期测量校正开挖平面的尺寸和底部标高，严格按施工图纸的要求控制开挖边坡的坡度和平整度。土方开挖过程中，实际施工的边坡坡度应适当留有修坡余量用于人工修正。石方开挖前还应进行爆破试验确定合理的爆破参数。

测量放线由施工单位技术负责人会同监理工程师，依据设计图纸和控制网点采用全站仪准确测放开挖轮廓线、方向线位置，并钉桩标记。洞口开挖采用自上而下的开挖顺序，进口石方边坡1∶0.5，出口土方边坡1∶0.75，用反铲挖掘机配合人工清理植被、树木、灌木、杂草。开挖过程由安全员进行安全监管，并做好相应安全应急救援措施预案。

本工程围岩为Ⅳ类、V 类，IV 类围岩开挖断面2.96 m×3.38 m （宽×高），V 类围岩开挖断面3.14 m×3.52 m（宽×高）。洞挖主要采用光面爆破开挖法，人工布孔后采用简易组合钻架+YT28 手风钻钻孔；钻孔钻进完成后装入2 号岩石乳化炸药及毫秒延时电雷管爆破，爆破超挖控制在0～15 cm 范围内；爆破完成后进行排烟并清除浮石、危石，确保工作面人员作业安全；出渣采用装载机机装，自卸汽车运至渣场。隧洞内每隔300 m 设置一个错车道，洞内积水采用污水泵分级接力式排至洞外。此循环开挖完成后三方进行测量复核，直到断面尺寸达到设计要求为止。

3.2 支护施工

钢筋、水泥等原材料严格做好进场报验和质量检验。锚杆支护钻孔时要控制孔位、孔向、孔深等均须符合设计要求，钻头直径应大于锚杆直径15 mm 以上，孔位偏差应不大于100 mm，孔向应符合设计要求，图纸未作规定时，锚杆孔向应尽量垂直于岩石面，局部加固锚杆孔向应与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角应大于45°，孔深偏差应不大于50 mm。钻孔后将孔内岩粉和积水冲洗干净，注浆管应插至距孔底5～10 cm，注入的砂浆应饱满密实，不应有气泡残留。钢筋网应与开挖岩面形状基本一致，并与锚杆焊接牢固连成一体。喷涂混凝土配合比应满足设计要求，设计喷涂厚度大于5 cm 应分两层施工，喷涂到岩面的混凝土应易粘着、回弹量小，表面湿润有光泽，喷涂施工完成后喷水养护14 d。钢拱架与设计位置安装误差应小于5 cm，并垂直于隧洞轴线，角度偏差不应大于2°。

1）浆砌石洞脸、浆砌石洞室及边坡支护：锚杆采用2 m 长22 钢筋，间排距1.0 m，梅花型布置；挂Φ8@200 mm 钢筋网片，用压板固定，与锚杆连接牢固；钢筋网与岩面距离3～5 cm。采用C25 混凝土喷涂，自下而上顺序施工。

2）洞身支护：通过超前支护可以改善围岩力学性能，改善掌子面周边岩体整体性能，提高围岩自稳能力、限制岩体变形。相较其他支护方法，超前小导管预注浆技术具有布设灵活、受空间限制小、工艺简单、施工方便、成本低、支护效果相对可控等优点，可以有效解决岩石破碎、松散地质条件下开挖作业安全与成洞难题，为安全施工并继续掘进提供保障[2]。隧洞的初期施工喷锚时，在隧洞围岩中依次打入大量砂浆锚杆，喷锚时的支护能够使锚杆、混凝土砂浆喷层、混凝土衬砌和隧洞围岩形成一个整体，这样能够有效地提升隧洞围岩的结构稳定性[3]。IV 类围岩支护在顶拱180°范围内布设2 m 长22 系统锚杆，间排距1.0 m，梅花型布置；洞壁喷8 cm 厚C25 混凝土。V 类围岩支护采取随挖随支护随喷浆原则。开挖前，在工作面打4 m 长DN40 超前小导管，用气动锤振入注浆；爆破后，先在顶拱180°范围内布设2 m 长22 系统锚杆，排距1.0 m，梅花型布置；然后在边墙、顶拱挂Φ8@200 mm 钢筋网，视围岩稳定情况立Ⅰ14 的钢拱架，钢拱架之间采用20 连系筋连接，用8 根锁脚锚杆固定；最后喷12 cm 厚C25 混凝土。洞脸及洞身支护锚杆按每300 根一组进行锚杆抗拔力检测，抗拔力符合设计要求（抗拔力≥60 kN）。

3.3 隧洞混凝土衬砌

严格控制原材料、中间产品质量，优化混凝土配合比。隧洞混凝土衬砌严禁不合格料入仓，入仓后应及时平仓振捣密实。混凝土衬砌顶部为施工薄弱部位，需注意收仓阶段施工控制，可适当增大混凝土坍落度和延长入仓时间，两侧边墙保持均衡下料浇筑。浇筑后应加强养护与表面保护。

