深輸水隧洞特殊洞段開挖施工安全技術(shù)

　　【摘要】水利工程的發(fā)展對我國社會主義建設(shè)有極其重要的作用，其不僅可以保障人民群眾用水的安全性，也保證了我國農(nóng)業(yè)用水的穩(wěn)定性和長久性。隧洞施工技術(shù)是水利工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，輸水隧洞的安全發(fā)展對水利工程建設(shè)至關(guān)重要。在水利工程建設(shè)中，隧洞施工常受到地質(zhì)條件、環(huán)境等因素的影響導(dǎo)致施工困難，對隧洞施工而言，初期支護(hù)是確保施工質(zhì)量及安全的先決條件。本文以鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第7標(biāo)段施工項目為例，深入探討淺埋深輸水隧洞特殊洞段開挖施工安全技術(shù)。

　　【關(guān)鍵詞】淺埋深;隧洞;特殊洞段;開挖;安全

　　《武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報》(季刊)創(chuàng)刊于1988年，由武漢交通職業(yè)學(xué)院主辦。本刊遵循“立足交通、面向社會”的辦刊方針，旨在促進(jìn)我國交通事業(yè)、行業(yè)經(jīng)濟(jì)、高等職業(yè)教育的發(fā)展，倡導(dǎo)在堅持黨的路線、方針前提下，開展“百家爭鳴”。

　　1. 工程概況

　　(1)鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第7標(biāo)段施工項目位于湖北省隨州市隨縣，本工程隨岳隧洞樁號為K182+080～182+280，全長0.2Km，圍巖類型為Ⅴ類，圍巖為絹云鈉長片巖，圍巖呈強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化狀，地下水活動輕微，上覆巖體厚 30m 左右，巖體完整性較差，圍巖極不穩(wěn)定。設(shè)計流量為20.2m3/s，底部縱坡1/11000，隧洞斷面為馬蹄形，開挖斷面凈寬7.4m，過水凈寬5.8m。隨岳隧洞下穿隨岳高速，涉及特殊洞段開挖施工。隨岳隧洞與隨岳高速基本90°相交，隧洞下穿隨岳高速，穿高速處埋深約11.8m(距高速公路路基頂部)，根據(jù)現(xiàn)場查勘可以看出，此部位高速公路路基為半幅挖方、半幅填方路基。交叉部位隧洞樁號182+206～182+232，特殊洞段樁號(交叉影響段)182+190～182+280，高速公路交叉段樁號為K42+183左右。

　　(2)隨岳高速公路全長335公里，于2010年全線建成通車，是湖北省高速公路網(wǎng)的重要組成部分。隨岳隧洞下穿施工社會影響大，安全問題得到了建設(shè)方、高速公路相關(guān)方(省交通運(yùn)輸廳高速公路管理局等)等各方的重點關(guān)注。

　　2. 特殊洞段開挖設(shè)計

　　隨岳隧洞為巖石洞段，設(shè)計為V類圍巖，采用馬蹄形斷面。交叉影響段開挖斷面凈寬7.5m，過水凈寬5.8m，襯砌厚度為噴護(hù)砼0.25m+襯砌砼厚度0.6m。設(shè)計流量20.2m3/s，底部縱坡1/11000。

　　2.1開挖方式。

　　高速公路交叉影響段采用靜態(tài)破碎法開挖，最大程度減少對隨岳高速公路的影響，確保施工及高速公路的安全。

　　2.2支護(hù)方式。

　　(1)全斷面鋼拱架支護(hù)，采用I20a工字鋼，拱架間距按0.5m布置。

　　(2)噴C25混凝土25cm厚。

　　(3)頂拱和側(cè)墻掛8鋼筋網(wǎng)(150×150mm)。

　　(4)頂拱和側(cè)墻范圍內(nèi)設(shè)22系統(tǒng)錨桿，長3m，間排距1m，梅花型布置。

　　(5)特殊洞段182+190～182+280段頂拱120°范圍內(nèi)設(shè)108mm管棚注漿鋼管，環(huán)向間距0.4m，管棚單排長20m，搭接長度不小于5m，仰角1°，灌漿漿液為水泥漿，漿液比為1：1，灌漿壓力為2.0Mpa～2.5Mpa。

