磨盤山水庫輸水隧洞豎井施工措施

崔 強

( 哈爾濱市磨盤山水庫管理處，黑龍江 五常150200)

1 工程概況

磨盤山水庫是以為哈爾濱市供水為主，并結合下游防洪、灌溉等綜合利用的控制性水利樞紐工程，位于拉林河干流上游五常市沙河子鎮沈家營村上游1.8 km附近。［1］

供水洞穿過右岸山體，進口距壩軸線上游約200 m，隧洞設計全長1383.9 m，洞徑3.20 m，樁號為GS0 +000 ～GS1，其中GS0 +000 ～GS1 +073.9 為鋼筋混凝土襯砌; GS1 +073.9 ～1 +383.9 段為鋼板混凝土襯砌段，該段洞身大部分地段地質為泥夾塊石，富含水，圍巖不穩定，成洞條件很差。洞挖原設計為圓形，后變更為馬蹄形斷面，成洞洞徑3.20 m。地面高程在300.00 m ～430.00 m。

供水洞施工期間，經黑龍江省地質調查院對供水洞巖石級別重新進行鑒定，洞內巖石由原XI 級變更為XIII ～XIV 級。巖石級別增加，帶來了施工難度，開挖速度變慢，直接影響工程進度。為加快供水洞施工進度，經現場各方研究決定，在供水洞GS1 +063 段增設豎井，可以增加兩個工作面，縮短工期。

2 豎井施工

2.1 豎井位置選擇及工程布置

豎井井口位置根據地形、地質情況，首先要選定在堅硬的基巖上，避開滑坡體，以保證豎井井身穩定;其次，豎井口要避開挑水溝，以保證豎井口安全。供水洞豎井井口定在緊臨山體坡腳臺地上，地面標高H =323.0 m，豎井軸線與供水洞軸線斜交點里程在供水洞1 +050 處。豎井深度H =32.1 m，凈空長×寬=4.8 m ×3.6 m。豎井開挖斷面為矩形，井口為560 cm×680 cm，井身為430 cm ×550 cm，豎井平導開挖斷面為馬蹄形，上總數R =1.8 m的半圓，下部為360 cm×250 cm矩形。

2.2 豎井井口施工

利用挖掘機或推土機推出表層浮土或者松渣，形成一個施工臺階，在臺階平面上按擬定井口坐標放大樣。按施工要求，明挖井口，形成5.6 m ×6.8 m×2 m矩形抗，按要求綁扎井口籠式鋼筋，籠式鋼筋采用φ20 螺紋鋼，間距均為20 cm，豎向筋采用φ20 圓鋼，同井身護筋同號，豎向筋施工間距20cm。井口籠式鋼筋形成后，按尺寸澆注豎井鎖口圈混凝土，鎖口圈采用C20 混凝土，澆注尺寸按圖示。鎖口圈混凝土豎向筋底部要預留≥50 d長度，做為豎井護壁筋接頭。鎖口圈混凝土高度初步定為2 m，其實際高度要按施工地質情況定，鎖口圈混凝土基面盡量置于基巖面上，以防豎井井口下沉，表面要高出地面25 cm，防止地表水或雜物掉入豎井。豎井口根據周邊水流情況，安砌片石混凝土排水溝，形成排水系統，確保洪水不沖涮豎井井口。

2.3 豎井提升設備施工方法

首先在豎井口架立龍門吊，龍門吊骨架采用φ150 鋼管焊接，設計尺寸為:10 m

圖1 豎井提升設備施工設計簡圖

豎井提升采用5 t電動定向葫蘆，利用28 號工字鋼作橫梁，把棄碴從豎井提升后橫走到出碴位置，利用自卸汽車棄碴。

2.4 豎井井身施工

豎井井深32.1 m，采用全斷面豎向開挖，非電起爆，周邊眼采用預裂爆破。YT28 鑿巖機鉆眼，人工出碴，5 t電動葫蘆卷揚機提升。井壁施工φ22、L =30 m錨桿，設護壁筋φ20，豎筋和水平間距15 cm，豎筋每節長度為1.8 m，上節與下節用電焊連接，護壁C20 混凝土厚35 cm。豎井護壁混凝土每1.5 m高度襯砌一組。在豎井一側設槽鋼梯做人行通道。

2.5 豎井井口防洪安全

由于豎井口處山洪沖刷影響帶，須沿井口棄碴場周邊漿砌片石擋墻，確保洞口安全，洞口位置高程高出溝底2 m，并備砂袋防洪使用。

2.6 豎井井底抽水措施

豎井井底水源主要有地下滲水和施工用水。在豎井底靠風水管設2 m ×2 m ×1.2 m出碴槽兼集水井，利用45 kW高壓泵抽排到洞外。

3 豎井洞室施工

洞室開挖采取“短進尺，弱爆破，強支護，早封閉”12 字方法進行。

3.1 豎井至進口GS0 +000 ～GS1 +073.9 段施工

豎井至進口GS0 +000 ～GS1 +073.9 段巖石質量較好，開挖采用自上而下分層分區階梯狀開挖，對局部較堅硬巖體和孤石采用人工手持風鉆打眼，弱爆破解體。分層噴錨支護，分層高度5 ～8 m，一般情況下每6 m一級，開挖一級支護一級。

