紅旗水庫引水隧洞施工組織設計

陳建堯

(四川省都江堰管理局設計院,四川都江堰,611830)

1 工程概況

金堂縣紅旗水庫引水隧洞工程,是都江堰灌區續建配套與節水改造重要的引水項目。設計引水隧洞線路起于中江縣合興鄉禾木村張家溝處人民渠七期干渠,止于金堂縣官倉鎮紅旗村紅旗水庫庫尾牛腳桿。設計方案隧洞(主洞)總長為7972.7m,隧洞(主洞)最大埋深約 327m,最低處約 36m;為增加工程工作面,分別在樁號 2+610m、3+870m、6+282m處設施工支洞 3座,總長度 1338.7m。其中,1#施工支洞斜長 434.1m,2#施工支洞斜長 395.3m,3#施工支洞斜長509.3m。設計線路進口起點高程 524.083m,出口止點高程 520.448m。設計引用流量 5.0m3/s,加大流量 6.0m3/s。

本工程級別為 4級,永久性主要建筑物節制閘和引水閘、隧洞、暗渠、引水明渠等按 4級設計,次要建筑物和臨時建筑物按照 5級建筑物設計。

工程區中江 ～合興 ～石泉、金堂 ～石泉 ～官倉鎮有 101國道(興隆至長樂),另外有眾多的鄉村機耕道橫穿或重點建筑物旁邊平行通過,形成了本工程區較發達的公路交通網絡。

紅旗水庫引水工程在人民渠七期干渠上樁號99+736.7m右岸分水,干渠水位高程 526.783m,只修建 8.0463km的引水隧洞、暗渠、明渠注入紅旗水庫。

2 隧洞施工概述

2.1 隧洞(主洞)施工

由于隧洞底坡降不大,可采用一般平洞施工方法。洞內石渣水平運輸采用立爪裝巖機(100m3/h)裝渣,電瓶機車(5t)牽引 3.5m3礦車運輸至洞口,再由汽車運 0.5km～3km至棄渣場堆放。

2.2 施工支洞施工

施工支洞洞口段因埋深較淺,為淺埋土和砂巖質泥巖,采用分部開挖預留核心土方法施工,YT-28風鉆鉆孔,光面爆破,ZLC40B裝載機裝運渣。在井口及井身施工的同時,安裝、調試提升設備,前期設 5t臨時卷揚機提升出渣斜井施工安裝簡易開挖臺架,采用 YT-28風鉆鉆孔,全斷面開挖。對于施工支洞開挖洞內石渣運輸,采用0.6m3耙斗裝巖機裝渣,3.5m3礦車運輸,55kW雙筒絞車提升,卸于洞口再由汽車運 0.5km至棄渣場堆放。對于施工支洞平洞洞內石渣水平運輸,采用立爪裝巖機(100m3/h)裝渣,電瓶機車(5t)牽引 3.5m3礦車運輸至施工支洞底,通過斜井 55kW雙筒絞車提升,卸于洞口再由汽車運0.5km～1.2km至棄渣場堆放。

3 隧洞主要施工方法

隧洞施工按進口 、出口 、1#、2#、3#施工支洞共5個工作面考慮,設計斷面為城門洞型,開挖斷面3.6m×4.0m(寬 ×高)。

3.1 石方開挖

3.1.1 洞口開挖。本工程洞口巖層風化較強,巖層破碎,覆蓋著較厚的松散土層,施工時,自上而下進行開挖。為保證洞口施工安全,洞臉邊坡按設計要求設置馬道。洞口部位爆破,要根據開挖面形狀選擇光面、預裂或微差爆破方法,并規定適宜裝藥量,以保證洞口圍巖不被破壞。

3.1.2 洞身開挖。本工程引水隧洞大部份為Ⅳ類圍巖、少部份為Ⅴ類圍巖,故主要應以開挖后隨即襯砌的方式施工。開挖主要采用光面爆破技術,二臂鑿巖臺車鉆孔,乳膠炸藥和非電毫秒雷管爆破。

引水隧洞為全斷面開挖,施工支護采取系統錨桿、噴錨、掛網等措施,襯砌可落后于開挖的距離根據監控量測結果確定。

施工中如遇斷層破碎帶,采用先護后挖的施工方法,小導管預注超前支護,配合系統錨桿、噴射混凝土、掛網以及鋼支撐;人工開挖或者松動爆破,襯砌緊跟。

3.1.3 鉆爆法開挖施工工藝

Ⅳ類圍巖穩定性差,其變形破壞主要受巖體強度控制,隧洞開挖后,如果不及時支護,圍巖將產生松弛變形而坍塌破壞。因此,局部穩定性較差地段,以錨桿支護為主,將不穩定巖塊懸吊在穩定巖體上,充分發揮錨桿的懸吊作用。錨桿采用φ25mm砂漿錨桿,長度 2.5m,垂直于結構面打設。考慮到輸水隧洞斷面較小,為了加快施工進度,部分隨機錨桿采用氣腿式鑿巖機在鑿巖臺車平板上打設。其開挖作業循環為:鉆孔、裝藥、聯線、爆破、通風、清理撬挖、利用渣堆掛網噴混凝土、裝渣運渣、接軌等工序。

