特殊地質條件下排洪隧洞工程施工技術分析

林嘯虎

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 廈門 361000）

漳平市城東片區湖庫水系綜合管理（高水高排）工程位于漳平市境內，汛期時將漳平市城東片區20 年一遇山洪外排九龍江，不進內河，工程任務為防洪排澇。根據工程區水系分布情況，擬在鐘利加油站東側設置截洪壩，將東門溪洪水通過高排隧洞排至東坑溪，結合東坑溪河道整治，將山洪排至九龍江。

1 案例概述

該工程主要建筑物包括截洪壩、滯洪湖、高排隧洞、東坑溪河道整治等。截洪壩壩高13.3 m，壩頂長50.8 m，為混凝土重力壩，采用壩頂溢流。滯洪湖具調蓄洪水并兼做景觀湖的功能。起調水位為175.0 m，常水位為178.3 m。排洪隧洞起到將山洪排泄到東坑溪的作用。隧洞進口位于截洪壩東側，出口位于東坑溪東坑塥，隧洞20 年一遇泄洪流量為30 m3/s，洞長1.5 km，洞底高程為（172.5～175.0）m，隧洞為無壓洞，斷面為4.6 m×5.7 m（寬×高）城門洞型，進水口設置控制閘。東坑溪河道整治長度為3 735 m，采用建設堤防、河道清障等綜合措施進行河道整治。

排洪隧洞主洞斷面為城門洞型；Ⅳ、Ⅴ級圍巖初期支護形式為立鋼拱架掛網噴混凝土；Ⅲ級圍巖初期支護形式為錨桿網噴混凝土；采用鋼筋混凝土全斷面砌襯。

2 隧洞施工技術

2.1 洞門施工

首先進行洞口邊仰坡開挖及支護，重點清撬洞頂高邊坡上的危石，采用自上而下分層進行，層高（3～5）m。開挖前，采用人工在一定高程上設置截、排水溝、攔石屏障并清除植被，處理洞臉。土方掘進采用人力和機械組合的方式削坡，邊緣位置留出保護層，長度通常是30 cm，使用人工的方式進行平整，邊坡挖掘有石塊裸露之后，實施鉆孔、爆破等施工活動。石方掘進過程中使用型號為YT-28 的手風鉆完成垂直孔作業，深度通常在（2.0～2.5）m 之間，使用人工方式完成炸藥的裝填工作，在周圍比較光滑的面進行爆破，爆破之后的殘碴使用機械裝到指定的運輸車上，將殘碴運輸到專門的碴場。

2.2 洞身開挖

隧洞挖掘使用鉆爆的方法（其具體的步驟詳情見圖1），依托新奧法對鉆爆活動進行指引。Ⅱ類圍巖與Ⅲ類圍巖使用全斷面挖掘的方式，Ⅳ類圍巖與Ⅴ類圍巖使用微臺階的方式挖掘，在光滑的表面進行爆破。使用形狀為直線的掏槽，依照圖紙設置輪廓線，然后確定炮眼的位置，間隔距離通常在（40～50）cm 之間，輔助眼間隔距離通常在（60～80）cm 之間。作業面4 臺型號為YT-27 的氣腿型鑿巖機進行鉆眼施工。2#巖石硝銨炸藥（存在水分的部位使用乳化炸藥），周圍的炮眼使用型號為Φ25 的光爆小藥卷，8#紙雷管簇聯非電毫秒導爆雷管將炸藥引爆。

圖1 鉆爆法開挖施工工藝流程框圖

2.3 出碴運輸

隧洞開挖運出廢碴的過程中需要注意的是：選用安裝與運輸相搭配的汽車設施，科學設計會車路線，科學調度車輛，對軌道進行有效的維護，這樣才可以保證隧洞中的運輸快而有序。為處理長巷運送的難題，提升作業速度，計劃使用P-60 型耙斗進行廢碴的裝車，使用型號為XK7/132 的電瓶車作為車輛的牽引，以快速將礦碴運輸到指定位置。

