特殊地质条件下排洪隧洞工程施工技术分析_林啸虎.pdf

收稿日期：2023-02-16作者简介：林啸虎（1986-），男，福建南安人，大学本科，工程师，研究方向：水利工程施工。林啸虎（福建省水利水电工程局有限公司，福建 厦门361000）摘要：随着社会经济的快速发展，水利工程建设的规模在不断地扩大。排洪隧洞施工作为水利工程建设中的一个重要组成部分，受到越来越多的关注。排洪隧洞的施工因为受地质条件、施工条件以及安全稳定性等因素的制约而成为水利工程建设中的难题。基于此，文章结合实际案例对特殊地质条件下的排洪隧洞工程施工技术加以分析，可供参考。关键词：特殊地质条件；排洪隧洞；施工技术特殊地质条件下排洪隧洞工程施工技术分析漳平市城东片区湖库水系综合管理（高水高排）工程位于漳平市境内，汛期时将漳平市城东片区 20 年一遇山洪外排九龙江，不进内河，工程任务为防洪排涝。根据工程区水系分布情况，拟在钟利加油站东侧设置截洪坝，将东门溪洪水通过高排隧洞排至东坑溪，结合东坑溪河道整治，将山洪排至九龙江。1案例概述该工程主要建筑物包括截洪坝、滞洪湖、高排隧洞、东坑溪河道整治等。截洪坝坝高 13.3 m，坝顶长50.8 m，为混凝土重力坝，采用坝顶溢流。滞洪湖具调蓄洪水并兼做景观湖的功能。起调水位为 175.0 m，常水位为 178.3 m。排洪隧洞起到将山洪排泄到东坑溪的作用。隧洞进口位于截洪坝东侧，出口位于东坑溪东坑塥，隧洞 20 年一遇泄洪流量为 30 m3/s，洞长 1.5 km，洞底高程为（172.5175.0）m，隧洞为无压洞，断面为4.6 m5.7 m（宽高）城门洞型，进水口设置控制闸。东坑溪河道整治长度为 3 735 m，采用建设堤防、河道清障等综合措施进行河道整治。排洪隧洞主洞断面为城门洞型；、级围岩初期支护形式为立钢拱架挂网喷混凝土；级围岩初期支护形式为锚杆网喷混凝土；采用钢筋混凝土全断面砌衬。2隧洞施工技术2.1洞门施工首先进行洞口边仰坡开挖及支护，重点清撬洞顶高边坡上的危石，采用自上而下分层进行，层高（35）m。开挖前，采用人工在一定高程上设置截、排水沟、拦石屏障并清除植被，处理洞脸。土方掘进采用人力和机械组合的方式削坡，边缘位置留出保护层，长度通常是 30 cm，使用人工的方式进行平整，边坡挖掘有石块裸露之后，实施钻孔、爆破等施工活动。石方掘进过程中使用型号为 YT-28 的手风钻完成垂直孔作业，深度通常在（2.02.5）m 之间，使用人工方式完成炸药的装填工作，在周围比较光滑的面进行爆破，爆破之后的残碴使用机械装到指定的运输车上，将残碴运输到专门的碴场。2.2洞身开挖隧洞挖掘使用钻爆的方法（其具体的步骤详情见图 1），依托新奥法对钻爆活动进行指引。类围岩与类围岩使用全断面挖掘的方式，类围岩与类围岩使用微台阶的方式挖掘，在光滑的表面进行爆破。使湖南水利水电 2023 年第 3 期他 山 之 石78DOI:10.16052/ki.hnslsd.2023.03.027林啸虎/特殊地质条件下排洪隧洞工程施工技术分析用形状为直线的掏槽，依照图纸设置轮廓线，然后确定炮眼的位置，间隔距离通常在（4050）cm 之间，辅助眼间隔距离通常在（6080）cm 之间。作业面 4 台型号为YT-27 的气腿型凿岩机进行钻眼施工。2岩石硝铵炸药（存在水分的部位使用乳化炸药），周围的炮眼使用型号为 25 的光爆小药卷，8#纸雷管簇联非电毫秒导爆雷管将炸药引爆。