復雜地質條件城市供水工程輸水隧洞施工實踐

雷 金 華

(神農架林區雄圖建筑有限責任公司，湖北 神農架 442400)

?

復雜地質條件城市供水工程輸水隧洞施工實踐

雷 金 華

(神農架林區雄圖建筑有限責任公司，湖北 神農架 442400)

針對某城市引水工程輸水隧洞的區域地質環境和工程地質條件，從鉆爆開挖、豎井施工、明洞段施工等方面，闡述了輸水隧洞的整體施工方案，提出了隧道施工中破碎松軟、滲漏水、流砂、塌方、斷層等的處置措施。

城市供水，輸水隧洞，地質條件，施工方案

0 引言

在城市供水工程建設過程中，不可避免的會遇到輸水、地下引水等工程，這些工程通過輸水隧洞進行引水，當這類工程穿越復雜地質條件時，就會在很大程度上給工程帶來復雜性和不確定性[1-3]。復雜地質條件下輸水隧洞將會不可避免的產生諸如輸水壓力對隧洞襯砌結構安全的影響、錨噴支護體系承載能力及與圍巖的相互作用、復雜地質條件對施工造成的困難及對隧洞安全的影響等一系列工程問題[4]，同時，輸水隧洞還受到地質構造作用、地下水作用、大規模斷層帶等不利因素的制約，這些工程在開挖過程中，會發生隧洞坍塌、涌水、巖溶、襯砌結構開裂、支護結構斷裂等嚴重的工程問題[5]，而為了最大程度的減小這些工程問題的危險程度，提高輸水隧洞的安全程度與支護結構的安全性，人們通常會對隧洞加強各類支護措施[6，7]，因此，對復雜地質條件下的輸水隧洞的錨噴支護體系進行設計研究，具有現實的理論與實踐研究意義。

1 工程概況及工程地質條件

1.1 工程概況

某城市輸水線路中最為關鍵的是輸水隧洞的施工，該工程下穿城市郊區山體。輸水隧洞長1 186.8 m，縱向坡度為0.009，樁號0+000～0+932.591的圍巖級別為Ⅱ類圍巖，樁號0+932.591～1+243.636的圍巖級別為Ⅱ類～Ⅲ類圍巖，輸水隧洞的縱斷面圖見圖1。

輸水隧洞的開挖斷面為直徑3.1 m的內割圓形，由出口往進

口方向獨頭掘進。輸水隧洞的橫斷面布置圖見圖2。本工程輸水線路總長1 237.8 m，最大輸水能力為50萬t/d。

1.2 區域地質環境與工程地質條件

1)地質條件。工程區域構造位于華南褶皺系浙東南褶皺布帶的北東端，區域構造褶皺不明顯，以斷裂為主要表現形式，北西向的韓嶺—鄒溪張扭性斷裂貫穿其中。

擬建隧洞及其附近的構造形跡以節理裂隙為主，構造節理傾向傾角陡緩不等，節理裂隙面一般較平直，多為鈣質充填，局部可見有鐵銹浸染。本次勘察測得的節理產狀為103∠78°。

擬建場地發現有多處可能發生滑坡或崩塌等地質災害。其中在擬建輸水隧洞出口處，其上方存在一體積近百立方米的巖體，具活動過的跡象；在隧道入口處正上方，也存在大量松散狀風化殘留體，擬建工程的施工爆破等震動可能導致其滑動崩塌。

場地地下水主要為賦存于基巖風化帶中的裂隙水，沿節理裂隙面滲出。陸上兩個鉆孔地段地下水主要受大氣降水補給。庫區內鉆孔巖體內地下水受水庫水存量的影響較大，地下水對巖體的影響具長期、多次、短時間等特點，如對節理裂隙的沖刷、凍脹、增加巖體自重、加速風化等。

2)地層巖性。本區出露的地層主要是上侏羅統的中酸性、酸性火山碎屑巖，主要巖性為灰紫色、淺灰綠色變余玻屑塑變結構、次平行構造粗晶屑玻屑熔結凝灰巖、含晶屑玻屑凝灰巖、流紋(斑)巖、假流紋質漿屑熔結凝灰巖等，地質剖面見圖3。

根據本次勘察揭露綜合分析，場地內巖體由淺而深可分為以下四類：

第①層：含碎石粘性土：灰黃色，松散～稍密，稍濕～濕。坡積成因。骨干顆粒為塊石，母巖為強～弱風化火山巖，含量約為50%。粒徑以20 mm～50 mm為主，個別大于50 mm。充填物為粘性土及碎石。層厚4.00 m～4.20 m。