隧洞中的軌道設計在隧洞的左側或者右側，間隔750 m 配備一個調車道，長度在（30～35）m。軌道使用18 kg/m 的輕軌，軌道距離是762 mm。軌道枕木使用的是松木，尺寸為1 135 mm×15 mm×12 mm（長×寬×高），間隔距離為60 cm。

2.4 洞身初期支護

2.4.1 初期支護標準

開挖過程中，為確保施工期安全，隨著引水隧洞的掘進需及時臨時支護，初期支護的標準為：

Ⅴ類圍巖：I16 型鋼支撐，間距（0.5～1）m，每延米40 根Φ22×2.5 m 錨桿，全斷面掛Φ8@200×200 網片，噴射C25 混凝土，厚度為15 cm。

Ⅳ類圍巖：I16 型鋼支撐，間距1 m，每延米6 根Φ22×2.5 m 錨桿，拱頂掛Φ8@200×200 網片，噴射C25混凝土，厚度為15 cm。

Ⅲ類圍巖：隨機Φ22×2 m 錨桿，噴射C25 混凝土，厚度為10 cm。

2.4.2 支護工程施工1）鉆孔

使用自行制作的鉆架，施工人員使用型號為YT-28 的手風鉆進行孔的施工作業，孔的位置采用測量的方式確定管控點之后，依據設計圖標明的間隔距離明確孔的具體位置，孔位置所存在的各個方面的偏差應當在10 cm 以內，孔的深度偏差應當在5 cm 以內；系統錨桿孔的軸線應當和掘進作業面保持垂直狀態，部分位置增強錨桿孔的軸線應當和滑動面的傾倒方向不同，其與滑動面形成的角度應當不低于45°；漿液灌注錨桿的鉆孔直徑應當比錨桿自身直徑略大，若是向下傾倒的錨桿孔，孔徑應當比錨桿直徑最少大出1.5 cm，若是向上傾倒的錨桿孔，鉆孔直徑應當最少大出2.5 cm。

2）鉆孔沖洗

使用高壓風水槍將孔中的水、巖石顆粒等全部沖刷出來，一直到干凈為止。

3）注漿

使用氣壓型錨桿注漿器一邊配制漿液一邊灌注，漿液組成成分中的水泥使用32.5 級常規硅酸鹽水泥，砂使用粒徑在2.5 mm 以下的中細砂。砂漿攪拌的時長應當在3 min 以上，攪拌完畢后，應當盡早灌注，攪拌完成1 h 以上的砂漿不可再次使用。

水泥砂漿配合比在以下規定范圍內通過試驗選定：

水泥∶砂=1∶1～1∶2（重量比）；

水泥∶水=1∶0.38～1∶0.45。

其強度級別應當在20 MPa 以上。如果是朝下傾倒的孔，漿液灌注管需要插到孔最下面1 m 左右的位置，且從注漿管灌注漿液一直到孔口部位有漿液冒出截止，在漿液灌注時，如果漿液自巖石錨桿周邊出現，應當第一時間填堵，避免漿液持續流出。如果是向上傾倒的孔，使用“先進行安裝后進行漿液灌注”的方式，自灌漿到孔底部的孔口出現漿液截止。錨桿進行漿液灌注之后，在漿液沒有固結之前，不可對錨桿進行敲打、碰觸等操作。