2.3出碴运输隧洞开挖运出废碴的过程中需要注意的是：选用安装与运输相搭配的汽车设施，科学设计会车路线，科学调度车辆，对轨道进行有效的维护，这样才可以保证隧洞中的运输快而有序。为处理长巷运送的难题，提升作业速度，计划使用 P-60 型耙斗进行废碴的装车，使用型号为 XK7/132 的电瓶车作为车辆的牵引，以快速将矿碴运输到指定位置。隧洞中的轨道设计在隧洞的左侧或者右侧，间隔750 m 配备一个调车道，长度在（3035）m。轨道使用18 kg/m 的轻轨，轨道距离是 762 mm。轨道枕木使用的是松木，尺寸为 1135 mm15 mm12 mm（长宽高），间隔距离为 60 cm。2.4洞身初期支护2.4.1初期支护标准开挖过程中，为确保施工期安全，随着引水隧洞的掘进需及时临时支护，初期支护的标准为：类围岩：I16 型钢支撑，间距（0.51）m，每延米40 根 222.5 m 锚杆，全断面挂 8200200 网片，喷射 C25 混凝土，厚度为 15 cm。类围岩：I16 型钢支撑，间距 1 m，每延米 6 根222.5 m 锚杆，拱顶挂 8200200 网片，喷射 C25混凝土，厚度为 15 cm。类围岩：随机 222 m 锚杆，喷射 C25 混凝土，厚度为 10 cm。2.4.2支护工程施工1）钻孔使用自行制作的钻架，施工人员使用型号为 YT-28 的手风钻进行孔的施工作业，孔的位置采用测量的方式确定管控点之后，依据设计图标明的间隔距离明确孔的具体位置，孔位置所存在的各个方面的偏差应当在10 cm 以内，孔的深度偏差应当在 5 cm 以内；系统锚杆孔的轴线应当和掘进作业面保持垂直状态，部分位置增强锚杆孔的轴线应当和滑动面的倾倒方向不同，其与滑动面形成的角度应当不低于 45；浆液灌注锚杆的钻孔直径应当比锚杆自身直径略大，若是向下倾倒的锚杆孔，孔径应当比锚杆直径最少大出 1.5 cm，若是向上倾倒的锚杆孔，钻孔直径应当最少大出 2.5 cm。2）钻孔冲洗使用高压风水枪将孔中的水、岩石颗粒等全部冲刷出来，一直到干净为止。3）注浆使用气压型锚杆注浆器一边配制浆液一边灌注，浆液组成成分中的水泥使用 32.5 级常规硅酸盐水泥，砂使用粒径在 2.5 mm 以下的中细砂。砂浆搅拌的时长应当在 3 min 以上，搅拌完毕后，应当尽早灌注，搅拌完成 1 h 以上的砂浆不可再次使用。水泥砂浆配合比在以下规定范围内通过试验选定：水泥砂=1112（重量比）；水泥水=10.3810.45。其强度级别应当在 20 MPa 以上。如果是朝下倾倒的孔，浆液灌注管需要插到孔最下面 1 m 左右的位置，且从注浆管灌注浆液一直到孔口部位有浆液冒出截止，在浆液灌注时，如果浆液自岩石锚杆周边出现，应当第一时间填堵，避免浆液持续流出。如果是向上倾倒的孔，使用“先进行安装后进行浆液灌注”的方式，自灌浆到孔底部的孔口出现浆液截止。锚杆进行浆液灌注之后，在浆液没有固结之前，不可对锚杆进行敲打、碰触等操作。4）水泥砂浆锚杆安装关于边墙的横向锚杆孔，使用“先灌注浆液后进行图1钻爆法开挖施工工艺流程框图机具就位钻炮眼进入下道工序施工准备装药爆破通风洒水清危排险出碴锚杆、挂网监控量测、安全检查断面测量画开挖轮廓线布炮眼喷混凝土否是安全判定79锚杆装设”的方式，施工人员把锚杆以最快的速度插进孔中。如果是朝上倾倒的锚杆孔，使用“先装设锚杆后灌注浆液”的方式。2.4.3喷混凝土施工1）喷混凝土施工工艺流程：准备工作混凝土材料准备预喷射处理混凝土喷射喷后处理清理工作。