水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)運用研究

王田源

（婺源縣水利水電建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

為加快施工進度，水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中經(jīng)常進行爆破作業(yè)。由于作業(yè)空間較為狹小、封閉，爆破產(chǎn)生的沖擊震動可能會對斷面圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動、破壞，做好斷面支護對確保下一步施工的順利進行，以及保障隧洞作業(yè)安全有重要意義。在這一背景下，探究水利工程特大斷面導(dǎo)流隧洞的爆破要點與支護技巧成為工程施工管理的重點。

1 工程概況

某水利樞紐總庫容36.9億m3，正常蓄水位386.6 m，兼有防洪、發(fā)電和灌溉等功能。主體建筑物包括砼面板堆石壩、溢洪道和電站廠房等。在修建砼面板堆石壩時，為提供無水施工環(huán)境，在該水利樞紐的左岸設(shè)置一條導(dǎo)流隧洞，洞身長度為1 211.4 m，洞軸線與巖層走向為斜交，設(shè)計最高水流流速20 m/s，最陡坡度為9.6%。導(dǎo)流隧洞結(jié)構(gòu)為斜墻馬蹄形斷面，頂拱半徑6.8 m，最大開挖高度21.80 m，最大開挖寬度22.51 m。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，導(dǎo)流隧洞上部覆土厚度166～231 m，地質(zhì)構(gòu)造有斷層、裂隙與層間剪切帶，洞頂軟巖屬IV級圍巖，邊墻洞圍巖屬II級圍巖，地下水活動較弱。

2 洞身開挖

2.1 選擇開挖方法

用起拱線將洞身分成上下2部分。對于圍巖級別為II級的，實施爆破作業(yè)后上、下2部分一起開挖，并在軟弱圍巖處使用噴錨掛網(wǎng)支護；對于圍巖級別為IV級的，上部選擇光面爆破后開挖，下部采用臺階法開挖，每階高度為4.8 m，在個別圍巖較差的地方使用噴錨支護。

2.2 鉆爆設(shè)計

本次工程中導(dǎo)流隧洞穿過巖層以II級圍巖為主，設(shè)計有3種炮眼，分別為周邊眼、掏槽眼和底板眼。其中，底板眼與周邊眼的深度均為3.2 m，每次循環(huán)進尺3.0 m，掏槽眼的深度為3.4 m。以周邊眼為例，其詳細爆破參數(shù)設(shè)計見表1。

本次工程中底板眼10個，掏槽眼2個，周邊眼27個，炮眼布置如圖1所示。

圖1 圍巖上半斷面炮眼布置圖

2.3 開挖爆破作業(yè)

開挖爆破作業(yè)流程如圖2所示。

圖2 開挖爆破作業(yè)流程圖

現(xiàn)場施工人員分別使用物理、化學(xué)方法對施工區(qū)域內(nèi)的圍巖級別進行確認，據(jù)此設(shè)計爆破方案，并選擇合適的爆破參數(shù)，以便于提高施工效率和開挖效果。完成地質(zhì)分析與爆破設(shè)計后，進行現(xiàn)場測量放線，借助于全站儀、經(jīng)緯儀和激光準直儀等儀器設(shè)備，確定隧洞的開挖輪廓線，為現(xiàn)場作業(yè)提供依據(jù)，避免出現(xiàn)超挖或欠挖的情況。鑿巖臺車進場后，根據(jù)設(shè)計好的爆破方案設(shè)定鉆孔參數(shù)，例如鉆頭的直徑、鉆孔的深度及鉆孔之間的間距與排距等。完成鉆孔后，檢查成孔效果，經(jīng)檢查確認孔深、孔徑等符合要求，并且無孔壁開裂問題后，清理鉆孔內(nèi)的碎石、粉末，然后按量裝填炸藥。其中，周邊眼采用Φ25的乳膠藥卷，進行不連續(xù)裝藥，其他炮眼則采用連續(xù)裝藥。裝藥后封堵孔口，用導(dǎo)爆管毫秒雷管復(fù)式簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的方式進行起爆。成功起爆后，現(xiàn)場施工人員利用軸流式通風(fēng)機進行通風(fēng)散煙，同時在開挖面上用水管噴射水霧，減少揚塵。完成通風(fēng)降塵作業(yè)后，安排經(jīng)驗豐富的人員進行安全檢查，經(jīng)檢查確定不存在殘炮、危石后，施工人員進場，使用挖掘機和裝載機配合清運爆破現(xiàn)場的碴石。