4）水泥砂漿錨桿安裝

關于邊墻的橫向錨桿孔，使用“先灌注漿液后進行錨桿裝設”的方式，施工人員把錨桿以最快的速度插進孔中。如果是朝上傾倒的錨桿孔，使用“先裝設錨桿后灌注漿液”的方式。

2.4.3 噴混凝土施工

1）噴混凝土施工工藝流程：

準備工作—→混凝土材料準備—→預噴射處理—→混凝土噴射—→噴后處理—→清理工作。

2）材料

水泥：優先選用符合國家標準的普通硅酸鹽水泥。水泥標號不低于32.5 級，進場水泥應有生產廠的質量證明書。

骨料：細骨料采用堅硬耐久的粗、中砂，細度模宜大于2.5，使用時的含水率控制在5%～7%；粗骨料采用耐久的卵石或碎石，粒徑不大于10 mm。

水：符合混凝土拌合用水的規定。

外加劑：應使用經監理工程師批準的外加劑，速凝劑質量應符合規范DL/T 5181-2003 的要求，初凝時間不應大于5 min，終凝時間不應大于10 min。

鋼筋網：應采用屈服強度不低于240 MPa 的光面鋼筋網。

壓縮空氣：噴混凝土使用的壓縮空氣不應含有油脂和其他油污。

3）噴混凝土的準備工作

①應當在施工前全面查看噴射面，且做好以下工作：將作業面的浮石、對混凝土噴射有一定負面作用的堆積物、臟污廢碴等清理干凈；對巖面進行處置；完成作業平臺的安裝，以高壓風槍對作業面進行清潔；將管控混凝土噴射厚度的鋼筋條埋在指定位置；施工區域應當擁有優良的通風條件、足夠數量的照明設施。

②噴射混凝土前，應當仔細查看施工器械、通風管道、電線、水管等。

③在噴射過程中滴水的位置應當配備導管，以便將水排出，導水成效不理想的可建設盲溝，淋水區域可以建設截水圈，以便將水排出。

4）噴混凝土作業

噴混凝土施工采用逐段逐片的方式進行，按照從下到上的次序，噴混凝土通常分兩層或者三層進行，所有層的混凝土噴射厚度都應保持在5 cm 左右，下一層應當在上一層初次凝結前噴射。如果由于某種原因終凝1 h 后再次噴射，應當先對層面進行清潔，然后再進行噴射，混凝土終凝到再次放炮之間應當間隔3 h 以上。

噴射機施工需要依照有關操作規范進行，應當不中斷地給噴射機供給混凝土，確保噴射機平穩運行，噴射完畢或者由于某種因素無法繼續噴射時，應當把噴射機中所有的混凝土都清理出來。

混凝土噴射過程中，噴嘴應當和巖面離開70 cm，噴射的方向大概和巖面保持豎直。噴射混凝土的回彈率：邊墻部分應當≤15%，洞室頂拱部應當≤25%。

噴混凝土應當在終凝2 h 后灑水，養護時長通常在（7～14）d。

5）鋼筋網噴混凝土施工

依照設計圖與監理工作者的指導，在進行噴混凝土操作前埋設鋼筋網，間隔距離應保持在20 cm 左右，鋼筋選擇半徑為4 mm、屈服強度為240 MPa 的表面光滑的鋼筋，同時應當保持鋼筋保護層厚度在30 mm 以上。噴混凝土作業，混凝土厚度應當≥100 mm，同時不高于250 mm。

2.4.4 鋼支撐1）鋼支撐適用范圍

此標段鋼支撐大多使用在引水隧洞地理狀況不理想、塌方發生率很高的Ⅳ類與Ⅴ類圍巖，以及依據監理人員的引導亦或是前期已經勘測明確的巖石硬度較小的區域，因為這類圍巖自身穩定性能低劣，需增大初期支護的力度，使用鋼支撐能夠承載掘進過程中產生的松動負載，避免圍巖出現較大程度的形狀變化，提升支護效果。

2）鋼支撐設計

鋼支撐運用的是形狀為工字的拱架，其使用的工字鋼型號是I16，在專門的場地進行加工，在隧洞中進行最后的組合。拱架間隔距離通常在（0.5～1）m 之間，豎向連接筋使用的是螺紋鋼，型號為Φ22。