2）材料水泥：优先选用符合国家标准的普通硅酸盐水泥。水泥标号不低于 32.5 级，进场水泥应有生产厂的质量证明书。骨料：细骨料采用坚硬耐久的粗、中砂，细度模宜大于 2.5，使用时的含水率控制在 57；粗骨料采用耐久的卵石或碎石，粒径不大于 10 mm。水：符合混凝土拌合用水的规定。外加剂：应使用经监理工程师批准的外加剂，速凝剂质量应符合规范 DL/T 5181-2003 的要求，初凝时间不应大于 5 min，终凝时间不应大于 10 min。钢筋网：应采用屈服强度不低于 240 MPa 的光面钢筋网。压缩空气：喷混凝土使用的压缩空气不应含有油脂和其他油污。3）喷混凝土的准备工作应当在施工前全面查看喷射面，且做好以下工作：将作业面的浮石、对混凝土喷射有一定负面作用的堆积物、脏污废碴等清理干净；对岩面进行处置；完成作业平台的安装，以高压风枪对作业面进行清洁；将管控混凝土喷射厚度的钢筋条埋在指定位置；施工区域应当拥有优良的通风条件、足够数量的照明设施。喷射混凝土前，应当仔细查看施工器械、通风管道、电线、水管等。在喷射过程中滴水的位置应当配备导管，以便将水排出，导水成效不理想的可建设盲沟，淋水区域可以建设截水圈，以便将水排出。4）喷混凝土作业喷混凝土施工采用逐段逐片的方式进行，按照从下到上的次序，喷混凝土通常分两层或者三层进行，所有层的混凝土喷射厚度都应保持在5 cm 左右，下一层应当在上一层初次凝结前喷射。如果由于某种原因终凝1 h 后再次喷射，应当先对层面进行清洁，然后再进行喷射，混凝土终凝到再次放炮之间应当间隔 3 h 以上。喷射机施工需要依照有关操作规范进行，应当不中断地给喷射机供给混凝土，确保喷射机平稳运行，喷射完毕或者由于某种因素无法继续喷射时，应当把喷射机中所有的混凝土都清理出来。混凝土喷射过程中，喷嘴应当和岩面离开 70 cm，喷射的方向大概和岩面保持竖直。喷射混凝土的回弹率：边墙部分应当15%，洞室顶拱部应当25%。喷混凝土应当在终凝 2 h 后洒水，养护时长通常在（714）d。5）钢筋网喷混凝土施工依照设计图与监理工作者的指导，在进行喷混凝土操作前埋设钢筋网，间隔距离应保持在 20 cm 左右，钢筋选择半径为 4 mm、屈服强度为 240 MPa 的表面光滑的钢筋，同时应当保持钢筋保护层厚度在 30 mm 以上。喷混凝土作业，混凝土厚度应当100 mm，同时不高于 250 mm。2.4.4钢支撑1）钢支撑适用范围此标段钢支撑大多使用在引水隧洞地理状况不理想、塌方发生率很高的类与类围岩，以及依据监理人员的引导亦或是前期已经勘测明确的岩石硬度较小的区域，因为这类围岩自身稳定性能低劣，需增大初期支护的力度，使用钢支撑能够承载掘进过程中产生的松动负载，避免围岩出现较大程度的形状变化，提升支护效果。2）钢支撑设计钢支撑运用的是形状为工字的拱架，其使用的工字钢型号是 I16，在专门的场地进行加工，在隧洞中进行最后的组合。拱架间隔距离通常在（0.51）m 之间，竖向连接筋使用的是螺纹钢，型号为 22。3）钢支撑安装依照图纸要求或者通过勘测已经明确的岩石软弱区域使用钢支撑，该支撑应当安装在衬砌设计断面的外面。装设完毕后，应当监测软弱部位围岩稳固情况，经过对监测数据进行剖析，了解初期支护达到施工需求与否，若支护无法达到安全标准，应当第一时间提升钢支撑性能或者采用其他举措。2.4.5隧洞混凝土衬砌引水隧洞衬砌混凝土采用厚度为 50 cm 的钢筋混凝土，混凝土衬砌施工在隧洞开挖施工完成后进行，采用全断面衬砌台车衬砌，分底板混凝土浇注和拱墙混凝土浇注，混凝土运输车送至混凝土输送泵料斗，进行泵送混凝土浇注。