小断面长距离水利引水隧洞施工技术

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[摘 要]小断面长距离隧洞，因其断面小，距离长，通风出碴困难给施工造成了很大的难度。本文结合工程实例，重点介绍适宜此类隧洞施工的通风、爆破、锚杆、二次衬砌等主要施工技术。

[关键词]小断面 长距离 引水 施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0017-02

1 工程概况

山西省晋中东山供水工程主要位于山西省晋中市，是一项跨流域引调水工程，实现了省内汾河流域中游与漳河流域上游连通，是山西省大水网规划体系中的重要组成部分，为“山西大水网”第五横晋中～长治线的规划工程，也是山西省“十二五”期间重点建设互连互通工程之一。

本标段标段分界点为8#隧洞进口（桩号YD2+676），下接9#隧洞的土洞段，标段分界点为9#隧洞进口（桩号YD7+205.92），本标段主洞段约4.5km（含过云竹河段393.76m），施工布置3条支洞（长度分别为：8-1#支洞长74.77m；8-2#支洞长151.55m；8-3#支洞长198m，断面形式均为城门洞型3.3m×3.66m）。主要作业地点为山西省长治市武乡县境内。

2 施工工期

东山供水8#洞隧洞计划工期为2012年4月1日开工，2014年3月31日竣工验收，计划施工工期为24个月，工期紧，任务重。

3 工程特点及施工方案选定

⑴、本工程主要特点：

①、断面小、长度大、通风困难、机械化作业程度底；

②、围岩地质条件差，地下水丰富；

③、工期短，施工干扰严重，难以平行作业。

⑵、施工方案选定：

①、根据隧洞断面小，长度大，支洞坡度陡的特点，采用轴流风机接力式通风；

②、为减少隧洞开挖对围岩的扰动和合理控制超欠挖，采用光面爆破技术，微震动和分段分次爆破技术。

③、根据断面小和排烟困难的实际情况，为减少内燃机具洞内的排烟量，出碴选用南昌产312挖装机装碴（电力驱动），采用东风小金刚自卸汽车运输。

④、根据隧洞断面小，无法进行平行作业的特点，围岩开挖后要及时进行初期支护。

4 主要施工技术

4.1 施工通风技术

长大隧洞通风是施工中的一项技术难题，而且本工程断面小、距离长，增加了通风的难度。

⑴、洞内需最大供风量计算：

①、按洞内高峰期人员15人计算：Q1=3×15=45m3/min；

②、按洞内2台出碴车（功率70kW）计算：Q2=2×70×2=280m3/min；

③、按洞内最小风速计算：Q3=15×0.15×60=135m3/min；

④、按洞内爆破石方稀释炮烟计算：Q4=5ab/t=5×60×40/60=200m3/min（a一次起爆炸药量，b一公斤炸药产生C0量，按40L计，t通风时间按60min计）。

取最不利组合Q5= Q1+Q2=45+280=325m3/min。

考虑风阻和漏风率系数为1.2，确定洞内需要最大供风量为Q6=325×1.2=390 m3/min。

⑵、施工通风设备选择

由于隧洞断面小，采用大直径通风管将影响洞内施工机具的运行，小直径通风管风阻大，供风量与供风距离受到很大的限制，机械设备不易配套。综合考虑东山供水8#隧洞采用φ800mm的通风管进行接力通风，通风机功率为30kw，供风量为500m3/min（大于需要最大供风量390m3/min），风管采用布质风管。

⑶、施工通风设备安装

通风设备安与每个支洞口。支洞进入主洞时圆滑过渡，不得有折角，以免影响通风效果。

通风设备安装时应使风管平顺，截面一致，如有破损应用专用胶水黏结不得用针线缝补，减少漏风量，通风管送风口离掌子面距离应大于15米，爆破时把最端头一节风管取下，以防被炸坏，接力通风时后面的风机供风量应大于前面的风机供风量，不能和前面的风筒直接相连，间隔距离以30～50米为宜。

4.2 光面爆破技术

⑴、石灰岩光面爆破关键技术：

①、密钻孔。根据围岩的岩性，节理，裂隙发育程度及地下水活动情况等因素，确定合理的周边眼间距和最小抵抗线，该隧洞周边眼间距为40～60cm，最小抵抗线为50～70cm，在实施过程中周边眼间距采用60cm，最小抵抗线距离采用60cm。