　　(6)特殊洞段182+190～182+280段初期支護(hù)圖1如下：

　　(7)開挖支護(hù)循環(huán)進(jìn)尺見表1。

　　3. 洞室開挖支護(hù)施工

　　隧洞采用靜態(tài)破碎法分臺階開挖，待破碎劑將巖石開裂后，采用破碎錘和鑿巖機(jī)對巖石進(jìn)行破碎，再用裝載機(jī)裝自卸汽車出渣。開挖破碎進(jìn)尺均控制在1m內(nèi)，開挖鉆孔前采用超前管棚超前支護(hù)，開挖一輪支護(hù)一輪。

　　3.1開挖施工。

　　3.1.1靜態(tài)破碎設(shè)計參數(shù)。

　　(1)隨岳隧道高速公路交叉影響段采取臺階法分部開挖，減少洞室開挖施工對高速公路的影響。臺階法施工擬分成I、II上下兩個臺階進(jìn)行開挖，上下臺階采用短臺階進(jìn)行施工，臺階長度3～5m。考慮到上部臺階施工所需空間等因素，洞室I上臺階高度4.4m(I面積為26.95m2，II面積為19.35m2)(臺階法開挖示意圖見圖2)。

　　(2)洞內(nèi)石方開挖根據(jù)實際圍巖及靜態(tài)破碎效果及時優(yōu)化調(diào)整參數(shù)，擬定參數(shù)詳見表2。

　　3.1.2施工工藝。

　　3.1.3施工準(zhǔn)備。

　　調(diào)試好施工設(shè)備，布置好風(fēng)、水、電線路，清理運(yùn)輸?shù)缆罚ＷC運(yùn)渣路線暢通，技術(shù)員做好技術(shù)交底。

　　3.1.4施工測量。

　　施工測量采用在鑒定有效期內(nèi)的全站儀進(jìn)行施工測量，測量斷面直線段每10m設(shè)一個測量斷面，使用激光準(zhǔn)直儀控制開挖輪廓。每個月進(jìn)行一次隧洞軸線高程和斷面復(fù)核測量，保證施工測量質(zhì)量。

　　3.1.5超前支護(hù)。

　　高速公路影響段開挖前先進(jìn)行管棚支護(hù)施工，先支護(hù)后進(jìn)行開挖。

　　3.1.6鉆孔。

　　鉆孔采用YT28型氣腿式鑿巖機(jī)，由熟練的風(fēng)鉆技工嚴(yán)格按照設(shè)計圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各鉆手分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實行鉆手作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。每排孔按“平、直、齊”的要求進(jìn)行控制。鉆眼完成后，由技術(shù)員按破碎孔布置圖進(jìn)行檢查并做好記錄，有不符合要求的破碎孔應(yīng)重新進(jìn)行鉆孔。鉆孔完成后，還應(yīng)用高壓風(fēng)將孔內(nèi)余水和余渣吹洗干凈，保證鉆孔孔內(nèi)和孔旁潔凈。對于開挖掌子面不穩(wěn)定的情況，可采取噴射混凝土封閉掌子面后再進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

　　3.1.7破碎劑施工。

　　3.1.7.1準(zhǔn)備工作。

　　(1)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁亍⑺巹囟取杷疁囟取r石溫度、是否與要求相符合;檢查藥劑包裝是否破損。

　　(2)操作前請確定已準(zhǔn)備好以下材料物品：1)藥劑;2)高強(qiáng)長纖維紙袋;3)潔凈水;4)水桶、拌和盆;5)捅棍;6)防護(hù)眼鏡;7)橡膠手套;8)備用潔凈水和毛巾。