3）鋼支撐安裝

依照圖紙要求或者通過勘測已經明確的巖石軟弱區域使用鋼支撐，該支撐應當安裝在襯砌設計斷面的外面。裝設完畢后，應當監測軟弱部位圍巖穩固情況，經過對監測數據進行剖析，了解初期支護達到施工需求與否，若支護無法達到安全標準，應當第一時間提升鋼支撐性能或者采用其他舉措。

2.4.5 隧洞混凝土襯砌

引水隧洞襯砌混凝土采用厚度為50 cm 的鋼筋混凝土，混凝土襯砌施工在隧洞開挖施工完成后進行，采用全斷面襯砌臺車襯砌，分底板混凝土澆注和拱墻混凝土澆注，混凝土運輸車送至混凝土輸送泵料斗，進行泵送混凝土澆注。

1）鋼筋工程

鋼筋在進入施工場地時，生產企業應當出示質檢證，進入到施工場地后，先查看鋼筋外觀情況，然后進行抽樣檢測。進入施工現場后按照種類、批次放置，場地進行硬化，最底層放置枕木，保證鋼筋不直接和地面接觸。

在運用之前再次檢查鋼筋，看其表面是否潔凈，是否存在銹跡。如果表面呈現為鮮片狀或者顆粒狀，不可以使用。鋼筋使用專門的機器實現自身的平直。鋼筋在隧洞外面的場地完成加工，在隧洞中綁扎，通常超前襯砌1 ?；蛘? 模。檢驗達標后的鋼筋才能夠澆筑混凝土。

鋼筋的尺寸應當和設計圖保持一致，完成加工后的鋼筋和設計圖的尺寸偏差要求見表1。

表1 圓鋼筋制成箍筋其末端彎勾長度

表2 加工后鋼筋的允許偏差

為確?；炷帘Ｗo層符合設計要求，應當在鋼筋和模板間配備強度比結構物強度高的混凝土墊塊；應當將鐵絲埋到墊塊中，然后和鋼筋捆扎；墊塊應互相交錯，不可集中堆放。同時，使用短鋼筋支撐確保鋼筋所在地點的精準。

在進行焊接之前，應當把鋼筋表面的油污、銹跡等進行徹底清理。直徑不超過25 mm 的鋼筋可以使用捆扎的方式連接，然而承載振動負載的構件、小偏心受拉構件等，鋼筋接頭不可使用上述方式。

2）模板工程

本標段引水隧洞混凝土襯砌采用全斷面整體襯砌臺車一次襯砌成形，臺車模板長度為10 m，進場準備2臺襯砌臺車以滿足施工需要。

3）混凝土施工

①襯砌模板采用全斷面整體襯砌臺車，臺車面板長12 m，混凝土采用泵送入模，附著式振搗器和插入式振搗器聯合振搗。

②在上部混凝土施工之前，對已襯砌完的混凝土進行鑿毛處理并用水沖洗，保證新舊混凝土結合良好。

③底板混凝土的澆筑超前拱墻襯砌約50 m，以保證拱墻襯砌時底板混凝土的強度達標。

④襯砌時和開挖時一樣將斷面加大5 cm，保證襯砌不侵入隧洞建筑限界。

⑤上拱部分混凝土應兩側對稱澆筑，高差不大于50 cm。施工人員從臺車窗口振搗。

⑥在臺車與拱頂之間裝設防上浮裝置，以防止在混凝土澆筑過程中引起臺車上浮，混凝土澆筑時應注意預留的灌漿孔管不發生偏斜。

⑦混凝土澆筑完至少24 h 方可拆模。拆模后應按照灌漿方案規定的區段對襯砌端頭和圍巖間的空隙用高標號砂漿塞填密實，以防止回填灌漿時漿液隨意流動。

3 結 語

文章對水工隧洞施工工藝的簡述，闡明了工藝的基本情況，但因為各個水利項目隧洞的建設工藝受項目情況、地質水文條件、圍巖、生態等各種因素的影響，實際運用中的施工工藝也會存在一定的差異，為此在項目建設過程中，應當結合實際狀況選擇恰當的施工技術，同時注重施工能力的提升。