重慶璧山區(qū)河湖水系連通工程隧洞施工技術(shù)淺析

蘇 營(yíng)

（福建路港（集團(tuán)）有限公司，福建 泉州 362000）

全面落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度，從根本上提高水資源統(tǒng)籌配置能力、改善河湖健康狀況和增強(qiáng)抵御水旱災(zāi)害能力，2010年1月，水利部在全國(guó)水利規(guī)劃計(jì)劃工作會(huì)議提出“河湖連通是提高水資源配置能力的重要途徑[1]”。

2011年我國(guó)正式推出河湖水系連通工程新方略，河湖水系連通在新時(shí)代被賦予了新內(nèi)涵，主要體現(xiàn)在水系連通以湖泊、江河和水庫(kù)等水利調(diào)蓄工程為基礎(chǔ)，通過(guò)一定的工程措施建立疏導(dǎo)、引排和調(diào)度等機(jī)制，增強(qiáng)改善江河湖水體之間的聯(lián)系，以提高水利系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化能力和抵御相關(guān)極端氣候?yàn)?zāi)害的裕度。優(yōu)化水資源配置，改善不良水系的生態(tài)環(huán)境是水系連通工程最重要的功能。在山區(qū)等地形條件下，水利隧洞是水系連通工程的最主要手段，基于其較為復(fù)雜的施工工藝和構(gòu)造，反復(fù)的水力條件和承擔(dān)的多重功能及型式，為提高隧洞的可靠性和安全性，應(yīng)充分了解工程特點(diǎn)，從實(shí)際情況出發(fā)，合理規(guī)劃施工方案管理技術(shù)，以便高質(zhì)高效的完成此控制性工程。

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)任務(wù)

璧山區(qū)河湖水系連通工程任務(wù)為打造璧山河湖水系連通，對(duì)璧南河進(jìn)行生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，提升璧山區(qū)的形象，改善璧南河沿岸人居環(huán)境。工程任務(wù)主要包含：①璧北河～璧南河連通工程一期輸水工程；②觀音堂翻板閘整治工程；③璧南河朱家橋至觀音堂段清淤工程；④璧南河生態(tài)護(hù)岸工程。

璧北河～璧南河河湖水系連通工程輸水隧洞部分主要是對(duì)璧北河～璧南河進(jìn)行隧洞連通，其起點(diǎn)位于璧北河支流大河壩攔河堰上游堆子坡斜對(duì)岸，距離千秋堰水庫(kù)壩址下游約500 m，終點(diǎn)位于璧南河支流福里樹上游皮家槽處，隧洞出口直接匯入皮家槽溝，流入璧南河。

隧洞工程主要由以下幾部分組成：大河壩進(jìn)口取水建筑物；隧洞（主洞）洞身及施工支洞長(zhǎng)；千秋堰進(jìn)口取水建筑物及支洞，隧洞出口建筑物。隧洞工程為無(wú)壓隧洞，主隧洞設(shè)計(jì)引水流量1.64 m3/s，設(shè)計(jì)縱坡1/3000，隧洞為城門洞型襯砌，斷面尺寸為1.8 m×2.1 m，為C25鋼筋砼襯砌結(jié)構(gòu)。千秋堰支洞也為無(wú)壓隧洞，進(jìn)口及斜洞末端均設(shè)置消力池，斜洞坡度15°，斷面尺寸1.8 m×2.0 m，為C25鋼筋砼襯砌結(jié)構(gòu)。

1.2 工程地質(zhì)條件

隧洞進(jìn)口為施工支洞。地形平坦，基巖基本外露，自然山坡坡度約50度，自然山坡穩(wěn)定，根據(jù)鉆探揭露及地面調(diào)查，隧洞區(qū)地層自上而下為：素填土，坡積粉質(zhì)粘土，全風(fēng)化頁(yè)巖，沙土狀全風(fēng)化砂巖，碎塊狀全風(fēng)化砂巖，弱風(fēng)化砂巖。

