百色市東筍水廠取水口遷移工程輸水隧洞施工技術研究

甘 露

（廣西百色右江水務股份有限公司，廣西壯族自治區 百色 533000)

1 工程概況

為了建立一個安全可靠的城市飲用水源，百色市決定實施百色市東筍水廠取水口遷移工程，其中輸水隧洞為整個項目的控制性工程。輸水隧洞按遠期發展規模16.2 萬m3/d 一次建成，隧洞由百色水利樞紐銀屯副壩右岸上游1km 處起，穿越山體后至平板水庫庫尾止，設計為有壓隧洞，長度657.14m，斷面為圓形，直徑為2000mm。

2 地質地貌概況

（1）樁號0+020～0+035m（注：0+020m 前為明挖段），洞頂基巖主要為弱風化的中厚層狀，少量薄層狀砂巖夾中薄層泥巖及夾少量泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，巖石較破碎。巖體為較破碎的鑲嵌碎裂狀，上覆圍巖厚度8～17m，Ⅳ類圍巖不穩定，應及時支護、加強支護。

（2）樁號0+035～0+657.14m，洞頂基巖為微風化～新鮮的中厚層狀為主，少量薄層狀砂巖夾中薄層泥巖及夾少量泥質粉砂巖、粉砂質泥巖。巖層走向與洞軸線交角對成洞有利。工程處于地下水貧水地區，微風化～新鮮裂隙不發育，為微～弱透水性能，地下水呈滲水～少量滴水狀態。外水壓力折減系數βe 以0.25 計。巖體為較完整～完整的中厚層狀為主少量薄層狀、中薄層結構。圍巖以Ⅲ類為主，占92%左右，Ⅳ類圍巖約占8%。Ⅲ類圍巖局部穩定性差，局部Ⅳ類圍巖不穩定，應及時支護、加強支護[1]。

3 開挖斷面

根據不同的地質條件及開挖后的圍巖情況等參數，隧洞斷面分為A、B、C、D 四種斷面。

A 型開挖斷面：適用于Ⅲ類圍巖，漸變段，門拱形斷面，開挖直徑為3.2m。B 型開挖斷面：適用于Ⅲ類圍巖，標準段，門拱形斷面，開挖直徑為3.0m。C 型開挖斷面：適用于Ⅳ類圍巖，標準段，門拱形斷面，開挖直徑為3.38m。D 型開挖斷面：適用于Ⅳ類圍巖，漸變段，門拱形斷面，開挖直徑為3.38m，如圖1 所示。

圖1 隧洞開挖斷面圖

4 隧洞施工工藝流程

隧洞開挖斷面為城門洞型，擬采用單向掘進施工，全斷面一次性開挖，輸水隧洞臨時支護型式為3.0×3.0m（Ⅲ、Ⅳ類巖）。

4.1 Ⅲ類圍巖洞段開挖工藝及措施

先進行開挖準備、測量放線，然后按隧洞爆破方案進行鉆孔作業和裝藥爆破，爆破完成先觀察隧洞穩定再進行通風降塵后，接著進入隧道進行安全處理，最后進行出渣清底。

4.2 Ⅳ類圍巖洞段開挖工藝作業措施

Ⅳ類圍巖洞段除按照上述Ⅲ類圍巖洞段施工工藝和方法施工外，還需采取以下措施：地質探察、超前支護、圍巖支護、施工監測、混凝土跟進襯砌。技術要點及工藝流程如下：

（1）地質探察：在開挖作業時，應做好地質跟蹤和預測工作，在必要時采用超前勘探孔摸清圍巖性狀，以便采取適合的開挖方法及措施，確保圍巖穩定[2]；（2）超前支護：在Ⅳ類圍巖洞段開挖前，采用超前錨桿等方法對前方圍巖進行預支護加固，增強圍巖自穩能力；（3）圍巖支護：Ⅳ類圍巖鉆爆后暫時不進行洞渣清理，應先對洞內進行安全處理和平渣后，立即對邊墻上部及頂拱進行初期支護，支護方法采用隨機錨桿及掛網噴混凝土；出渣后盡早安裝鋼支撐，形成一柔性封閉環，保證圍巖的穩定[3]；（4）施工監測：隧洞成形后，根據觀測方案在洞內布置觀測點，并對圍巖進行連續變形測量，根據測量反饋信息，指導開挖和支護施工，確保成洞穩定和施工安全；（5）混凝土跟進襯砌：在變形監測中，如發現局部圍巖變形速率急增且采取了一次支護措施，仍然不穩定時，應襯砌邊和頂拱鋼筋混凝土。