3.2 隧洞襯砌

3.2.1 澆筑前的準備。襯砌混凝土澆筑前作好修幫、清渣、清洗、立模和預埋管等工作。

3.2.2 襯砌的澆筑順序。襯砌采用分段流水澆筑,在大段之間進行流水作業,流水段長度與襯砌臺車相配套。橫斷面上的澆筑順序為先邊墻后頂拱、再底板,連續澆筑。

3.2.3 混凝土的入倉鋪料。由于隧洞工作面狹窄,采用輸送泵將混凝土泵入倉。混凝土泵的導管鋪設在工作平臺上,在進入到澆筑段時,才升高到模板上面。依靠泵的連續壓送,將混凝土澆入倉內。混凝土入倉后采用斜層澆筑法,要求左右側必須分層對稱,以免造成偏壓跑模,每層厚度不超過振動棒長的 1.25倍,振搗密實又不過振。

3.2.4 平倉與振搗。平倉可用插入式振搗器插入料堆頂部振動,使混凝土液化后自行攤平。振動影響半徑與振動力大小和混凝土的塌落度有關,一般為 30cm～50cm,須通過試振確定。為了避免漏振,應使振點均勻排列,有序振搗,振點間距約為影響半徑的 1～1.5倍,并應使振搗器插入下層混凝土約 5cm,以利上下層結合。振動過程中,還應與模板保持 1/2影響半徑的距離。模板上設附著式振搗器配合搗固。

3.2.5 襯砌的封拱。襯砌施工難度較大的工作是封拱。封拱是指在相鄰兩個澆筑段之間,對后澆段頂部混凝土的澆筑。后澆段的施工,因受先澆段的限制,倉內工作條件異常艱難,要想使后澆筑的混凝土形成完整的拱圈,必須在施工中采取如下特殊措施:封拱采用混凝土泵,在導管的末端接上沖天尾管,垂直穿過模板伸入倉內。沖天尾管的位置根據澆筑段長度和混凝土擴散半徑確定,其間距一般為 4cm～6cm,離澆筑段端部約1.5m左右。尾管出口與巖面的距離,原則上是越貼近越好,以保證壓出混凝土能自由擴散,一般為20cm左右。封拱時為排除和調節倉內空氣,檢查拱頂充填情況,在倉內巖面最高處設置通氣管,在倉的中央部位設置進人孔,以便進入倉內進行必要的輔助工作。

封拱的施工程序是:當混凝土澆至頂拱倉面時,盡量筑高兩端混凝土;加快泵的壓送速度,連續壓送混凝土;當通氣管開始漏漿或壓入的混凝土量已超過預計方量時,停止壓送;去掉尾管上包住預留孔眼的鐵箍,從孔眼中插入防止混凝土下落的鋼筋;拆除到關;待頂拱混凝土凝固后,將外伸的尾管割除,并用灰漿抹平。

3.3 通風及照明

隧洞三管兩線(φ100mm高壓風管、高壓水管和 φ150mm的排水管,照明線及動力線)的布置,總原則是滿足機械設備通過襯砌地段,保證200cm×200cm的凈空。

由于張家溝、一碗水(1#施工支洞)、吳家院子(2#施工支洞)、響水灘(3#施工支洞)、牛腳桿等通風距離長,通風管徑大,通風阻力小,因此采用風機串聯方式。各隧洞外設立空壓機房,風機采用天津通創 SDA50B-2T7型(功率 7.5kW+7.5kW,風量 170m3/min,風壓 1940Pa)及 SDA45B-2T4(功率 4kW+4kW,風量 250m3/min,風壓2450Pa)風機。風管采用 φ400cm軟風管,節長20m,100m漏風率 1.5%。通風管管口離開掌子面的距離不大于 20m,以確保良好工作條件。

隧洞開挖及襯砌工作面照明,采用 36V低壓電路,動力線采用 220V～380V,注意選擇絕緣防水良好的導線和燈具。

4 施工總進度

結合工程施工條件及工程特點,本工程施工總工期為 22個月(即第一年10月1日～第三年7月30日),本著從前至后、先難后易、分期實施、分期受益的原則來計劃安排。工程建設一般分為四個施工階段:工程籌建期(安排在第一年7月～9月),工程準備期(第一年10月1日～11月30日),主體工程施工期(第一年10月1日～第三年4月30日),工程完建期(第三年5月1日～第三年7月31日)。

本工程工期看似很緊張,但從水工結構上看,處于關鍵線路上的各項工序由于工程量較小,施工時間充裕,施工強度低,工期可以得到保證。因此,本工程施工總工期是可行的。