隧道區(qū)未發(fā)現(xiàn)有明顯滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象的跡象。覆蓋層為第四系全新統(tǒng)殘坡積（el-dlQ4）含碎石粉、砂質(zhì)粘土。進(jìn)口段巖體風(fēng)化嚴(yán)重，受到區(qū)域斷層影響造成工程地質(zhì)條件不良。隧洞洞身段圍巖為株羅系上統(tǒng)C-2段（J3C-2）淺灰紫色流紋質(zhì)含角礫玻屑凝灰?guī)r，巖體堅(jiān)硬密實(shí)，厚度達(dá)45 m～75 m。隧洞圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類，且完整性較好，未見風(fēng)化現(xiàn)象。局部巖體遭受區(qū)域斷層影響，造成破碎風(fēng)化現(xiàn)象，類別歸屬Ⅳ～Ⅴ類。

2 施工技術(shù)難度

2.1 隧洞開挖斷面較小，出渣效率受限

隧洞開挖斷面較小，大型機(jī)械進(jìn)入作業(yè)無(wú)法展開，且支護(hù)強(qiáng)度高，洞內(nèi)工作量大。同時(shí)工作面狹窄，交叉作業(yè)情況突出，為保證快速出渣必須嚴(yán)格控制好進(jìn)洞機(jī)械調(diào)度安排，保證洞內(nèi)交通通暢。

2.2 隧洞通風(fēng)除塵

隧洞主洞長(zhǎng)度為2200 m，支洞長(zhǎng)度為385 m，結(jié)合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考慮，如何保證開挖面的通風(fēng)除塵為本工程施工難點(diǎn)之一。

2.3 隧洞開挖

洞口邊坡開挖；強(qiáng)風(fēng)化巖層開挖邊坡1：0.7，弱風(fēng)化巖層開挖邊坡1∶0.5，臨時(shí)邊坡1∶0.4。洞口周圍應(yīng)布置截水溝，防止地下水、地表水和施工用水倒灌進(jìn)入洞室。

隧洞洞挖采用掘進(jìn)機(jī)開挖，開挖過(guò)程中必須注意超挖、欠挖及軸線控制，應(yīng)及時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄，加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，保證施工安全。

開挖過(guò)程中局部不穩(wěn)定的巖快采用隨機(jī)錨桿和支護(hù)，錨桿錨入深度、布置方式和支護(hù)方式根據(jù)實(shí)際開挖情況現(xiàn)場(chǎng)確定。

3 施工技術(shù)分析

3.1 洞身開挖

隧洞洞身開挖全程采用掘進(jìn)機(jī)法進(jìn)行施工。根據(jù)揭示的圍巖類別，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況選用XTR4/230懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，掘進(jìn)機(jī)施工工藝流程見圖1。

圖1 掘進(jìn)機(jī)施工工藝流程圖

工作面采用“一次截割成形”，即截割頭從工作面中間截面的底部開始截割。利用截割部的上下、左右移動(dòng)，以及行走功能，按截割規(guī)定的路線使截割頭掃過(guò)隧洞截面使其一次成形。截下的石渣由鏟板部收集，通過(guò)傳動(dòng)皮帶裝卸與自卸農(nóng)用車運(yùn)至渣場(chǎng)。

3.2 管棚超前支護(hù)

為保證管棚位置和方向的準(zhǔn)確，在洞口拱部設(shè)導(dǎo)向墻。管棚為直徑φ108，壁厚6 mm,環(huán)向間距和外插角按照設(shè)計(jì)要求施工。為確保鉆孔位置和方向準(zhǔn)度，管棚鉆機(jī)施鉆時(shí)由套拱上的導(dǎo)向鋼管確定插入位置。為了保證鉆機(jī)的工作空間和鉆孔精度，需要在支護(hù)外布置75 cm的操作空間。灌漿壓力確定出壓0.5 MPa～1.0 MPa，終壓為 2.0 MPa，材料選用水灰比為 1 ∶1 的水泥漿。按照規(guī)范灌漿前首先開展灌漿試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定灌漿參數(shù)，以利于后期施工。