　　(3)藥劑的選擇：本工程屬于地下隧道施工，施工期主要在冬季，洞內(nèi)溫度在5～15℃之間，根據(jù)《無聲破碎劑》(JC 506-2008)規(guī)范，選用SCA—II、SCA—III型破碎劑，其各齡期的膨脹壓力如下表所示。

　　3.1.7.2拌制和灌裝

　　由于本隧洞工程為水平鉆孔，使用比鉆孔直徑略小的高強(qiáng)長纖維紙袋裝入藥劑，一次拌合按4min裝藥需要的藥卷數(shù)量(從藥劑加入拌合水到灌裝結(jié)束，這個過程的時間不能超過5min)，放在盆中倒入潔凈水完全浸泡，水和藥劑的比例為0.3：1(重量比)，50秒左右藥卷充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并用捅棍捅緊，密實地裝填到孔口，裝藥順序為由下至上分區(qū)進(jìn)行，為防止裝藥過程中發(fā)生沖孔現(xiàn)象，在拌合水中加入抑制劑，延長藥劑前期反應(yīng)時間，最后孔口用炮泥封堵，封堵長度為10cm。

　　3.1.7.3安全措施和注意事項。

　　(1)無關(guān)人員不得進(jìn)入施工現(xiàn)場。

　　(2)整個灌裝過程必須使用佩戴防護(hù)眼鏡(防塵防沖擊型PVC護(hù)目鏡)。施工人員未戴防護(hù)眼鏡操作屬安全違章。發(fā)生沖孔是正常現(xiàn)象，是不可預(yù)見和不可完全控制的，沖孔時藥劑溫度較高且有腐蝕性，沖入眼內(nèi)可能會對角膜造成嚴(yán)重?fù)p害。沖孔產(chǎn)生的原因較多，大致有以下幾種：

　　1)操作人員操作不當(dāng)。包括藥劑已經(jīng)發(fā)熱冒氣仍在灌裝等，裝填不密實有空氣隔層等;

　　2)溫度控制不當(dāng)。氣溫高時，拌和水、藥劑、鉆孔孔壁溫度控制不當(dāng)、抑制劑藥量不夠，致使藥劑反應(yīng)過快等;

　　鉆頭選用不當(dāng)，鉆孔直徑過大等。

　　因此，為避免發(fā)生沖孔，就應(yīng)對以上原因進(jìn)行檢查和防范。

　　(3)在藥劑灌入鉆孔到巖石或混凝土開裂前，不可將面部直接近距離面對已裝藥的鉆孔。藥劑灌裝完成后，蓋上麻袋或草席，遠(yuǎn)離裝灌點。觀察裂隙發(fā)展情況時應(yīng)更加小心。此外施工現(xiàn)場應(yīng)專門備好清水和毛巾，沖孔時如藥劑進(jìn)入眼內(nèi)和皮膚上，應(yīng)立即用清水沖洗，情況嚴(yán)重者立即送醫(yī)院清洗治療。

　　(4)在破碎工程施工中需要改變和控制反應(yīng)時間，必須依照廠家規(guī)定加入廠家生產(chǎn)或提供的抑制劑和促發(fā)劑，并按廠家的要求配制使用，嚴(yán)禁擅自在破碎劑中加入其他任何化學(xué)物品。

　　(5)剛鉆完孔和剛沖孔的鉆孔，孔壁溫度較高，應(yīng)確定溫度正常符合要求并清洗干凈后才能繼續(xù)裝藥。

　　破碎劑運(yùn)輸和存放中應(yīng)防潮。開封后請立即使用。如一次未使用完，應(yīng)立即緊扎袋口，需用時再開封。

　　3.1.8破碎劑膨脹開裂。

　　藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時間越快，反之則慢。本工程隧道內(nèi)溫度一般控制在10℃～25℃左右，藥劑反應(yīng)時間較慢，大約為30h。

　　3.1.9液壓錘和鑿巖機(jī)破碎。

　　待破碎劑將巖石完全開裂后，采用破碎錘對開裂的巖石進(jìn)行破碎，同時為保證隧洞的周邊輪廓成型效果，周邊采用鑿巖機(jī)破碎。