靠山屯水庫供水線路改造地下洞室段施工技術分析

(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 工程概況

靠山屯水庫供水線年久失修，排水能力小，為了增大水庫的蓄水和調節能力，擬新建放水隧洞。工程(8+572～11+110)新建隧洞長約2.54km，斷面形式采用城門洞斷面，洞高3m，寬2.9m。新建隧洞區(4+730～11+110)地貌類型屬低山丘陵地貌單元。場地地面標高相差較大，地面標高最高約431.50m；最低處約202.00m，最大高差約230.00m。勘察期間鉆孔內未見地下水，地表亦未見地表水。工程沿線穿越村鎮，靠近公路，至各施工現場一般均有鄉村道路。部分區段需修筑臨時施工道路連通。工地四周有繞城高速、省道公路，交通便利，大量施工物資可用自卸汽車或拖拉機運達到管道邊，再用翻斗車沿管道運到工地現場。

2 洞口施工段施工措施

項目區進出洞口的地質環境與洞內地質環境有一定差異，往往存在一些弱地質體，處理不當可能會影響洞口的整體穩定性，因此進口段和出口段施工是施工重點。

2.1 進口段施工

該工程洞口上部揭露土層為坡積土堆積，下部巖層為縱橫向裂隙發育的泥質頁巖，不足以支撐洞口保持永久穩定，因此洞口需要進行加強支護。

a.進口段施工設計方案：洞口采用人工開挖，開挖斷面大于洞身斷面，寬度和高度分別增加0.5m，施工長度深入巖體2.0m，洞口支撐結構為鋼筋混凝土，支撐結構斷面為方形。

b.施工方法：在洞口支護結構達到要求強度后，人工開挖，使用風鉆和風鎬掘進，人工出渣。在頂部巖性較差時縮短人工掘進單循環進尺，采用超前錨桿配合鋼拱架進行加強支護。

2.2 出口段施工

出口段施工至107.60m高程時，外部山體出現明顯張開裂縫，繼續開挖存在安全隱患，研究決定先對山體進行加固支護后再繼續施工。

2.2.1 山體支護

利用預應力錨索加固不穩定山體，每根錨索有3根鋼索組成，錨固深度20.0m，支護表面防護使用掛準8鋼筋網和噴射C20混凝土。該措施主要為了預防山體的坍塌、滑坡、碎石滾落等。

為驗證支護措施的效果，保證施工安全，擬在洞內進行長度10m的試驗段開挖和支護，并進一步探明前方洞內巖性和地質結構。施工中，揭露前方巖層為泥質頁巖，水平層理結構，裂隙較發育，但穩定性良好。

2.2.2 洞壁加強支護

試驗段施工發現洞內上部裂隙夾縫中存在泥和顆粒的弱膠結物，在受到上部滲水和施工擾動時可能會出現冒頂或碎石掉落現象，需加強支護。

對洞壁上部120°范圍內采用鋼筋網支護，斷面使用鋼拱架支撐，并且全斷面噴射混凝土。該支護方式開挖和支護工序間的銜接要快，這樣有利于保證施工進度，減少支護時間，同時增加了洞身的安全穩定性。

3 洞室施工關鍵技術

根據放水洞進出口揭露的巖層特性，洞室工程施工具有斷面面積小、施工空間狹小、斷面尺寸不好控制、施工巖層條件差等難點。因此在加快開挖施工進度的同時，應加強支護措施，盡可能減少隧洞無支護狀態時間。工程的關鍵施工工序包括隧洞開挖和支護。

3.1 隧洞開挖工序

隧洞開挖采用全斷面光面爆破方法，爆破孔使用YT28氣腿式風鉆鑿孔，炸藥使用巖石乳化炸藥，人工裝藥，毫秒電雷管起爆。出渣采用JCYRB-60型液壓巷用扒裝機配合機動翻斗車進行運輸，出渣至洞外暫存場地，最后運走。