管棚施工順序?yàn)橄仁┕し艠樱僮o(hù)拱，然后鉆機(jī)就位，先鉆奇數(shù)號(hào)孔打入奇數(shù)號(hào)鋼管，然后注漿，再接著鉆偶數(shù)號(hào)孔，檢查注漿效果后，再打入偶數(shù)號(hào)鋼管，然后注漿。鉆孔和注漿要按照從高到低，從外圈到內(nèi)圈，從上到下，從中間到兩邊的順序進(jìn)行施工，管棚鋼管大樣見圖2。

圖2 管棚鋼管大樣圖

3.3 錨桿施工

砂漿錨桿施工示意見圖3。

圖3 砂漿錨桿施工示意圖

（1）鉆孔：根據(jù)設(shè)計(jì)文件定位孔口，確保鉆孔方向、深度和間距精度。施工采用氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，按照孔深誤差不大于50 mm，孔徑42 mm確定鉆孔參數(shù)。

（2）洗孔：為確保灌漿工序的順利進(jìn)行，采用高壓風(fēng)機(jī)吹孔，凈化巖屑和碎渣。

（3）安裝錨桿：順著孔洞將錨桿插至孔底，并在孔口處外露不小于12 cm的錨桿尾，以便焊接鋼筋網(wǎng)。

（4）安裝止?jié){塞：在錨桿尾端安裝止?jié){塞，確保密封。

（5）壓注注漿材料：將排氣管和錨桿插入孔底，外露1 m左右的長(zhǎng)度。注漿管安裝在孔口位置，并用止?jié){塞封堵嚴(yán)密。試驗(yàn)排氣管通氣順暢后開始灌漿，以排氣管無(wú)法排氣或漿液溢出為注漿結(jié)束標(biāo)志。

3.4 噴射混凝土施工

采用TK-961型混凝土噴射機(jī)噴射骨料，骨料用強(qiáng)制拌合機(jī)分批次投料拌合。

噴射混凝土必須保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能。必要時(shí)可添加外加劑，嚴(yán)格控制水灰比。

混凝土按照初噴和復(fù)噴分兩次噴射，初噴的目的是盡快封閉外露巖面，阻止巖層表面的風(fēng)化侵蝕。復(fù)噴是在錨桿和鋼架安裝完成后進(jìn)行的，以便形成噴錨支護(hù)體共同受力，抑制圍巖進(jìn)一步變形，噴錨施工順序見圖4。

圖4 噴錨施工順序

3.5 沉降縫、施工縫施工

沉降縫通常采用膨脹止水條和中埋式橡膠止水帶并配合瀝青麻絮填縫。

在澆筑二次襯砌混凝土?xí)r，要注意避免止水帶變形移位。通常采用定位鋼筋和鋼筋?yuàn)A卡注止水帶。施工縫設(shè)置橡膠止水帶要牢固地安裝在預(yù)留槽內(nèi)。

3.6 施工排水

隧洞上坡施工采用自然排水，施工污水經(jīng)沉淀池沉淀、凈化處理后流走。下坡施工，沿縱坡每隔50 m設(shè)集水坑一個(gè)，自吸水泵排水至排水溝，排水溝縱坡控制在2%左右，流至下一級(jí)集水坑，直至排洞外排水溝，反坡排水見圖5。

圖5 反坡施工排水示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）河湖水系連通工程能夠較好地完成水資源二次調(diào)配、改善水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境，抵御極端氣候水災(zāi)害等任務(wù)，同時(shí)，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃高效管理能妥善處置工程運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的預(yù)料之外的問(wèn)題。

（2）水利隧洞施工應(yīng)充分結(jié)合其工程地質(zhì)條件、施工環(huán)境因素、工程任務(wù)要求和圍巖級(jí)別等采用相應(yīng)的施工技術(shù)和管理方案，提升施工技術(shù)水平，確保工程按照進(jìn)度要求順利完工發(fā)揮效益[2]。

（3）水利隧洞施工的主要模塊包括隧洞開挖、混凝土噴射施工、錨桿施工、襯砌和回填灌漿等幾大部分，施工過(guò)程中緊抓這幾部分工藝和質(zhì)量是完成隧洞工程目標(biāo)任務(wù)的基礎(chǔ)[3]。