某小型水库导流输水隧洞施工技术方法研究

余小花，付志坤

(江西省潦河工程管理局，江西 奉新 330700)

1 工程概况

某新建小(1)型水库工程建设任务是“解决集镇、农村人畜生活供水和灌溉供水”，水库总库容296.90万m3，枢纽工程由黏土心墙砂砾石坝、导流兼输水隧洞、溢洪道等主要建筑物组成。本工程隧洞是一个集前期导流，后期输水的多用途隧洞，是整个工程中极具关键的建筑物，工程前期需配合导流围堰进行前期施工导流，导流洞施工质量，直接关系着整个工程的工期与质量，隧洞施工技术主要包括隧洞开挖、支护、隧洞衬砌、灌浆及排水、通风等，由于隧洞本身属于地下工程，地质条件复杂，不确定因素多，施工中应把握好整个隧洞施工技术，控制施工质量、进度和施工工序，避免出现施工质量和安全问题而影响整个工程质量和进度，文章以工程中施工中导流输水隧洞为例，以隧洞整个施工工序详细展开论述，为本工程及同类型工程隧洞设计施工提供参考依据和借鉴。

2 隧洞结构设计

导流输水隧洞布置于右岸，采用两洞合一、输水隧洞“龙抬头”形式，即进口段上下分开，后半段结合共用。结构组成如下：

2.1 导流专用段

导流专用段总长114.95m，底坡i=1/35，进口底板高程1286.0m，洞身断面为2.2m×2.5m城门洞型，顶拱圆心角120°，初期支护采用喷锚挂网、钢拱架两种支护形式，二期采用C25钢筋混凝土衬砌厚0.4m。进口洞脸边坡1∶0.3，两侧边坡1∶0.5，挂网喷C20混凝土10cm厚。施工导流结束后，在里程0+098.30-0+108.30m采用C20混凝土封堵导流隧洞。

2.2 输水隧洞

输水隧洞布置如下：

1)有压段：

有压洞身段长54m，底坡i=1/1000，进口底板高程1301.50m，洞身标准断面为1.5m×1.8m城门洞型断面，顶拱圆心角120°，初期支护采用工14型钢拱架，二期采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.4m。进口洞脸边坡1∶0.5，喷锚挂网喷C20混凝土10cm厚。

2)闸室竖井段：

竖井段长6.0m，底宽3.8m，底坡i=0。闸室内设有1.2m×1.2m平板铸铁检修闸门和平板铸铁工作闸门各一道，配16T手电两用螺杆启闭各一台。闸室上方浇筑方形竖井至启闭层，竖井井筒外壁为5.0m×3.8m矩形断面，锁口以下采用C20混凝土喷锚挂钢筋网支护，喷混凝土厚10cm，井壁采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.6m，井内设爬梯及休息平台。

3)无压段：

该段长52.45m，其中：输0+060.00m-输0+067.50m为水平段，输0+067.50m-输0+078.18m为圆弧段，输0+078.18m-输0+096.03m段为斜井段，输0+096.03m-输0+107.65m段为反弧段，断面大小均为1.5m×1.8m，顶拱中心角为120°拱城门洞型，初期支护采用喷锚挂网、钢拱架两种支护形式，二期支护采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.4m，在输0+107.65m里程处与导流洞合二为一段。

4)导流输水洞身结合段：

导流输水洞身结合段长161.35m，其中，输0+237.41m-输0+251.50m段为转弯段，断面大小为2.5m×2.8m，顶拱中心角为120°拱城门洞型，初期支护采用喷锚挂网、钢拱架两种支护形式，二期采用C30钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.4cm。设计底坡i=1/35，隧洞出口边坡1∶0.5，喷锚挂网喷C20混凝土10cm厚。

5)泄槽段：

斜坡段长16.9m，底坡i=1/1.5。边墙高1.5m，底宽由2.83m渐变到8.67m，矩形断面，边墙、底板厚均为0.4m厚的C30钢筋混凝土衬砌。

导流期间施工出口消力池段，消力池底板采用1m厚的块石护底,导流结束后泄槽末端并入溢洪道消力池，与溢洪道共用同一消力池。

3 主要施工方法

隧洞施工顺序一般包括：施工准备—施工测量控制网建立—施工临时道路修建—进出口洞脸明挖—洞脸锁口—石方洞挖—锚杆支护—挂网钢筋—喷射混凝土—衬砌段钢筋制安—混凝土底板衬砌—混凝土边项拱—回填灌浆—固结灌浆—工程收尾—竣工验收。文章将根据隧洞施工顺序对隧洞施工技术进行逐一研究[1]。

3.1 隧洞开挖及支护

3.1.1 开挖施工方法

隧洞施工准备、施工测量及临时道路修建为地上部分施工，施工工序简单，文章不再赘述，隧洞开挖采用电子全站仪精确测量，在掌子面用油漆画出开挖边线，并按照试验段的爆破参数进行布孔，洞内石方开挖每工作面采用4-6台手风钻钻孔，人工填装乳化炸药，非电毫秒雷管微差爆破，周边进行光面爆破，导爆索起爆，开挖爆碴均由装载机运至洞口装20t自卸汽车运至弃料场或利用料场堆存，开挖中对局部岩体破碎带采用锚喷等临时支护措施，以确保围岩稳定[2]。

根据地质资料及现场揭示情况显示，本工程导流输水隧洞主要为Ⅲ类围岩，洞身每循环钻孔深度2.2m，进尺2.0m，围岩开挖采用“新奥法”施工工艺，Ⅲ-IV类围岩采用全断面开挖，V类围岩围岩较差采取上导坑(层)领进下层开挖的施工方法[1]。隧洞开挖工序见图1。