整個開挖過程的單循環進尺根據地質條件確定，而后制定爆破開挖方案，結合進出口及試驗段的施工情況，最終確定：?Ⅲ類、Ⅳ類圍巖每循環進尺控制在1.2～1.5m；?Ⅴ類圍巖及斷層帶每循環進尺控制在1.0～1.2m以內。同時根據實際地質情況隨時調整，保證施工安全。

爆破參數設置：炮眼深度直接決定了爆破效果，炮眼參數具體如下：掏槽孔深2.3m，輔助孔深2.0m，周邊孔深2.0m。炮孔間距0.3～0.5m，炮孔排距0.3～0.5m，如圖1所示。在鉆孔爆破實施過程中，技術人員應根據圍巖的巖性變化和現場爆破效果，及時調整爆破參數。

圖1 開挖爆破孔布置圖及鉆孔剖面 (單位：mm)

爆破施工工序：首先應準確做好測量放線工作，使用全站儀和水準儀進行放線測量，確定開挖縱軸中心線方向及高程，畫出開挖輪廓線。當放線測量時應注意是否需調整爆破參數。根據輪廓線布置炮眼，進行鉆孔作業，鉆孔應由上而下分層作業。孔位偏差不應大于5cm，周邊孔沿輪廓線調整范圍不大于5cm。

3.2 隧洞支護措施

洞身支護基本方法：洞身開挖斷面上部120°范圍內掛8mm×200mm×200mm鋼筋網防護，對一次開挖斷面采用定型鋼拱架支撐，拱架采用國標[10]型槽鋼，安裝間距1.0m，全開挖斷面噴射C20混凝土封閉開挖巖面，如圖2、圖3所示。

圖2 頂部鋼筋網及鋼拱架支護

圖3 噴射混凝土作業

若遇到裂隙及發育巖體、破碎斷層帶、陷落柱等特殊地質帶，可采用超前小導管預注漿和超前錨桿進行預先加固再繼續開挖作業。此外視情況還需對鋼拱架支撐進行加密。

鋼拱架安裝要點：鋼拱架的安裝不能影響占用設計襯砌斷面，設立支撐架時先對欠挖部分進行人工挖槽。鋼架應支護在洞壁的堅硬部分，若壁面軟弱就在鋼架與壁面之間設置鋼墊板，以免應力集中破壞壁面。鋼架安裝的角度和位置應盡量與洞軸線垂直，使鋼架更好地受力。每道鋼拱架在拱頂120°肩部及底角位置處利用4根準22錨桿進行鎖定加固，與鋼架采用高強螺栓進行連接，錨固深度2.3m。各拱架之間在頂部120°范圍內使用準22連接筋焊接連接，連接筋焊接間距0.5m，將鋼架形成組合架，防止其傾倒，增強整體抗變形能力。若鋼架后面存在間隙，則使用楔形鋼墊板進行填塞，使鋼架與圍巖更好地接觸，改善支護效果。鋼架安裝允許偏差，橫向和高度±5cm，鋼架平面應垂直與隧洞軸線，垂直度允許誤差±20cm。

3.3 噴射混凝土施工

原料選用：水泥采用強度等級不低于P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細骨料選用硬質潔凈的中砂，粗骨料采用粒徑0.5～3cm的碎石?；炷烈蠹壟淞己?，速凝劑初凝時間不大于5min，終凝時間不大于10min，用量根據試驗選定。

施工要點：噴射前檢查噴射面，簡單處理以下壁面，清除壁面的松動石塊、墻角的雜物等。然后使用高壓水槍沖洗壁面，使壁面濕潤。噴射施工應分段進行，由下到上、先墻后拱進行。施噴前，埋設噴層厚度檢查標志，以便控制噴層厚度，混凝土終凝至下一循環放炮時間不應小于3h。

第一次混凝土噴射厚度見下表。

第一次混凝土噴射厚度表 (單位：mm)

4 結 語

本文介紹的地下洞室開挖和支護施工指標和方法在靠山屯水庫新建地下隧洞工程施工中均取得了良好的效果。洞室開挖后堅固穩定，各方面指標也完全滿足設計標準要求，該工程中使用的施工技術可為其他相似工程提供一定的經驗和參考。