２０１４年第１Ｏ期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．１０，２０１４ （总第２４８期） ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２４８） 砂砾石地质引水隧道的开挖及支护施工技术 陈丛军 （中铁五局五公司） 摘要：作为输水工程的重要组成项目和重要项目方案比选，引水隧洞是长期以来由于输水隧洞断面小，难 以实施长隧方案，水隧道的开挖及支护是引水隧洞项目施工的重点。结合工程实例，分析了引水隧道的开挖 及支护施工技术及其注意事项。 关键词：砂砾石地质；引水隧道；开挖技术；支护技术 中图分类号：Ｕ４４５ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１４）１０—０１１７—０１ ０引 言 供隧道用水。在隧道出口和斜井口分别安装施工供风设备， 由于砂砾石地质引水隧道施工较难，开挖与衬砌难以实 本工程采用的供风设备一共是８台组２０ ｍ’／ｒａｉｎ电动空压 现平行同时施工作业，因此隧洞应加强先行开挖和初期支护 机，连接至各施工部位采用的是 ００钢管修建而成，然后再 工作，等到开挖贯通洞身后，再进行混凝土衬砌加固工作。 经过风动机具和高压橡胶风管连接而成。 非标机械设备投人配套使用，组成洞身开挖、混凝土衬砌流 ２．３开挖方法 水作业生产线，能够提升单项工序的设备利用率和生产能 采用全断面法开挖正洞Ⅱ、Ⅲ级围岩，采用上下台阶法开挖 力，降低了成本同时大幅压缩了工期，实现了预期的安全、质 Ⅳ级围岩，采用环形开挖Ｖ级围岩（预留核心土法技术）。 量和工期目标。 ２．４光面爆破施工工艺 １工程概况 定位开眼采用钻孔台车钻眼时，台车与隧道轴线保持平 某一二级水电站下游２０ ｋｍ处为镜铁山矿区，矿区有 行，误差要控制在３ ｃｍ和５ ｃｍ以内。钻工要熟悉炮眼布置 ７８ ｋｍ专用铁路直达嘉峪关，该电站距嘉峪关市的公路里程为 图，使两茬炮交界处台阶小于１５ ｃｍ。同时，为了确保炮眼 １５５ ｋｍ，引水暗渠全长３．０５８３ ｋｍ，桩号引０＋０００．０—３＋ 底在同一平面上，炮眼深度的调整要根据掌子面岩石和眼口 ０５８．３ ｍ，引水暗渠为城门型断面，净尺寸为：底宽３．５ ｍ、侧墙高 位置及凹凸度进行。按炮眼设计图自上而下确定装药需分 ３．８５ ｍ，顶板拱高为０．８８ ｍ，渠道纵坡为１／１２００。主要工程量： 片分组的装药量，堵塞长度不小于２０ ｏｍ。在离一簇导爆管 砂砾石开挖１３２ １３５．０ ｍ３，砂砾石回填１１２ ８４７．０ ｍ３，浆砌石 自由端１０ ｃｍ以上处包扎引爆雷管用黑胶布。 ０２ １８９．０ ｍ３，混凝土浇筑ｌ１ ８．０ ｍ３。 ２．５出碴运输 施工区域地质特点为砂砾石冲积地层，且有流砂层存 主洞出碴采用带喷淋装置的ＺＬ５０Ｃ侧卸装载机，济南 在，而且部分桩基处于河道内，钻孔钻进施工较困难，钻进速 斯太尔、重庆铁马１５—１９ ｔ自卸车配合，重庆铁马参数见下 度慢、易塌孔是本工程的两大特点 表所示。自卸车带有废气净化装置，按设计要求事先做好弃 ２砂砾石地质引水隧道的开挖技术 碴场防护，将洞内弃碴一次性运输运至指定弃碴场。斜井坡 ２．１洞口工程 度较大为１３．１５３７％，采用爬坡能力较大的重庆铁马，此类 地表排水系统在进洞前先完成施工，采取“分层开挖、 自卸车满载时爬坡能力为３６％。。 自上而下、分层支护”的边挖边护施工方式。在机械开挖满 表１重庆铁马参数 足的条件下，使用挖掘机开挖、人工辅助修坡方式，采用定向 弱爆破技术处理次坚石，自卸车装运弃碴（装载机配合）运 送至指定的位置丢弃。 ２．