放水隧道施工质量及灌浆工艺控制研究_江波.pdf

23 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）放水隧道施工质量及灌浆工艺控制研究江 波（中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518000）摘 要：放水隧道开挖施工与灌浆工艺一直以来是一个工程技术难点。文章以公明供水调蓄工程为例，拟采用钻爆法对放水隧道进行土、石方开挖，对炮眼进行了科学的布置，并提出了保证施工过程隧道开挖、混凝土浇筑、钢管衬砌等施工工艺和质量监测的控制方法；重点对围岩加固前的小导管注浆和在二次衬砌完后对隧道顶部的回填灌浆的灌浆工艺进行了详细布设，为类似的水利工程放水隧洞施工开挖和灌浆加固质量工艺控制提供了参考经验。关键词：供水调蓄；放水隧道；施工质量；回填灌浆 中图分类号：U455.4 文献标识码：B文章编号:1007-7596（2022）12-0023-04 收稿日期 2022-11-10 作者简介 江波（1 9 7 6-），男，湖南津市人，工程师。1 工程概况深圳市公明供水调蓄工程属大（2）型等工程，地处深圳市西北部，建设内容包括四部分：鹅颈水库-公明水库连通工程，公明水库扩建工程，雨洪利用-白花引水改造工程与公明水库至石岩水库供水工程。其中公明水库扩建工程设计洪水标准为 100a 一遇，校核洪水标准为 5000a 一遇，总库容 1.48 亿 m3。主要建筑物有 4 号坝、放水隧洞及其进出口建筑物等。其中 4 号坝坝顶高程 63.5m，宽 8m。坝型为粘土心墙土石坝，坝顶总长 1121m，最大坝高50.7m。圆形有压放水隧洞布置在 4 号、5 号大坝之间的大马山下，洞身长度 423m，内径 3m，兼有放空供水和导流的功能。1、5号道路参照四级公路设计，总长分别为 991m、88m，双车道路面宽 8.0m。2 工程地质与水文地质条件本工程区主要地貌类型为剥蚀侵蚀台地型宽谷，放水隧道及其进出口工程地质与水文地质条件如下：1）放水隧洞：放水洞布置于大马山山体下，属剥蚀残丘地貌，地面高程多在 3882m 接后段冲积地貌，总体地形两侧低中间高。隧洞埋深多在 1351m。隧洞段地层岩性上部第四系覆盖层为残坡积土，岩性为含砾粉质黏土，丘顶较薄或缺失，坡脚较厚（58.6m），下部为南香山单元混合花岗岩风化基岩，其中全风化层较厚（丘顶揭示厚度50m），强风化和弱风化岩埋藏深，因此只有少部分隧洞围岩为强风化层。隧洞段未发现断裂通过，基岩裂隙较发育。本段地下水类型主要为第四系和全风化岩中孔隙水，主要接受大气降水补给，因补给来源有限，地下水位较低，水量不丰富，地下水以滴水为主。隧洞段地下水头最大高度 15m。总体来看，本隧洞的工程地质条件较差，洞身基本在全风化岩中，少量为强风化岩，其中 V 类围岩（强风化混合花岗岩）段长 74m，土洞（全风化土）段长 349m。2）放水隧洞进、出口：进口及控制闸室处地层上部以残坡积土和全风DOI:10.14122/ki.hskj.2022.12.010 24 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）化土为主，其中残坡积土厚 4.85m，呈硬塑状，全风化土厚 28.8m，呈硬塑 坚硬状。进口处未见有滑坡等不良地质现象，但洞口埋深 15m，均为土层，开挖后形成土质高边坡，洞口的稳定条件较差，蓄水后在水下状态，更是对稳定不利。出口及控制闸室处地层上部以残坡积土和全风化土为主，其中残坡积土厚 3.84.5m，呈硬塑状，全风化土厚 15m，呈硬塑 坚硬状。