②、间隔装药。周边眼设计采用空气间隔装药结构，药卷之间采用导爆连接。在实际施工时围岩整体较好时采用集中装药，围岩整体性较差时，采用小药卷集中装药。

⑵、炮眼布置应符合下列要求：

①、掏槽眼应布置在开挖断面中央的下部，以使底部岩石破碎，减少飞石。

②、周边眼沿设计开挖轮廓线布置。

③、辅助眼应交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间，并垂直于开挖面。

④、开挖断面底面两隅处应合理布置辅助眼，适当增加装药量，以消除爆破死角。

⑤、斜眼掏槽的炮眼方向，在岩层节理发育时，不得与岩层走向平行，尽量与岩层走向垂直。

⑥、周边眼与辅助眼的底线应在同一竖直面上，且掏槽眼比辅助眼底深20cm，以保证开挖面平整。

⑦、周边眼外斜率大于5cm/米，眼底不得超出开挖轮廓线10cm，且最大值应大于15cm。

⑶、爆破作业应符合下列规定：

①、装药要定人、定位、定段，不得乱装药。

②、装药前应将炮眼内杂物清除干净，已装完药的炮眼要及时将炮眼杜塞。

③、爆破顺序为先中心掏槽眼后周边眼，最好底眼，分段起爆。

④、在开挖轮廓下上炮眼应均匀分布。

⑤、爆破后及时检查爆破效果，根据爆破监测数据及时调整爆破参数。

东山供水8#隧洞石方爆破开挖施工主要爆破参数下表：

光爆参数表

4.3 砂浆锚杆施工技术

砂浆锚杆采用YT28凿岩机钻孔施工，注浆工艺依据锚杆布置位置不同，拱部采用双管排气注浆法；侧墙采用单管注浆法。注浆设备采用专用高压注浆泵。

锚杆孔开孔前做好量测工作，按设计要求布孔并做好标记，开孔偏差不大于10cm；锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求，垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，交角大于45°。

锚杆孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于±50mm。用高压风冲洗、清扫锚杆孔，确保孔内不留石粉，不得用水冲洗钻孔。

砂浆采用高浓度砂浆，配合比通过现场原位试验确定，并坚持随拌随用的原则，对超过初凝时间的砂浆做报废处理。砂浆的干缩率必须在允许的范围内。

止浆塞塞入牢固，以确保能承受锚杆及注满锚杆孔砂浆的重量。排气管必须确保插入锚杆孔底，排气孔未出浆前，不得停止注浆。止浆塞在砂浆具有一定强度后方可拔出，拔出时不得振动锚杆。

双管排气及单管注浆作业如图1所示。

图1 双管排气及单管注浆作业示意图

4.4 二次衬砌混凝土施工技术

二次衬砌采用自行式液压衬砌台车衬砌，自行式液压衬砌台车见图2。

配置专用抗浮、抗侧偏千斤顶。在车架两端及中部设置抗浮千斤顶，衬砌前将抗浮千斤顶顶在隧洞拱部（中部抗浮千斤顶通过工作窗）。为防止将防水板、衬砌完成段的拱部衬砌顶坏，对千斤顶顶端进行专门设计。抗侧偏机构同抗浮机构工作方式相仿。

图2 衬砌台车示意图

工作窗综合考虑排气、振捣、抗浮等因素设置。为保证顶拱封堵密实，在顶部共设置3个封口器，能有效封堵密实顶拱。工作窗及封口器布置见图3。

台车设液压收支与丝杆顶升两套装置，增加台车使用的可靠度与收支的灵活性。

为确保施工过程中模板不变形，钢模采用6mm的钢板。挡头板满足榫接要求特殊设计，提高结构的整体性和防水性能。

隧洞衬砌根据新奥法原理在初期支护完成后适时进行。二次模注衬砌时间应在围岩量测净空变化速率小于0.2mm/d，变形量已达到预计总量的80%以上，且变形速率有明显减缓趋势时方可进行，适时衬砌。

施工注意事项：

①严格控制衬砌台车定位，保证二次衬砌的施工质量。

②严格按配合比拌合混凝土，注意运输过程中的坍落度损失。

③混凝土采用水平分层、对称浇筑。混凝土浇筑必须连续进行，相邻两层浇筑时间间隔控制在2h之内。

④灌注施工采用整环灌注，当混凝土灌至墙拱交界处时，间歇约1小时，以便于边墙混凝土沉实。拱圈封顶时，随拱圈灌注及时捣实。

⑤严格控制拆模时间，严禁混凝土强度未达到规范要求前拆模；混凝土试件现场试压达到规范规定强度时，方可拆模。拆模时要谨慎，以免缺棱掉角现象发生。加强混凝土的养护。

图3 台车工作窗及封口器布置示意图

⑥、衬砌浇筑10～20h后即可开始养生，采用洒水养生法，养生时间不少于14d。

5 结束语

小断面长距离水利隧洞，要根据实际情况选用有效的通风、爆破、锚杆、二次衬砌等施工技术，同时还用选用好合理的施工机械，以保证隧洞施工的顺利进行，应科学合理的组织施工，保证质量、安全、环保、健康，优质高效施工，以期达到最佳的技术经济效果。