长距离小断面引水隧洞施工技术

苏兴彬，李艳梅，蓝天缘，冯 威

（1.崇左市左江治旱工程管理中心，广西 崇左 532200；
2.中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安 710054）

长距离小断面引水隧洞的主要特点包括：施工空间狭窄、工作面小（开挖断面小于10 m2）、交通运输不便、通风排烟排水困难、施工功效低[1～3]以及施工中可能会出现的塌方、涌水、突泥等工程地质灾害，施工环境总体较为复杂。但引水隧洞在长距离、复杂地形、地质条件下被广泛采用[4]，在工程穿山越岭、开挖难度大、交通不便的地区，避免了大规模的土石方开挖，使得长距离输水项目工程量减少、蒸发量减少、输水效率大大提高，因此水工隧洞成为国内外长距离引调水工程设计中经常采用的形式，特别是国内近几年供水、灌溉工程项目开工较多，特小断面长距离引水隧洞较为普遍。

1.1 基本概况

峙书隧洞洞长2404 m，隧洞穿越低山丘陵地区，设计断面为城门洞型，尺寸为2.20 m（宽）×2.32 m（高），开挖断面面积9.34 m2，按《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL 378-2007），属特小断面，设计流量为1.79 m3/s，最大埋深约为118.5 m，过沟库尾段最小埋深约为13.0 m，设计无支洞，洞内避车道间距为200 m，纵向比降1/1500，平面转角两个（21.8°、半径60 m，50.6°、半径50 m），隧洞穿越地层为侏罗系下统汪门组（J1w）粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、百姓组下段（J1b1）泥质砂岩夹粉砂质泥岩，围岩类别以Ⅴ类为主、局部为Ⅳ类，整体围岩较差，洞身位于地下水位线以下，局部渗水量较大。

1.2 施工组织设计

（1）开挖采用全断面钻爆法，一次钻爆成型，并及时进行一次支护锚喷。采取进、出口双向掘进平行施工，以满足计划工期。

（2）支护方式为安装钢拱架、锚杆、钢筋网片的喷锚支护，Ⅴ类和Ⅳ类围岩调整相应间距，进出口采用大管棚支护、库尾浅埋断层段进行超前小导管支护，洞内避车道加强支护。

（3）通风采用风管式压风输送，轴流风机20 kW，Φ600 mm柔性风管设置在洞内顶部，并加固牢靠，随着隧洞进尺加深，增加一台轴流风机串联送风，确保掌子面含氧量不小于19.5%，进口段工作面，对于通风排烟来说，属于正向坡，有利通风排烟或者通风排烟效率高，但对于出口段工作面，对通风排烟来说，属于逆向坡，不利于通风排烟，在已开挖的隧洞中间段容易形成烟塞。

（4）出渣对于这种特小断面隧洞施工来说是最为困难的，总体效率比较低，但经过多方咨询、比较，采用ZL15扒渣机装车、当地农用机具“七牛”（拖拉机的一种）进行运输，每车只能装3～4 m3，因隧洞围岩岩性较差，加上渗水影响，洞底板很容易软化形成泥浆，所以根据进度深度情况，适时进行底板铺筑碎石或砼进行硬化，以便于车辆运输和通行。

（5）排水设施，采用固定间隔距离设置集水井、安装智能控制水泵抽水和通风功效相反，在隧洞进口段，因为是逆坡排水，相对繁琐困难一点，而在隧洞出口段，因为是顺坡排水，相对容易一点。

（6）二次衬砌为钢筋砼，采用定型钢模台车（长度12 m）进行模板安装，钢筋等零星材料采用“七牛”进行运输，采用砼罐车运输至洞口后采用地泵进行输送入仓，相对效率高，质量容易控制。在穿越拐弯段时要对台车进行拆解重新组装，浇筑完成后要对地泵泵管及时彻底清理，方便后续使用。

1.3 对施工的主要不利影响因素

（1）围岩类型以Ⅴ类为主、Ⅳ类为辅，且有渗水，采用光面或预裂爆破进行掘进，超挖总是无法彻底避免，致使超挖出渣、喷护及二衬砼工程量不同程度增加，造成项目费用大幅度增加。