3 洞身臨時支護

3.1 支護方法

導(dǎo)流隧洞內(nèi)完成爆破作業(yè)后，應(yīng)立即開展臨時支護加固圍巖以保證安全。本次工程中首先進行洞內(nèi)噴錨、掛網(wǎng)，然后再開展二次襯砌施工。考慮到圍巖級別不同，分別設(shè)計了2種支護方法。對于II級圍巖，分2次噴射16 cm厚的鋼纖維混凝土，第一層為6 cm，第二層為10 cm。在洞頂及側(cè)墻分別設(shè)置長度為4.5 m，直徑為20 mm的砂漿錨桿，插入巖石深度為4.3 m。鋼筋網(wǎng)與錨桿露出端采用焊接方式固定。對于IV級圍巖，首先噴射C20級混凝土，同樣采用2次噴射方法，第一層噴6 cm厚混凝土后，掛鋼筋網(wǎng)，然后進行第二次噴射，厚度為6 cm。在導(dǎo)流隧洞的洞頂下方10 m內(nèi)，以排距為2.0 m、間距為5.0 m布置直徑為25 mm、長度為4.5 m的砂漿錨桿。

3.2 錨桿支護

砂漿錨桿的支護方法：根據(jù)施工圖紙在導(dǎo)流隧洞內(nèi)壁上確定鉆孔位置，并做好標記。安排人員進行復(fù)核，保證孔位偏差小于等于50 mm。然后使用鉆機以垂直于開挖面的方向進行鉆孔。插入砂漿錨桿前，應(yīng)注意檢查桿體是否有生銹、裂紋等情況，并同步制作砂漿。本次工程中所用的水泥砂漿，水泥與砂的比例為1∶2，水泥與水的比例為1∶0.4。砂漿制作完畢后進行檢驗，并將檢驗合格的砂漿灌注到錨桿中，注漿錨桿插入到鉆孔后，利用混凝土提高錨桿的抗拉拔性能，進一步提升錨桿支護效果。

3.3 噴射混凝土

噴射混凝土的基本流程如圖3所示。

圖3 噴射砼流程圖

在爆破作業(yè)后，應(yīng)當對導(dǎo)流隧洞內(nèi)裸露的圍巖破碎段進行初噴混凝土，通過盡快封閉巖面保證洞內(nèi)施工環(huán)境的安全性。初噴混凝土前，要注意清理噴射面，有浮石或晃動巖塊的，要及時清理；圍巖表面有巖渣、巖粉的，也要清理干凈。然后進行復(fù)噴。根據(jù)導(dǎo)流隧洞的支護要求，于洞外現(xiàn)場配制噴射支護所用的混凝土。向混凝土中加入適量的速凝劑，既可以減少噴射后出現(xiàn)滑移、流淌的情況，同時又能提高施工效率。洞內(nèi)噴射機就位后，裝入混凝土開始初噴。調(diào)整噴射嘴與巖面的夾角，使其控制在10°以內(nèi)。可以在噴嘴上安裝一段50 mm左右的擾料管，避免噴射混凝土?xí)r回彈石子砸傷施工人員。初噴混凝土厚度控制在5～6 cm，等到混凝土初凝完畢后，再進行復(fù)噴，直到噴射厚度達到設(shè)計值，停止施工。等待復(fù)噴混凝土終凝后，安排施工人員對系統(tǒng)錨桿拉網(wǎng)進行檢查和養(yǎng)護，保證洞身臨時支護達到施工要求。