3.2 豎井至出口GS1 +073.9 ～1 +383.9 段施工

供水洞GS1 +073.9 ～1 +383.9 段巖石由原XI級變更為XIII ～ XIV 級。供水洞設計為φ 3.9 m圓形，局部地段掛網噴護。如果按設計圓形洞室施工，對成洞地質條件差的洞室開挖需采取拱架支撐作初期支護手段，由于圓形斷面施工，其支撐腿不能直立，應力分散，起不到支撐的作用。為此，供水洞豎井至出口段開挖斷面自圓心以下改變為矩形，才能使拱架支撐腿直立起到支撐的作用，開挖斷面上部成半圓形，開挖半徑由1.95 m增加至2.2 m，預留支撐拱20 cm 和5 cm 拱頂沉降值，下部矩形尺寸為1.95 m×4.4 m。

該段洞室洞身穿越淺埋溝谷，埋深15 ～20 m不等，洞頂覆巖體厚度薄，巖石屬強風化下限，節理發育，巖層破碎，地表有3 ～5 m富含水透水層，洞室開挖后裂隙水豐富，為減少爆破震動，縮短初期支護時間，洞室采用上下半斷面微臺階施工方法，即:圓心以上到拱頂為上半斷面，開挖高度2.2 m，開挖底寬度4.4 m，呈半徑2.2 m的半圓形，下半斷面開挖高度1.95 m，寬4.4 m呈矩形，上下半斷面臺階相距3 ～5 m。

3.2.1 上半斷面施工

上半斷面施工必須遵循“短進尺，弱爆破，強支護，早封閉”原則施工，其施工流程為:超前錨桿—開挖—架支撐拱—連接鋼筋—噴護混凝土。

1) 超前錨桿施工。在格柵拱拱背，沿徑向5 ～10°外插角施工超前錨桿，超前錨桿采用φ22，L =2.5 m螺紋鋼施工，環向拱頂90°園弧間距0、25 m，其余園弧間距0.5 m，每循環施工錨桿22 根。

2) 開挖。上半斷面開挖采用手持風鉆鉆眼，周邊眼光面爆破，每次開挖進尺≤1.2 m。

3) 格柵支撐拱施工。格柵支撐拱采用75#工字鋼加工或者用φ22 螺紋鋼筋制成格柵花拱，縱向間隔0.8 m 設一榀，每榀拱架由3 段拼裝而成，每段拱架長2.4 m，每段拱架兩端用H=8mm 厚鋼板加工成連接板，用4 組φ16 螺栓連接，每一榀格柵拱架按施工規范要求架立后，兩邊各設兩根φ22，L =2.5 m鎖腳錨桿固定，格柵拱沿周邊間隔0.5 m設縱向連接筋，連接筋采用φ22 螺紋鋼焊接，每兩榀格柵拱為一組，噴護C20 混凝土20 cm厚封閉，再施工下一開挖循環。

4) 出碴。由于上半斷面空間小，施工工序繁雜，只宜采用人工出碴到下半斷面。

3.2.2 下半斷面施工

下半斷面施工工藝流程為開挖—出碴—架立支撐腿—噴護混凝土。

1) 開挖。下半斷面開挖掌子面，距上半斷面開挖掌子面距離3 ～5 m為宜，以利于上半斷面人工出碴。下半斷面開挖采用手持風鉆鉆眼，周邊眼光面爆破，每次進尺≤2 m。

2) 出碴。下半斷面前50 m出碴采用裝載機直接出碴，開挖50 m后采用跟頭式扒碴機配2.5 t自卸車出碴。

3) 架立拱架支撐腿施工。下半斷面開挖出碴后立即施工格柵拱支撐腿，支撐腿長2.2 m，上部設H=8 mm厚鋼板連接板，下部焊接H =10 mm厚鋼板作支撐板，以提高整個支撐拱承載力，每榀支撐腿施工兩根φ22，L=2.5 m螺紋鋼筋作鎖腳錨桿。

4) 噴護混凝土施工。噴護混凝土采用潮噴機，噴護C20 混凝土，噴護厚度20 cm。

4 豎井回填封堵施工

考慮豎井作為供水洞洞身回填灌漿、固結灌漿、接觸灌漿、鋼板防腐、混凝土模板拆除的施工人員、施工材料進出口，留6.1 m鋼筋混凝土不澆筑作為工作面，具體步驟為:

1) 首先完成供水洞洞身回填灌漿、固結灌漿、接觸灌漿、鋼板防腐、混凝土模板拆除、洞身修補、清渣的工作。

2) 鋼軌鋪架，確定軌面標高。

3) 鋼護筒吊裝:鋼護筒分為3 節，每節長1.5 m，在洞內進行焊接，與鋼筋混凝土連接處采用木模封堵。

4) 鋼筋制安: 鋼筋為雙層￠20 的螺紋鋼，間距38 cm;環向筋間距20 cm，分為兩個半圓，待每節鋼護筒定位后進行鋼筋制安。

5) 混凝土澆築: 混凝土標號為C25，邊墻厚80 cm，拱頂中心厚245 cm，由豎井進料一次性澆築;在澆築混凝土前，預埋2 根￠40 的鋼管且高出混凝土頂面15 cm作為排水用。

6) 豎井回填: 待混凝土強度達到90%以后開始回填，回填前為減小填料對混凝土的沖擊力，在距混凝土拱頂100 cm處加一排鋼軌( 16 kg/m) ，橫向長440cm，與井壁錨桿焊接; 縱向間距100 cm。首先采用人工回填200 cm厚黏土，然后再回填隧道棄渣。豎井混凝土回填斷面圖見圖2。

圖2 豎井混凝土回填斷面圖

［1］黑龍江省水利水電勘測設計研究院. 哈爾濱市磨盤山水庫初步設計報告［R］. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2005.

［2］肖青春. 某隧洞豎井施工［J］. 西部探礦工程，2010(11) :199 －202.