1）钢筋工程钢筋在进入施工场地时，生产企业应当出示质检林啸虎/特殊地质条件下排洪隧洞工程施工技术分析80林啸虎/特殊地质条件下排洪隧洞工程施工技术分析证，进入到施工场地后，先查看钢筋外观情况，然后进行抽样检测。进入施工现场后按照种类、批次放置，场地进行硬化，最底层放置枕木，保证钢筋不直接和地面接触。在运用之前再次检查钢筋，看其表面是否洁净，是否存在锈迹。如果表面呈现为鲜片状或者颗粒状，不可以使用。钢筋使用专门的机器实现自身的平直。钢筋在隧洞外面的场地完成加工，在隧洞中绑扎，通常超前衬砌1模或者2模。检验达标后的钢筋才能够浇筑混凝土。钢筋的尺寸应当和设计图保持一致，完成加工后的钢筋和设计图的尺寸偏差要求见表 1。为确保混凝土保护层符合设计要求，应当在钢筋和模板间配备强度比结构物强度高的混凝土垫块；应当将铁丝埋到垫块中，然后和钢筋捆扎；垫块应互相交错，不可集中堆放。同时，使用短钢筋支撑确保钢筋所在地点的精准。在进行焊接之前，应当把钢筋表面的油污、锈迹等进行彻底清理。直径不超过 25 mm 的钢筋可以使用捆扎的方式连接，然而承载振动负载的构件、小偏心受拉构件等，钢筋接头不可使用上述方式。2）模板工程本标段引水隧洞混凝土衬砌采用全断面整体衬砌台车一次衬砌成形，台车模板长度为 10 m，进场准备 2台衬砌台车以满足施工需要。3）混凝土施工衬砌模板采用全断面整体衬砌台车，台车面板长 12 m，混凝土采用泵送入模，附着式振捣器和插入式振捣器联合振捣。在上部混凝土施工之前，对已衬砌完的混凝土进行凿毛处理并用水冲洗，保证新旧混凝土结合良好。底板混凝土的浇筑超前拱墙衬砌约 50 m，以保证拱墙衬砌时底板混凝土的强度达标。衬砌时和开挖时一样将断面加大 5 cm，保证衬砌不侵入隧洞建筑限界。上拱部分混凝土应两侧对称浇筑，高差不大于50 cm。施工人员从台车窗口振捣。在台车与拱顶之间装设防上浮装置，以防止在混凝土浇筑过程中引起台车上浮，混凝土浇筑时应注意预留的灌浆孔管不发生偏斜。混凝土浇筑完至少 24 h 方可拆模。拆模后应按照灌浆方案规定的区段对衬砌端头和围岩间的空隙用高标号砂浆塞填密实，以防止回填灌浆时浆液随意流动。3结语文章对水工隧洞施工工艺的简述，阐明了工艺的基本情况，但因为各个水利项目隧洞的建设工艺受项目情况、地质水文条件、围岩、生态等各种因素的影响，实际运用中的施工工艺也会存在一定的差异，为此在项目建设过程中，应当结合实际状况选择恰当的施工技术，同时注重施工能力的提升。参考文献：1田俊佳，王金宏.某工程排洪隧洞、输水隧洞断面结构和尺寸的优化设计J.有色金属设计，2019，46（4）:17-21.2邢乔.浅析排洪隧洞施工的技术要点J.城市道桥与防洪,2016（7）:223-225，228.3何谨铖，黄小镜.复杂地质条件下的排洪长隧洞施工经验总结J.工程建设与设计，2015（11）:83-84.4刘广，朱倩.某新建排洪隧洞中若干关键技术问题设计研究J.黑龙江水利科技，2019，47（1）:71-72，187.箍筋直径/mm受力钢筋直径/mm25284851075901290105表1圆钢筋制成箍筋其末端弯勾长度表2加工后钢筋的允许偏差顺序偏差名称允许偏差值/mm1受力钢筋全长净尺寸的偏差102箍筋各部分的长度偏差5框架构件20大体积混凝土304钢筋转角的偏差3钢筋弯起点位置的偏差381