3.4 安裝鋼筋

本次工程所用鋼筋在使用前均需要進行清理，去除表面灰塵和油垢。同時檢查有無生銹、彎曲等問題，如果有，需要除銹、調(diào)直。考慮到導(dǎo)流隧洞的洞身斷面較大，提前將鋼筋分段，制成1.5 m×2.5 m和2.4 m×6.0 m 2種規(guī)格的網(wǎng)片，然后運送至洞內(nèi)，現(xiàn)場完成鋼筋網(wǎng)片的焊接固定。同樣的，洞內(nèi)襯砌施工所用鋼筋，也是在洞外鋼筋棚內(nèi)提前加工成型，運送至洞內(nèi)現(xiàn)場綁扎或焊接。在特大斷面導(dǎo)流隧洞的頂拱、邊墻均設(shè)置了鋼筋，以提高隧洞整體強度。斷面環(huán)向設(shè)計雙層Φ30主鋼筋，底板與側(cè)墻鋼筋同時綁扎，可大幅度減少鋼筋接頭焊接工作量，對提高施工效率有積極幫助。拱圈鋼筋首先以混凝土固定在底板上，再通過鋼筋臺車綁扎。鋼筋臺車上部有5個定位控制系統(tǒng)，配套安裝5根Φ60鋼管，作為鋼筋綁扎的定位支撐點。此外，鋼筋臺車上搭載1臺1.2 t卷揚機，可以將需要焊接的主鋼筋吊起并移動到指定位置。完成精確定位后，將主鋼筋與縱向骨架鋼筋固定，兩者相接處采用焊接方式加固。

4 洞身混凝土襯砌

4.1 襯砌方法

結(jié)合導(dǎo)流隧洞襯砌斷面情況，本次工程中選擇了軌行式邊墻、頂拱全斷面12 m板襯砌臺車立模，保證開挖作業(yè)和襯砌施工能夠同步開展。在上斷面施工結(jié)束后，再進行底板混凝土的澆筑。隧道內(nèi)襯砌施工所用混凝土，由2輛10 m3的砼車交替運輸，保證施工進度。襯砌施工基本流程如圖4所示。

圖4 襯砌作業(yè)流程圖

對于特大斷面導(dǎo)流隧洞，其地板流水面設(shè)計成仰拱圓弧形。襯砌作業(yè)如果選擇常規(guī)的拉模法或蓋模法，除了會因為效率不高導(dǎo)致施工進度遲滯，還有可能因為達不到水工隧洞對流水面高度的要求而影響導(dǎo)流效果。綜合考慮多種因素后，本次工程中選擇了敞開式澆筑模式。首先澆筑下層混凝土，厚度大概在15 cm，然后再澆筑面層混凝土，厚度在12 cm左右。2層混凝土澆筑完畢后，使用Φ160鋼管滾筒進行滾動碾壓。碾壓成型后再使用木抹子進行抹平。整體澆筑墻拱二次襯砌使用全液壓鋼模臺車輔助施工，由于導(dǎo)流隧洞斷面足夠大，可以在洞內(nèi)完成鋼模臺車的安裝，并在拱頂預(yù)埋鋼筋作為吊點。混凝土在洞外拌制后，使用運輸車輸送到洞內(nèi)，混凝土泵送入倉后使用振搗器振搗密實。澆筑作業(yè)中現(xiàn)場施工人員定期測量混凝土的坍落度、凝結(jié)時間并做好相應(yīng)記錄。

4.2 混凝土襯砌施工技術(shù)

4.2.1 施工準備

現(xiàn)場施工人員在正式澆筑混凝土前，應(yīng)注意復(fù)核施工放樣的中線、高程和斷面尺寸等是否滿足相關(guān)要求。另外，還應(yīng)著重檢查端頭擋板是否固定好，襯砌施工所用混凝土有無離析、泌水問題，泵送設(shè)備工況是否良好。完成檢查后，對于存在的問題及時處理，確認施工準備妥當后，開始混凝土澆筑施工。

4.2.2 砼入模及振搗

泵送混凝土應(yīng)保證連續(xù)進行，盡量避免因為澆筑作業(yè)中斷而影響襯砌的完整性。要求泵管順直，防止泵管堵塞影響作業(yè)效率和澆筑質(zhì)量。要求泵管的出口與模板內(nèi)混凝土面的垂直距離小于等于1.5 m，既可以避免混凝土飛濺造成材料的浪費，又能減少混凝土高處落下后出現(xiàn)離析的情況。如果輸入口入模高度大于1.5 m，則需要使用串筒。現(xiàn)場泵送混凝土?xí)r，為了提高作業(yè)效率、節(jié)省工期，可采用左右兩側(cè)對稱澆筑模式，但是要注意控制2臺泵送設(shè)備的參數(shù)一致，兩端灌注高度差應(yīng)控制在20 cm以內(nèi)，對提高襯砌效果有積極幫助。混凝土入模后，及時使用插入式振搗器進行振搗。按照從中間向兩端的順序依次完成振搗，保證不漏搗、不過搗。每個點位振搗時間在60 s左右，觀察到混凝土表面不再有氣泡、浮漿出現(xiàn)后，即可將振搗器拔除，轉(zhuǎn)移到下一點位繼續(xù)振搗。