２施工排水及斜井防灌措施 隧道出口施工为顺坡，在洞内一侧设置一定坡度的排水 沟，将积水排到洞外污水净化池达标后排放。 涌水情况下应急排水方案：启用排水管的同时，在设泵 ３砂砾石地质引水隧道支护施工技术 站的集水池处将高压风、水管切断，安装临时过渡管将其改 本合同段隧道支护方法有：喷混凝土、锚杆、超前小导 为临时排水管路，泵站加装水泵，增加排水能力。斜井施工 管、格栅钢架等。 时每２００ ｍ设一个积水井，根据坡度、水量和设备情况布置 ３．１网喷混凝土 管路和泵站，采用Ｄ１５５—３０ Ｘ５多级泵（Ｈ＝５０ ｍ）分段接力 要按照规范和标准，在喷射混凝土之前检验挖断面，施 排出洞外。集水坑的容积根据实际排水量确定，位置的选择 工采用湿喷工艺。本工程选用的是成都产ＴＫ９６１型湿喷 要结合施工现场具体情况。配备抽水机要有有备用台数，同 机。选用普通硅酸盐水泥，粒径５—１２ ｍｍ连续级配碎（卵） 时施工的能力大于排水量２０％以上。采用‘ｐ８Ｏ排水管直接 石，硬质洁净砂或粗砂选用细度模数大于２．５，化验合格，拌 抽排至洞外，经沉淀净化后排人沟谷中。斜井口设排雨水 合用水。按设计配合比要求，喷射混凝土严格拌和。每班检 沟，上盖铸铁篦盖板，并在附近堆码砂袋，以备暴雨时封堵斜 查不少于两次配合比，同时混凝土搅拌确保均匀。喷射前， 井洞口，常备大功率抽水泵做好防灌水措施。 清理和处理欠挖部分及所有破损岩石，包括开裂、破碎、出水 根据工程附近水源情况，采用地面水源或地下水源。集 点、崩解的，对隧道断面尺寸进行认真检查，清除墙角虚碴和 水池取水，铺设供水管道，在每个洞口设集水池，采用ＨＹＧＳ 浮石，用高压水或风冲洗岩面。 型变频恒压供水设备供水的方案，铺设 ００ ｍｍ钢管输水 （下转第１２０页） 收稿日期：２０１４—０３—１２ ・１１７・ 总第２４８期 ②墩底作用力偏心距 Ｍ８４６．９４－４２６．８７：—。：一Ｐ （Ｏ一 一 ６ ９６２ １７ ：０．０６ ｍＩ儿 —一‘ ． 黑龙江交通科技 续表５ 序号 部件名称 健康状况 评定标度 第ｌ０期 权重 ③桥墩抗倾覆验算 ｅｏ＝０．０６ ｍ ５ 计算公式 Ｄｒ １０ｏ～了１ ｆ３×１０＋３￣２５＋３ ｘ３０＋２￣３５）＝】００—５３＝４７＞４０ Ｋ＝ｙ／ ＝ Ｏ．０６＝１９．７５＞１．５（安全） 综合评估结果 根据综合评定分类界限，５号混凝土桥墩 为三类桥梁墩台，健康状况综合评估结果 为“差” ④抗滑稳定性验算 ＝ ・∑Ｐ ／∑ ＝０．４ ＥＰ ＝６ ９６２．０１７ ｋＮ ∑Ｔｉ＝１２．９６５ ｋＮ ＝６结语 ０．４ ｘ６ ９６２．０１７／１２．９６５＝２１４．８＞１．３满足要求 （１）根据混凝土桥梁墩台所处的部位和受力特点，提出 ５．３通过荷载试验，描述墩台实际承载状态 （１）设计强度等级为Ｃ 的混凝土墩台的标准抗压强度 了混凝土桥梁墩台的健康诊断方法和主要评估要素，建立了 健康状态综合评估的思路框架和基本计算公式．对西沙黄河 大桥５号墩的健康状况进行了诊断和评估，其健康等级为 “差”，需要进行加固。 （２）由于桥梁墩台结构受到许多不确定性因素和复杂 工作环境的影响，以及对桥梁墩台在使用年限内的工作特性 的变化缺乏全面深入的了解，因此本文对桥梁墩台的健康诊 为ｌ７．５ ＭＰａ，设计抗压强度为１４．５ ＭＰａ，利用回弹仪对混凝 土桥墩表面抗压强度进行测试，混凝土平均碳化深度按 ６ ｍｍ计算，根据测试的回弹值和相关规范计算出实测抗压 强度为１５．３３ ＭＰａ，桥墩的表面抗压强度稍低于标准抗压强 度。 （２）动载试验 根据西沙黄河大桥实际交通的需要，采用分级加载的形 式．在最不利工况条件下，基础的实测沉降值均在《规范》限 值之内，说明持力层工作状态较好，具有良好的承载潜力。 ５．４健康状况综合评估 断手段和健康评估方法的研究还处于基础性探索阶段。桥 梁墩台结构健康监测与诊断涉及多学科，如何将信息融合技 术应用于墩台健康的智能监测、灾害报警及损伤诊断系统， 获得更准确的工作状态和健康状态等信息、增加置信度、改 善监控和检测设备，使桥梁墩台健康监控和诊断方法进一步 完善，还需要进行深入的研究。 参考文献： 根据桥梁墩台技术状况评定标准，对５号混凝土墩进行 健康状况综合评估如表５所示。 表５ ５号混凝土墩健康状况综合评估表 ［１］ 姜增国，赵志国．大型桥梁健康诊断的研究与发展初探［Ｊ］． 交通科技，２００４，（４）． ［２］刘效尧，蔡键，刘晖．桥梁损伤诊断［Ｍ］．北京：人民交通出版 社，２００２． ［３］黄晓明，张晓冰．公路建设质量通病分析与防止［Ｍ］．北京：人 民交通出版社，２００２． ［４］ 胡钊芳，帅长斌．公路旧桥加固技术与实例［Ｍ］．北京：人民 交通出版社，２００２． （上接第１１７页） 喷头保持垂直于接受面，距岩面距离１．５～２．０ ｍ喷射； 如果喷射钢支撑的附近有钢筋网时，可将喷头角度大于７Ｏ。 稍加偏斜进行施工。喷射路线为先边墙后拱部，采用的是分 段“ｓ”形区施工，喷头作连续不断的３６０。施工。如果需要喷 射的隧道混凝土厚度大于５ ｃｍ时，则需要分两次两层作业。 等待第一层混凝土终凝１小时后，再进行混凝土的第二次喷 射作业。等待第二层混凝土终凝２ ｈ后，再进行喷水养护作 业，养护时间不少于７ ｄ。 ３．２挂网 对准锚杆孔的孔轴方向。未作施工图纸规定时，开挖面光面 应垂直系统锚杆的孔轴方向应；与可能滑动面的倾向相反， 加固局部锚杆的孔轴方向，锚杆呈１５。的交角，按设计要求， 钻孔方位偏差不应大于５，同时确保成孔深度孑Ｌ深偏差值小 于５０ ｍｉｌｌ。 将孔内积水以及松散岩粉粒用高压风、水联合清洗钻 孑Ｌ，确保清除干净，在锚杆安装前，确定是否需要重新清洗， 还需对钻孔进行再次检查。对于不需要立即插入锚杆的孔 口，需要做加盖或堵塞保护处理。 根据现场锚杆孔孔向，当长度小于６ ｍ，孑Ｌ向上倾不超 过１０。时，不需设置进回浆管；当长度大于６ ｍ，孔向上倾超 过１０。时，必须设置进回浆管；９ ｍ锚杆必须设置进回浆管。 加工钢筋网按工程要求采用‘ｐ８钢筋网洞外分块的预制 钢筋网，洞内铺挂，随开挖面起伏铺设，形成２０ ａｍ ｘ２０ ｃｍ 网格，确保固定牢固定位锚杆。确保混凝土的保护层大于 ３ ｃｍ，混凝土受喷面与钢筋网的间距为２ ａｍ左右。 ３．３超前小导管 安装锚杆后立即进行注浆作业；孔内管路要通畅，封闭灌注 的锚杆，牢靠堵塞孔口，直到从注浆管注浆直到孔口冒浆为 止。 小导管布置沿隧道开挖轮廓线向外倾斜。注浆压力为 ０．５—１．０ ＭＰａ，采用双液注浆泵注浆。相邻两排小导管纵向 前后搭接的水平投影不小于１．０ ｍ，搭接的环向间距不小于 ４０ ｃｍ。水泥浆水灰比为Ｉ：１，水玻璃浓度３５波美度，模数 ２．４。 ３结束语 输水隧洞是水利水电工程的重要组成部分之一，探索与 实践综合施工配套技术的组织与实施，促进砂砾石地质引水 隧道施工技术的提升是十分必要的。本文为砂砾石地质引 水隧道施工技术的选择提供参考。 参考文献： ３．４砂浆锚杆 钻头选用要符合要求，钻孔点有明显标志，按施工图纸 的要求，偏差开孔再任何方向的位置不能大于１００ ｍｍ，同时 ・［１］ 易萍丽．现代隧道设计与施工［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２ｏ０７． ［２］ 贾仁辉．隧道工程［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，２００１． １２Ｏ・