（2）因围岩差且存在渗水、钻爆废水，虽经采取抽排水措施，不可避免的造成隧洞底板泡水软化，车辆运输不便。

（3）该隧洞为特小断面且距离长，又未设计支洞，而洞内设施必须设置齐全，包括通风排烟风管、作业分管、进水管、排水管、动力电缆、应急照明、爆破线路、集水井等设施，在如此狭小空间合理布设上述设施，非常困难。

（4）在桩号N35+414.271 处存在FN15 断层且桩号N35+414.271～N35+594.271 为峙书水库库尾浅埋段（最小埋深约13 m），围岩为Ⅴ类，存在突泥涌水的风险。

2.1 钻爆法开挖的应用

采用全断面微差控制光面爆破法施工，按“短进尺、弱爆破、少扰动、勤支护”原则进行。城门洞型断面尺寸为3.10 m×3.25 m，周边孔间距50 cm，孔深1.1 m，采用间隔不耦合装药，毫秒雷管引爆，炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布，炮孔痕迹保存率60%以上，对节理裂隙极发育的岩体，达到20%。围岩中不得有明显振动裂隙，不得有欠挖。

底孔、掏槽孔、崩落孔采用耦合连续装药，间距分别为70、70、60 cm，孔深分别为1.3、1.3、1.4 m，毫秒雷管起爆，装填系数0.7～0.85，采用2#乳化炸药，Ⅳ类围岩循环进尺1.5 m、Ⅴ类围岩循环进尺1.0 m，掏槽孔采用斜线方式，确保掏槽效果。

起爆网络：①起爆材料采用MS1～13 电雷管。②起爆方法。周边孔采用电雷管引爆毫秒导爆管，通过捆绑毫秒导爆管形式用电雷管引爆毫秒导爆管起爆炸药。③起爆顺序：掏槽孔→崩落孔→底孔→周边孔。

结合围岩等现场情况，经多方案比较，最终确定爆破方案。爆破效果良好，装药耗时短，炮孔痕迹保存率高（50%以上），炮孔利用率70%以上，平均超欠挖±10 cm，岩体相对完整，循环进尺1.0～1.5 m，进尺比较理想，经济效果较好。

2.2 库尾浅埋断层破碎带处理方案优化

2.2.1 基本情况

隧洞进口段开挖至桩号N35+400时，围岩岩性逐渐变差且渗水量增加，根据地质勘探，在桩号N35+414.271～N35+594.271 范围存在断层、浅埋段，且位于峙书水库库尾处，需及时加强防护。设计方案采用小管棚（Φ42 mm、管壁厚3.5 mm、长3.5 m、@0.3 m×2.0 m），喷15 cm 厚C20 砼，钢拱架Ⅰ14（纵向间距0.6 m），挂钢筋网（Φ8 mm，@0.15 m×0.15 m），砂浆锚杆（Φ22、长2.5 m、@0.6 m×1.0 m）、顶拱回填灌浆等技术措施加强防护，确保施工安全。

2.2.2 方案优化

由于现场实际作业环境复杂，且处于库尾，实际渗水量较大，岩层破碎类似泥土，随时存在突泥、涌水、塌方的危险，为了确保施工安全，对原设计方案进行了优化。

（1）超前地质预报，采用超前钻孔，深度约6 m，用以探明渗水量大小，避免突然发生涌水情况。

（2）喷C20 砼调整为喷C25 早强砼，砼强度等级提高且凝固时间缩短，确保及时硬化凝固，缩短作业周期。

（3）挂钢筋网（Φ8 mm，@0.15 m× 0.15 m）调整为挂钢筋网（Φ8 mm，@0.10 m× 0.10 m），另外结合实际增设随机锚杆（Φ25 mm、长3 m）。