4.2.3 襯砌背后回填與養(yǎng)護

完成混凝土襯砌后，靜置一段時間，等到混凝土完成終凝后，對于襯砌背后空隙進行回填處理。回填作業(yè)時要注意對預(yù)留的排水設(shè)施進行保護，避免出現(xiàn)堵塞排水管道的情況。襯砌背后回填結(jié)束開始進行養(yǎng)護，要求養(yǎng)護時間不低于14 d。養(yǎng)護完畢后，施工人員可隨機抽取幾處位置，使用儀器測定混凝土的強度，根據(jù)強度測定結(jié)果決定是否拆除模板。對于非承重的端頭擋板，只要混凝土強度大于等于2.5 MPa，即可拆模；而對于拱墻等承重部位的模板，則需要混凝土實際強度大于等于設(shè)計強度的70%方可拆模。由于之前的施工中，提前在模板內(nèi)側(cè)涂刷了脫模劑，因此拆模比較容易，并且拆模后混凝土表面十分光滑。拆除模板后，繼續(xù)開展14 d的混凝土養(yǎng)護。通過灑水保濕等養(yǎng)護措施，防止混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫。

5 灌漿施工

5.1 回填灌漿

現(xiàn)場施工人員測量襯砌混凝土的實際強度超過設(shè)計強度的80%后，可以進行回填灌漿。對于局部未使用鋼筋的襯砌，選擇直接鉆孔灌漿；對于鋼筋混凝土襯砌部分，則使用預(yù)留灌漿孔進行灌漿。預(yù)留孔的布置方式：在鋼筋混凝土襯砌施工時使用鉆機在巖石上鉆孔，要求鉆孔深入巖石至少20 cm。然后將預(yù)埋管節(jié)嵌入孔內(nèi)，預(yù)埋管接的露出端與襯砌臺車模板頂進，起到固定預(yù)埋管的作用。對灌漿區(qū)段進行分序，以奇數(shù)排為I序，以偶數(shù)排為II序，采用間隔推移灌漿方式。前后兩序的灌漿間隔時間為72 h。將配制好的漿液裝入BW250壓力灌漿機中，設(shè)定好注漿流量、注漿壓力等參數(shù)后，依次完成各孔的灌注。

5.2 固結(jié)灌漿

在全序孔回填灌漿結(jié)束后進行7 d養(yǎng)護，養(yǎng)護結(jié)束后開始固結(jié)灌漿施工。首先使用風(fēng)鉆在預(yù)留孔內(nèi)造孔，檢查成孔效果，保證孔深、孔徑和孔斜率等參數(shù)符合施工要求，并且孔壁無明顯開裂。然后將軟管插入鉆孔內(nèi)，注水沖洗鉆孔。觀察到鉆孔返水清澈后即可停止。從I序孔中隨機挑選總孔數(shù)10%的鉆孔開展水壓試驗，根據(jù)試驗結(jié)果確定灌漿壓力等參數(shù)。固結(jié)灌漿也按照“逐段加密”原則進行，選擇最低的孔作為起始孔，完成該孔的灌漿后，左右交替灌漿，最后灌注最高的孔。導(dǎo)流隧洞上部孔灌漿完畢后，現(xiàn)場施工人員要按照“先關(guān)閉孔口閘閥，再關(guān)停機具”的順序操作。全序孔固結(jié)灌漿結(jié)束后，進行封孔養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不低于7 d，等到孔內(nèi)漿液完全凝結(jié)后，將孔口閘閥拆除，至此完成導(dǎo)流隧洞施工。

6 結(jié)束語

本文所述的水利樞紐特大斷面導(dǎo)流隧洞施工中，主要應(yīng)用到了光面爆破技術(shù)、噴錨掛網(wǎng)支護技術(shù)、二次襯砌技術(shù)和固結(jié)灌漿技術(shù)。在現(xiàn)場施工中，施工人員通過樹立全過程、精細化的管控理念，確保了導(dǎo)流隧洞施工順利完成。本次工程實際用時92 d，比預(yù)期工期提前了8 d，經(jīng)檢驗?zāi)軌驖M足水工隧道通過高速水流的要求。