第②層：強風化熔結凝灰巖：灰黃色，稍硬。巖芯多呈碎塊狀，節理裂隙發育，按巖石堅硬程度分屬較軟巖，該層按巖體完整程度分屬破碎巖體，其巖體基本質量等級為Ⅴ，其圍巖級別為Ⅱ級。層厚1.60 m～3.60 m。

第③層：弱風化熔結凝灰巖：淺灰黃色、肉紅色，較硬。巖芯多呈塊狀～短柱狀，少量呈長柱狀，節理裂隙較發育。裂隙面鐵染呈黑色。節理裂隙面閉合～微張。按巖石堅硬程度分屬較硬巖，該層按巖體完整程度分屬較完整～較破碎巖體，其巖體基本質量等級為Ⅲ～Ⅳ，其圍巖級別為Ⅳ級。層厚2.00 m～3.00 m，其中Z6孔未揭穿。采芯率65%～80%，RQD=0%～52%。

第④層：微風化熔結凝灰巖：肉紅色、青灰色，堅硬。巖芯呈長柱狀。巖石顏色新鮮。按巖石堅硬程度分屬堅硬巖。僅發現有少量裂隙，裂隙面鐵染呈褐黃色或為鈣質充填。除Z1孔外，其余鉆孔均發現有陡傾角節理裂隙。該層按巖體完整程度分屬完整巖體，其巖體基本質量等級為Ⅰ，其圍巖類別為Ⅴ級。采芯率85%以上，RQD>60%。本層鉆孔未揭穿。

2 工程特點及整體施工方案

2.1 工程特點

本輸水隧洞工程的施工特點、難點為：隧洞出口施工點與公路相鄰，交通便利，便于組織機械化施工。但來往車輛較多，對施工(特別是對洞口明挖爆破和隧洞出碴)干擾較大。本工程的施工重點是三溪浦隧洞出口向進口方向獨頭掘進1 186.80 m，隧洞的開挖與混凝土襯砌是本工程施工控制的關鍵作業線路。因本工程豎井和取水頭部均無施工道路到達，施工材料設備進場和閘門等金屬結構運輸安裝是本工程施工的一大難點。取水頭部巖塞爆破，施工測量精度要求高，且技術要求較復雜，是本工程施工的又一難點。

2.2 整體施工方案

該工程的施工重點、工期節點是輸水隧洞、豎井的開挖和鋼筋混凝土襯砌及金屬結構安裝等主要工作量。隧洞快速施工，盡可能在單循環作業的基礎上安排平行交叉作業，做到組織有序，互不干擾。由于豎井和取水頭部均無施工道路到達，豎井和隧洞不能平行作業，豎井需在隧洞開挖全部完成后進行施工。用XU-600地質鉆機鉆孔爆破先行貫通豎井導洞，再由上而下擴挖，通過隧洞內S8的梭車將石碴運輸至洞口，由自卸汽車轉運至棄碴場。豎井開挖支護完成后對進口末端至豎井段隧洞進行混凝土襯砌支護，同時通過隧洞和豎井，將閘門、啟閉機、攔污柵等金屬結構提升至閘門井頂平臺，然后對閘門井進行襯砌、金屬結構安裝，再對豎井外隧洞進行二次開挖、襯砌、錨噴支護、鋼管安裝。洞外部分管道安裝、閥門井、蝶閥安裝、擋墻、圍墻等施工工作與豎井外隧洞施工同步進行，待閘門井、隧洞全部施工完成后最后實施巖塞爆破。

對于隧洞出口明方施工：因隧洞出口環境較為復雜，距離出洞口西側35 m有一條鄉村公路，路口有高壓線、電線桿通過，距離40 m處有一座公路橋通過，距離60 m處為直徑2 200 mm白溪輸水管橋。出口明方爆破難以實施，爆破評估改為機械鑿巖，為縮短施工工期且變壓器未能按時通電，因此在施工準備期間，同期進行出洞口明方鑿巖，并進行空壓機等設備及配電房的安裝、調試，待變壓器正常通電、空壓機安裝完畢即進行隧洞開挖。因原設計洞口中心位于一滑動斷裂面上，圍巖較破碎，洞頂右側埋深不夠，將洞口位置向左側平移3.0 m，因原設計洞口中心位于一滑動斷裂面上，圍巖較破碎，洞頂右側埋深不夠，難以正常進洞，洞口位置向左側平移3.0 m。出洞口開挖為5 m×5 m正方形洞臉，明方石方開挖采用自上而下破碎機鑿巖。

對于出洞口7.201 m明洞施工：因原設計圖樁號有誤，根據現場實際情況，明洞長度由原來的5 m調整為7.201 m。待明方開挖完成后，先在出洞口用破碎機鑿出隧洞輪廓線，再對7 m明洞架設鋼拱架，50 cm一榀，然后對明洞進行鋼筋網噴混凝土。