按照以上处理方案，施工过程中顺利穿过库尾浅埋断层区域，确保了施工人员、设备的安全。

2.3 隧洞开挖底板浸泡软化处理方案优化

峙书隧洞地质岩性总体较差，渗水、钻爆废水渗流到底板上，加上扒渣机、运输车等来回活动，底板很容易软化成泥，造成施工不便。因此对隧洞底板浸泡软化处理方案进行优化。①及时做好集水井汇集明水，对洞顶等部位大量渗水按照排水管汇集排水至底板排水沟，钻爆废水及时排除；
②钻爆时，底板留有10 cm 保护层，及时铺筑2～4 cm 碎石厚20 cm，个别岩性破碎部位采取浇筑15 cm 厚C20垫层砼；
③采用智能控制抽水泵，联动抽排积水，确保洞底板处于干地状态，便于施工运输。此优化方案减少了后期清基和回填砼工程量，利于工人及机械设备作业，同时避免了回填砼的费用损失。

隧洞底板浸泡软化处理方案经优化后，底板得到保护，运输效率提高，机械及人工处于干地施工状态，作业环境得到极大改善，提高了施工效率。

2.4 隧洞内通风排水等设施布置优化

因峙书隧洞距离长为2404 m，且未设置支洞，又是特小断面，按照常规布设各项设施无法实施，必须根据现场实际情况进行布置优化，以确保施工正常进行。

洞内风、水、电从上到下原布置为其中一侧布设施工用电、作业供风管，另一侧布设通风排烟管、进水管、出水管。方案未考虑应急照明、爆破线路、信号线路等设施，与实际作业不相符，不能满足要求，无法确保安全生产。因此，优化布置为其中一侧布设作业风管、进水管、出水管、爆破线路以及底部处设置集水井；
另一侧布设动力电缆、应急照明、信号线路，同时在本侧开挖错车道；
通风排烟软管布设于隧洞顶部。经过现场实际作业，运行良好，极大促进了隧洞开挖作业，节约了费用、提高了功效，同时满足安全文明施工的要求。

峙书隧洞为特小断面，加上工程地质条件差，穿越断层、库尾浅埋段，隧洞处于地下水位线以下且局部洞段渗水量较大，有两处平面转角，塌方掉块频繁。另外，工作面狭窄、大型机械无法使用、各种工序互相干扰、工序衔接难度大、工作效率低等，施工环境极为复杂。施工中应注意以下事项：

（1）隧洞工程建设前期地质勘察非常重要，由于种种原因，在编制初步设计时对勘察工作精度、实施精细度不高，进而影响到设计质量，以至于在施工中造成各种地质情况不明的不利影响，因此在施工中，引入各种精准可靠的超前地质预报手段非常重要。

（2）隧洞施工过程中，对已开挖支护后的围岩，特别是发生过塌方、稳定性差的洞段，变形观测非常重要，这是一项基础性的工作，做好此项工作，对于隧洞开挖断面控制、支护方式调整、施工安全质量保证具有重要意义。

（3）峙书隧洞因埋深大且位于库尾段，虽属于长距离隧洞，但未设计支洞，因此综合考虑出渣方式相对落后，如类似隧洞有支洞，可考虑采用绞车进行出渣，出渣效率会大大提高。

本文对长距离小断面隧洞的施工管理进行了深入思考，梳理了施工中出现的问题，总结了应对和解决问题的方法，积累了一定的工程施工管理经验，可以为同类型水工隧洞施工提供参考。

猜你喜欢进尺长距离隧洞水利工程隧洞开挖施工技术与质量控制建材发展导向(2022年20期)2022-11-03中小型隧洞混凝土衬砌地下水处理方式研究建材发展导向(2022年4期)2022-03-16隧洞止水带安装质量控制探讨建材发展导向(2021年12期)2021-07-22隧洞洞内施工控制测量技术浅析建材发展导向(2021年12期)2021-07-22大断面岩巷快速掘进技术研究视界观·上半月(2020年3期)2020-10-21谦比希铜矿大断面掘进爆破技术优化改进工程实践黄金(2020年6期)2020-09-10长距离PC Hi-Fi信号传输“神器” FIBBR Alpha家庭影院技术(2019年11期)2019-12-09小修液压转盘在高升油田的应用及认识中国化工贸易·中旬刊(2018年10期)2018-10-21支持长距离4K HDR传输 AudioQuest Pearl、 Forest、 Cinnamon HDMI线家庭影院技术(2017年12期)2017-02-06地铁深基坑不同施工进尺对邻近桥墩及下跨拱涵影响数值分析绿色科技(2015年2期)2015-04-20