图1 隧洞开挖工序流程图

3.1.2 临时支护施工方法

隧洞开挖过程中，具体临时支护按照设计方案进行，如围岩情况发生变化时及时按设计及监理要求调整支护方案。隧洞不同部位临时支护施工方法如下：

进、出口洞脸边坡临时支护范围为正面边坡及两侧边坡，设Φ25系统锚杆，L=4.5m，间排距 2m，伸入基岩4.4m。喷C30混凝土10cm。

锁口施工：进、出口沿开挖轮廓线外设三排锁口Φ25锚杆，第一排沿洞挖开口线外10cm布置，间距30cm，L=3m，外倾角度0°，第二排间排距30cm，L=3m，外倾角度15°，第三排间距50cm，排距30cm，L=3m，外倾角度25°，挂口后采用钢拱架及锚喷联合支护。

渐变段临时支护：渐变段全为Ⅲ类围岩：边顶拱设Φ25系统锚杆，L=3.0m，排距1.5m，沿圆周均匀布置，挂网φ8@20×20cm，喷10cm厚C30混凝土，根据围岩况局部增设随机锚杆。

本导流洞进出口为矩形断面，拱顶及两肋岩体自稳能力极差，为确保安全，对进口段5m、出口3m段用I18工字钢拱架加强支护，间距根据实际地质情况调整，拱架间用Φ22钢筋水平焊接相连，间距1m，拱架腰线以上设Φ25径向锁定锚杆，L=2.5m 间距1.5m， 腰线及拱脚处各设1处Φ25锁脚锚杆，每处2根，L=2.5m，锁定锚杆与钢拱架焊牢。

洞身段临时支护：Ⅲ类围岩段边顶拱180°范围内进行初期支护，设Φ25系统锚杆，L=3.0m，每断面7根，排距1.5m，梅花型布置，挂网φ8@20×20cm，喷10cm厚C30混凝土，局部增设计随机锚杆。Ⅳ类围岩岩体破碎，稳定性差，边顶拱240°范围内进行初期支护，设Φ25系统锚杆，L=3.0m，每断面10根，间隔布置，排距1.5m，梅花型布置，挂网φ8@20×20cm，喷10cm厚C30混凝土，局部增设计随机锚杆。Ⅴ类围岩临时支护程序如下：

超前锚杆→光爆→安全处理→第一次喷混凝土封闭顶拱和边墙→出碴→锚杆及钢筋网制安→架立I18工字钢拱架支撑→第二次喷混凝土→下一循环，锚杆网喷同Ⅳ类围岩，拱架设计同进洞段[3]。

3.2 喷混凝土施工技术

输水隧洞除Ⅲ类围岩洞身段外，在进出口洞脸边坡、锁口以及Ⅴ类围岩临时支护部位均需喷射混凝土。喷射混凝土施工方法如下：

洞脸边坡喷混凝土施工前因清除喷射面的浮石、石渣堆积物，并采取一定的防护措施，防止危石掉落，隧洞洞身开挖面处理好岩面石渣，并采用高压风机、水机设备冲洗岩面。喷射前对喷射设备、施工通风设备、施工用水电等进行检查和试运行，对坡面渗水点进行妥善引排。

喷射混凝土作业应分段分片依次进行，，后一层要在前一层混凝土终凝后进行，时间≥2h，一次喷射厚度不宜太厚，以10-15cm为准，否则会产生坠落和滑移，在混凝土喷射过程中应连续向喷射机供应混凝土，因故中断喷射作业时，引将喷射机内和输料管中的积料清除干净。喷射混凝土应严格控制质量，混凝土喷射表面应平顺、密实，并做好质量检查记录。喷射混凝土完成终凝后应喷水养护，其养护时间≥14d。

3.3 洞身混凝土衬砌施工技术

根据设计图纸结构型式，并综合考虑施工因素，本工程导流输水隧洞混凝土衬砌采用分块浇筑，即先底拱、后边顶拱，衬砌中应做好混凝土衬砌接缝处理，即沿洞轴线分段形成的伸缩缝，按设计要求设置铜片止水，其结构型式为“Z“型。混凝土供应由隧洞外集中拌合站供应，混凝土水平运输采用混凝土搅拌运输车，混凝土入仓采用混凝土输送泵[2]。

为加快施工进度，混凝土浇筑分别在进、出口两个工作面施工，输送泵布置在进、出口洞口位置，混凝土泵管接至浇筑工作面。

3.4 钻孔灌浆施工技术要求

本工程灌浆包含洞身衬砌顶拱回填灌浆以及洞身围岩固结灌浆，其施工的顺序为先进行回填灌浆、后进行固结灌浆[3]。

在隧洞进行灌浆施工前一应先进行现场生产性灌浆试验，包括回填灌浆和固结灌浆试验，通过现场对不同水灰比进行灌浆试验达到的预期灌浆效果，确定灌浆参数，从而指导灌浆施工。回填灌浆和固结灌浆施工方法及要求汇总见表1。

表 回填灌浆和固结灌浆施工方法及要求汇总表

4 结论及建议

顾名思义，导流输水隧洞的首要任务是导流，是整个水库工程的前期工作，也是最为重要的工作，关系着后期工程的顺利进行，也决定着工期，隧洞建成后还兼顾输水和的作用，不是临时性建筑物，因此在施工中一定要重视隧洞施工的每一道施工工序，做好每一个施工细节，保证该隧洞工程的施工质量，从而保障工程后期运行和正常效益的发挥。