隧洞開挖及出碴計劃如下：每循環作業時間6 h，每天4個循環。隨著隧洞掘進深度加大，將適當增加通風排煙和出碴工序作業時間。隧洞掘進800 m以后，每循環作業時間增長到8 h，每天3個循環。出碴采用國內較先進的有軌機械化生產線，洞碴裝運采用P-60耙斗裝巖機配備XK8-7/132型電瓶車和S8梭車搭接，有軌機械化作業線裝巖運輸，石碴運輸至洞口，由自卸汽車轉運至棄碴場。

輸水隧洞混凝土襯砌由里向外進行施工，采用移動式鋼模臺車，混凝土輸送泵上料，JZC-750型攪拌機攪拌。

豎井石方開挖在土方開挖后，用XU-600地質鉆機鉆孔爆破先行貫通豎井2 m×2 m導洞，再由上而下擴挖，通過隧洞內的S8梭車將石碴運輸至洞外棄碴場。擴挖采用YT-28型氣腿式鑿巖機，乳化炸藥，非電毫秒雷管進行控制爆破。豎井支護根據圍巖情況與開挖同步進行，并對井口澆筑鋼筋混凝土進行護壁，確保施工安全。豎井混凝土襯砌從下至上分段施作，每段3 m，分一期、二期混凝土施工，HBT30C混凝土輸送泵將混凝土入模，插入式搗固器人工搗固。閘門、啟閉機、攔污柵等金屬結構，在征得業主、監理方的同意后，委托有專項資質的單位加工制造。

輸水隧洞開挖采用鉆爆法，以新奧法理論指導施工。隧洞出口周邊環境比較復雜，為防止爆破時飛石破壞周圍建筑及設施，采用整體封閉式防護，先在明洞口設一道由鋼、木架和竹籬片做成的洞門，然后采用鉆爆法開挖，光面爆破技術；鉆孔設備選用10 m3/min電動空壓機，YT-28型氣腿式鑿巖機，爆破器材分別選用非電毫秒導爆雷管、導爆管、2號巖石乳化炸藥、起爆器采用YJ-新3型起爆器。隧洞開挖炮眼布置圖見圖4。

3 結語

以某城市引水工程輸水隧洞為例進行了施工實踐研究，對輸水隧洞的區域地質環境和工程地質條件進行了詳細闡述，闡述內容包括：輸水隧洞工程概況、水文條件、地質條件、地層巖性。描述了輸水隧洞包括鉆爆開挖、豎井施工、明洞段施工等在內的整體施工方案和工程的特點及交通不便等施工難點。最后提出了復雜地質條件下面臨的施工難題以及對破碎松軟、滲水、漏水、流砂、塌方、斷層等的處置措施。

[1] 魏永慶,杜士斌.大斷面超長輸水隧洞的施工特點[J].水利水電技術,2006(3):8-11.

[2] 付維博,陳先恩.城市供水工程輸水隧洞新奧法施工質量控制措施[J].甘肅冶金,2006(2):59-60.

[3] 談英武,景來紅,楊維九,等.我國跨流域調水的長隧洞工程[J].現代隧道技術,2006(5):1-6.

[4] 李 云,何 偉,朱國金.輸水線路關鍵技術問題初探[J].人民長江,2013(12):31-36.

[5] 何勇軍,范光亞,徐海峰,等.輸水隧洞安全監控與預警技術研究進展[J].東北水利水電,2014(10):48-50,56,72.

[6] 趙子杰,程翠林.富水地層大口徑壓力輸水隧洞暗挖工法比選[J].北京水務,2007(4):4-7.

[7] 劉 銳.小型水庫輸水涵管加固技術方案關聯因素分析[J].長江科學院院報,2011(1):25-28.

The construction practice of water conveyance tunnel of urban water supply engineering under complex geological conditions

Lei Jinhua

(ShennongjiaForestRegionXiongtuConstructionLimitedLiabilityCompany,Shennongjia442400,China)

According to the regional geological environment and engineering geological conditions of water conveyance tunnel of a city water diversion engineering, from the drilling and blasting excavation, shaft construction, open cut tunnel section construction and other aspects, elaborated the overall construction scheme of water conveyance tunnel, finally put forward the disposal measures of broken soft, permeability water leakage, sand flow, landslide, fault etc. in tunnel construction.

city water supply, water conveyance tunnel, geological condition, construction scheme

1009-6825(2016)32-0190-03

2016-09-03

雷金華(1972- ),男，工程師

U459.6

A