1）基础面处理：对隧洞底板进行测量，清理底板，软基用3～5 cm 碎石回填至设计高程。钢筋绑扎前，基础面清理干净，无杂物、无积水。底板高程及基础经由施工自检、监理复核。

3）止水带安装：主洞每隔12 m（或围岩类别变化及断层面处）设置651 型止水带。止水带中心线安放在缝面中间，高密度聚乙烯闭孔板垂直于止水带放置，紧贴模板安装。安装好的止水带加以固定和保护，在浇筑过程中不发生位移、扭曲及结合面漏浆情况。

4）立模、校模：衬砌混凝土浇筑采用全断面液压衬砌台车，安装前在模板表面涂脱模剂，安装完成后由测量人员核对模板的位置，对模板错位进行相应调整，保证模板的强度、刚度及稳定性。

5）混凝土浇筑及养护：Ⅳ类围岩洞壁底板、边墙、顶拱浇筑C25 钢筋混凝土，厚0.3 m。Ⅴ类围岩洞壁底板、边墙、顶拱浇筑C25 钢筋混凝土，厚0.35 m。混凝土严格按配合比用搅拌机进行现场拌制，采用2.5 m3混凝土运输车运至仓面附近。采用混凝土输送泵浇筑，底板用插入式振捣器进行振捣，侧墙顶拱用附着式平板振捣器振捣。入仓混凝土的温度、坍落度、和易性等应符合规范要求，无骨料集中现象。浇筑时仓号内层平铺，保持连续浇筑。在混凝土浇筑完成12～18 h 内开始养护，养护时间为28 d，养护期间保持表面湿润。

3.4 回填灌浆

回填灌浆孔位与设计位置偏差不得大于1 cm，钻孔过程中应控制孔斜不超过规范要求。灌浆分序分区进行，严格按照灌浆试验确定参数进行施工。

回填灌浆目的是对隧洞混凝土衬砌或支洞堵头顶部缝隙作灌浆填充[4]，应在衬砌混凝土达到70%的设计强度后进行，采用纯压式灌浆法。回填灌浆孔排距梅花形布置，按设计要求布孔，再用手风钻钻孔，钻孔深入围岩5 cm。回填灌浆按60 m 区段进行，区段端部用混凝土封堵严密。灌浆分两个次序进行，先灌I序孔，后灌Ⅱ序孔，回填灌浆采用水灰比1、0.5 两级的水泥浆，在0.2 MPa 压力下，灌浆孔停止吸浆，继续灌注10 min 结束。灌浆结束后，排除钻孔内积水和污物，用浓浆将全孔封堵密实和抹平。回填灌浆由施工单位、监理单位联合建设单位进行检查，采用单孔压浆试验，每60 m 打5 个检查孔，向检查孔内注入水灰比为1∶2 的水泥浆，在0.2 MPa 压力下，初始10 min 内注入浆量不大于10 L 时结束。

4 质量监督管理

质量监督机构对本工程实施了全过程监督，对照设计及规范要求，对工程检查中发现的问题以书面形式及时反馈给各参建单位，并督促存在问题的单位及时整改，有效地规范了参建单位施工质量行为。

1）质量问题：（1）隧洞内部分钢拱架存在碰撞变形，顶拱钢筋网存在破损变形。（2）部分喷射混凝土未按设计要求施工，喷射厚度不足，未将钢拱架和连接钢筋完全包裹。（3）隧洞内存在施工积水，未采取有效排水、导水措施。（4）隧洞侧墙部分橡胶止水带破损，对橡胶止水带未采取遮盖保护措施。

2）整改措施：（1）经现场排查，共发现25 榀钢拱架变形，逐一已进行了整修或更换，对破损钢筋网也进行了更换，均满足设计要求。（2）对隧洞喷射混凝土进行了全部检查，喷射混凝土厚度不足部分按设计及规范要求进行补喷。（3）针对洞内积水问题，增加了水泵等排水设施，安排专人值守，加大抽排水力度，减少积水对施工的影响。（4）对裸露止水带进行了包裹，破损橡胶止水带进行修补和更换。

5 结语

输水隧洞施工方式应结合工程实际，按照隧洞围岩结构的特点，制定合理的施工方案，并对施工全过程强化质量控制，不断完善施工工艺和施工技术，提升施工人员质量意识，保障输水隧洞施工的安全性和稳定性，才能确保输水隧洞施工质量。同时在输水隧洞建设中，对于施工方式的选择，除了要确保安全、稳定外，还需充分考虑施工经济性[5]。目前输水隧洞工程已完工，并通过了相关单位组织的验收，运行正常，工程质量合格。