5 爆破方案的確定

爆破方案的成功與否直接影響每一循環鑿巖工作量、爆破效果循環進尺、洞成形的好壞。因此爆破方案的編制至關重要。

5.1 炮眼數的確定

施工前先按下列公式計算炮眼數目，在施工中根據具體情況再作調整以達到最佳爆破效果。爆破參數的確定：

（1）炮眼直徑：42mm

（2）炮眼深度：根據施工工藝要求選擇炮眼深度為2.5m；

5.2 炮眼的布置

掏槽孔：Ⅲ、Ⅳ級圍巖采用四眼菱形斜眼掏槽，為保證掏槽鉆孔精度，掏槽位置選擇在隧道中線偏下的位置。

預裂孔：根據鉆爆設計選定的預裂孔間距，嚴格控制外插角以減少超欠挖。

爆破孔：爆破孔所在位置在預裂孔抵抗線的邊緣，爆破孔的孔距稍大于預裂孔抵抗線[4]。

5.3 單孔裝藥量的計算

表2 炮眼部位系數λ 值

5.4 裝藥結構

預裂孔采用直徑25mm 小藥卷，間隔裝藥；其余炮眼直徑采用32mm普通藥卷連續裝藥結構，如圖3 和圖4 所示。

圖3 周邊眼光面爆破間隔裝藥結構示意圖

圖4 普通炮眼連續裝藥結構示意圖

6 隧洞襯砌施工

6.1 襯砌時機

在支護變形和圍巖基本穩定，并達到以下四點要求后，便可進行混凝土的襯砌作業。（1）隧洞周邊的位移速率減緩趨勢明顯；（2）隧洞底部和兩側的收斂速度低于0.2mm/d，或是拱頂的位移速度低于0.15mm/d；（3）襯砌前，收斂量高于總收斂量的80%；（4）支護表面未出現明顯的裂縫。

6.2 襯砌施工流程

襯砌施工嚴格按照下列順序進行：

清理巖石及基礎驗收交接→澆筑底板混凝土→邊墻、頂拱鋼筋安裝→模板臺車就位→灌漿管安裝預埋→混凝土澆筑→拆模養護→下一個循環[5]。

7 施工監測

7.1 監測目的

隧洞施工監測是隧道工程施工管理、新奧法施工及噴射混凝土施工的重要構成部分，監控反饋的數據不僅能指導施工，預報險情，確保安全，而且還可以通過隧洞施工監測獲得圍巖動態，為支護和襯砌提供施工依據，還為隧洞工程后續設計與施工積累技術資料，因此，應該切實作好隧洞的監控測量工作。

7.2 監測內容

洞內監測包含下列內容：圍巖鉆孔軸（橫）向位移、洞室內空收斂變形、頂拱沉降、底拱上抬、圍巖松動范圍、圍巖對支護結構的壓力支護結構應力與變形、質點振動速度等。

7.3 監測方法

在本隧道施工過程中，使用周邊收斂儀、精密水平儀，分別進行隧道周邊位移，拱頂下沉和地質超前預報監控，隧洞的觀測點由監測小組進行埋設，測量元件的安設及初次測量的時間應在爆破后24 小時內，并應在下一次爆破之前完成。依據測量數據，繪制凈空水平收斂圖，以及拱頂下沉距開挖工作面距離關系圖，同時分析并判斷初期時態曲線，預報并反饋地質狀況，便于二次襯砌施工。觀察并記錄圍巖以及支護結構情況，如果出現問題要及時處理，確保結構和施工過程的安全。

當隧道初期施工時，位移及下沉量較大，或地質變化明顯時，需測量斷面間距并取較小值。在施工過程達到一定的程度后，位移的下沉量較小且地質良好時，測量間距取較大值，并視具體情況加大，此時，應在較弱結構面和圍巖突變處，增設測量的斷面和測點。

8 結束語

目前，東筍水廠取水口遷移工程輸水隧洞已進入施工階段，工程爆破開挖施工達到預期效果，各項監測數據處于安全范圍之內。輸水隧洞的施工，需要施工隊伍嚴格按照總體方案上的程序認真進行隧洞開挖、洞身支護、施工測量、圍巖施工等施工步驟，管理人員需要認真學習并熟練掌握每個步驟的施工技術，這樣才能保證隧洞施工的質量和安全。