深埋長輸水隧洞施工技術淺析

陳令令

（江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌330096)

1 工程概況

新建長輸水隧洞為跨流域引水工程[1]，施工方法采用鉆爆法全斷面施工，由于輸水線路經過范圍多為山區，山高陡峻，沿線地質構造發育，根據取用水高程，引水線路只能采用長隧洞布置。隧洞進口底板高程1529.00 m，全長10.51 km，其中洞身段長9965 m，設計底坡i=1/1000。輸水隧洞由進口段、無壓洞身段、出口段組成。洞身段為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，屬于特小斷面、特長型隧洞。隧洞設計流量為4.63 m3/s。長隧洞建成后一勞永逸，維護、修繕費用低，方便運行管理，但在施工中由于洞身地下水活動較強，褶皺裂隙發育，易坍方掉頂穩定差，地質條件復雜，不確定因素多，施工風險較大，同時施工工作面狹窄，施工難度大，造成施工周期較長，因此施工方法與技術研究是本工程重中之重，本文將從長隧洞結構布置、支護襯砌方式、灌漿方式，引排水以及其他具體施工技術等方面進行探討。

2 長隧洞布置及襯砌

2.1 長隧洞結構布置

長隧洞全長10.51 km，其中洞身段長9965 m，設計底坡i=1/1000。輸水隧洞由進口段、無壓洞身段、出口段組成。洞身段為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，屬于特小斷面、特長型隧洞。具體結構布置如下[1]：

（1）進口段(隧0-005.00～隧0+000.00)

進口段總長5 m，進口底板高程1529.00 m，底坡i=0。進口段為矩形斷面，邊墻0.4 m、底板為0.4 m 厚C25 鋼筋砼襯砌，邊墻高2.0 m。隧洞進口采用槽挖，洞臉開挖邊坡采用掛網錨噴支護，坡頂設置截水溝。

（2）無壓洞身段(隧0+000.00～隧10+400.00)

洞身段總長10400 m，洞身標準斷面為2.0 m×2.5 m 城門洞型斷面，頂拱中心角為120°，底坡為1/1000。該隧洞主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖隧洞，隧洞洞挖完成后，洞壁的支護工作應及時跟進。由于長輸水隧洞主洞洞身較長，里程隧2+2755.0 與隧7+362.0 處分別設置1 個施工支洞，支洞為2.2 m×2.5 m 城門洞，底坡i=1/2.5。

（3）出口段(隧10+400.00～隧10+510.00)

出口段總長110 m。其中隧10+400.00～隧10+405.00 m 為出口平臺段，長5 m，底寬2.0m，邊墻高2.5 m，底坡i=0，為40 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面；隧10+405.00～隧10+480.00 為泄槽段，長75 m，底寬2.0 m～5.0 m，邊墻高由2.5 m 漸變為4.0 m，標準段底坡i=1∶1.5，為40 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面；隧10+480.0～隧10+510.00 為消力池段，長30.0 m，底寬5.0 m，邊墻高4.0 m，為80 cm 厚C25 鋼筋砼矩形斷面。出口段采用槽挖，洞臉開挖邊坡采用掛網錨噴支護，坡頂設置截水溝。

2.2 隧洞支護及襯砌方式

新建長隧洞洞身覆蓋主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖。隧洞洞挖完成后，洞壁的支護工作應及時跟進。根據圍巖等級不同，采用不同的支護形式。若遇斷裂擠壓破碎帶、強富水地層、高地應力段、易塌及軟巖地帶還應認真做好超前預報工作，并結合超前小導管、超前錨桿以及預灌漿等措施進行施工[2]。主洞支護的具體施工措施見表1。

輸水隧洞襯砌厚度根據開挖揭露圍巖情況進行調整，采用0.3 m、0.4 m 厚C25 砼、C25 鋼筋砼襯砌，Ⅴ類圍巖特殊地段隧洞襯砌厚度加大為0.5 m，輸水隧洞初期支護和襯砌斷面圖見圖1。

2.3 回填灌漿、固結灌漿施工

二次襯砌結束后，當襯砌混凝土強度達到70%設計強度后對整個隧洞洞身進行回填灌漿，回填灌漿7 d 后進行固結灌漿[3]，灌漿設計圖見圖2?；靥罟酀{、固結灌漿的施工要求如下：

圖2 輸水隧洞回填、固結灌漿施工圖

（1）回填灌漿是在隧洞頂拱120°范圍內布置灌漿孔并進行灌漿，灌漿孔分為Ⅰ、Ⅱ序孔，并按孔序進行，Ⅰ序孔孔距6 m，Ⅱ序孔孔距6 m，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔交錯布置呈梅花形，預埋灌漿孔孔深深入圍巖不小于10 cm 且應鉆透空腔，灌漿時先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔。

（2）回填灌漿選用42.5 級普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa，在規定的壓力下，灌漿孔停止吸漿，延續灌注10 min 即可結束。洞身灌漿質量檢查結束后，對回填灌漿孔重新開孔作為排水孔。

（3）洞身固結灌漿應在回填灌漿工作結束7 天后才能進行，灌漿孔伸入圍巖3 m，灌漿孔排距3 m，灌漿時應先灌一序排，再灌二序排，最后灌三序排。每排先灌一序孔，再灌二序孔，然后灌三序孔。

（4）固結灌漿材料應選用不低于42.5 普通硅酸鹽水泥，初凝時間≥45 min、終凝時間≤10 h；固結漿液采用純水泥漿，漿液水灰比為1、0.8、0.6 和0.5 四個級別，漿液由稀至濃逐級變換，固結灌漿采用單孔灌漿法，灌漿在規定的壓力下，灌漿孔段注入率不大于0.4 L/min 時，延續30 min 即可結束。

（5）Ⅴ類圍巖地下水高壓力穩定流段，采用超前預灌漿結合初期支護的方式進行掘進；超前預灌漿灌漿材料采用普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5 級。速凝材料采用水玻璃，灌漿壓力根據現場情況確定，初擬孔口灌漿壓力為1.5 MPa。

3 施工技術要求

本工程輸水隧洞屬于特小斷面、特長型隧洞，隧洞開挖采用全斷面開挖，圍巖較差時采用短進尺開挖，開挖后及時進行初期支護，隧洞貫通后，對洞身進行永久襯砌、灌漿施工[4]。隧洞施工關鍵技術要求如下：

（1）電壓問題。當隧洞掘進至一定深度，洞外變壓器所供電壓產生壓降，難以滿足工作面施工機械作業要求時，可采用高壓進洞，在輸水隧洞掘進1 km 左右開挖洞室加設一變壓器降壓到施工要求電壓；

（2）施工供水。洞內施工可采用φ50 mm 管將水從洞口送到工作面供施工作業用水；

（3）通風問題。主、支洞前300 m 洞挖采用壓入式通風，300 m以后采用混合式，即爆破完畢后，壓入式風機與抽出式風機同時工作。風機除了停工和檢修時間之外，應始終處于工作狀態，不得隨意停機結束供風。當風機輸出風量風壓不能滿足隧洞通風要求時，可以適當增大風筒直徑或串聯一臺通風機進行升壓。為改善洞內空氣，可采取適當布置射流風機加以解決，為了降低工作面粉塵可在距工作面50 m 左右設水幕降塵器[5]。

（4）排水問題。洞內施工排水采用集水坑（2.0m×1.0m×1.5m）、集水井與水泵、排水管相結合的排水方式，首先把工作面的水排至集水坑（每隔500 m 設一個）；當為支洞側工作面時，通過水泵、排水管道抽排至接力泵站，由接力泵站排至支洞底部集水井（2.0 m×1.5 m×2.0 m），由高揚程水泵排至洞外的污水沉淀池，經處理達標后排放；當為隧洞進出口工作面時，通過水泵、排水管道抽排至接力泵站，由接力泵站排至洞外的污水沉淀池，經處理達標后排放。當地下涌水量較大時可鉆匯水孔或采用灌漿阻水。

（5）出渣問題。隧洞出渣采用輕軌單車道運輸，洞身每隔200 m 左右間距設置一錯車道，錯車道布置位置可根據開挖圍巖情況適當調整，應布置于圍巖類別相對較好地帶。錯車道布置見圖3、圖4。支洞軌道每隔8 m 設一組防滑裝置，人行道設置臺階、安全欄桿及縱向排水溝。

圖3 錯車道平面布置圖（尺寸單位：cm)

圖4 錯車道橫斷面布置圖（尺寸單位：cm)

（6）鋼筋砼澆筑。隧洞貫通后，采用有軌作業；在隧洞進出口拌制混凝土，采用斗車將拌制好的混凝土運輸至混凝土輸送泵跟前，采用人工將砼送入混凝土輸送泵，采用混凝土泵壓送入倉。先澆筑底板，后澆筑邊頂拱；底板采用底模臺車進行澆筑，澆筑完底板，砼強度達到要求后，采用有軌整體式鋼模臺車進行邊頂拱澆筑。對于地質條件差或有軟弱夾層的地段可提前襯砌[6]。

（7）主、支洞洞身均為城門洞型斷面，主洞施工結束后對支洞進行封堵，在支洞進口和主洞、支洞交叉位置采用漿砌石堵頭，堵頭長度為3.0 m，并且每隔10 m 均采用漿砌石砌筑，長度也為3 m，支洞其余洞段采用毛石回填，洞頂預埋φ5 cm 灌漿花管，回填后進行灌漿封堵。

（8）施工供電與照明應嚴格按照相關規范執行，洞身作業面采用投光燈照明，洞身非作業面采用白熾燈，應有備用電源。

4 結論及建議

本工程深埋長輸水隧洞施工應結合圍巖地質情況，對地質條件較好洞段采用開挖后再進行二次襯砌，對局部地質條件特別差地段，采用邊襯邊挖方式進行施工，以確保圍巖穩定；當遇到大斷層、地下涌水等不良地質段應采用超前錨桿、超前小導管和超前高壓預灌漿等加強初期支護后再進行掘進，并同時做好施工用電、用水、通風、出渣及排水等工程措施，在施工中要及時觀測和測量開挖斷面圍巖變形情況，同時做好超前預報工作，最大限度的保障施工中人員和機器設備安全，保證工程順利進行。