出口处未见有滑坡等不良地质现象，洞口埋深 6m 左右。3）放水洞进、出水渠地质条件：进水渠前段主要土层为填土、冲洪积含砾粉质黏土、粉质黏土、含黏性土中粗砂、砾砂等，后段130m 则以残坡积砂质粘性土和全风化土为主。除局部分布的填土和淤泥质土层外，无其它软弱土层，因进水渠荷载很小，均可满足承载力的要求。退水渠段无软弱土层分布，主要土层为残坡积土和全风化土，它们的物理力学性质较好，可作为水渠基础持力层。本段地下水位埋藏较深，对水渠的抗浮稳定有利3 放水隧洞施工工艺及治理控制3.1 总体方案其施工顺序为：放水隧洞进、出口明挖、支护洞身开挖、支护洞内混凝土衬砌回填灌浆内衬钢管洞内灌浆进、出口闸室施工进口交通桥施工闸门、起闭机安装进出口建筑施工。在进出口闸室平台以下混凝土完成，具备过水条件后即利用放水隧洞导流，闸室上部继续进行施工(见图 1)。放水隧洞布置在 4 号、5 号大坝之间的大马山下，洞身长度为 423m，放水隧洞兼有放空、供水和导流的功能，综合考虑隧洞采用圆形有压隧洞，隧洞内径为 3m。图 1 施工工序图3.2 进出水口开挖及明渠施工3.2.1 进出水口开挖土层剥离前在开挖边线外按设计图纸要求先进行排水天沟的施工，阻截开挖范围外的雨水进入开挖区域。开挖自上而下分层进行开挖，分层开挖高度为 1m，每层开挖完后要及时进行支护。岩石开挖由上至下分层分块从一侧向另一侧进行。采用控制爆破。利用手风钻钻孔，钻孔角度尽量与各梯段设计坡面一致，以 2m 为一个台阶。爆破后的石渣由挖掘机集料、清面，挖掘机配自卸车装运。在开挖过程中如遇有地下水渗流，对地下水以疏导为主，在出水点进行钻孔，用排水管将渗水引排至排水沟中，并保护边坡稳定。开挖中要进行边坡支护，边坡支护采用土钉锚杆、挂网及喷混凝土施工。土钉锚杆每开挖一层及时进行施工，挂网及喷混凝土每开挖二层进行施工一次1-3。3.2.2 明渠施工放水隧洞进口明渠开挖底板高程较低，为防止在汛期施工时雨水倒贯，在明渠进口处，布置挡水围堰。围堰采用开挖时产生的土料进行填筑，迎水坡坡比 1:2.5，背水坡坡比 1:2.0，顶宽 3.0m，底宽约 20m，围堰顶用 30cm 厚碎石砂铺填，用双层编织袋装土压在迎水坡进行闭气。明渠开挖施工是从上至下进行开挖，根据测量放样逐层进行，为防止土体坍塌，分层开挖厚度2m 左右。开挖时利用挖掘机配合自卸车进行，距开挖边线 30cm 采用人工开挖。遇岩采用冲击锤或控制爆破开挖，利用手风钻钻孔，钻孔角度尽量与各梯段设计坡面一致，以 2m 为一个台阶。爆破后的石渣由挖掘机集料、清面，挖掘机配合自卸车装运。为保证明渠运行质量，渠底需进行护坡施工，先在渠底铺设 20cm 厚中粗砂，将渠底浆砌石砌筑完，再进行两侧边坡的砂垫层及浆砌石砌筑，边坡护坡分高度进行，砂垫层铺设高度 1m，之后砌筑浆砌石，往复进行，直至砌到渠顶，最后进行拦沙坎的砌筑。3.3 放水隧洞施工隧洞断面型式为圆形断面，模衬混凝土厚为40cm，衬砌后洞室内径为D3.12m，全洞长内置钢衬，采用钢衬为砼浇筑内模法。总的工序是先安装钢衬 25 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）定位洞长中心处，进行砼施工，再以此为起始端向洞口顺次安装钢衬，直至完成。单节钢衬安装顺序：施工准备钢衬洞内运输滑行轨道安设钢筋制安预埋件安设钢衬安设施工混凝土浇筑3.3.1 隧洞开挖隧洞开挖采用钻爆法，以新奥法理论指导施工4-5。按设计开挖轮廓线布置周边炮眼，间距为4555cm，光面爆破。采用直线型掏槽，辅助眼间距为 6080cm 气腿式凿岩机钻眼平行作业。按照钻爆炮眼布置图（见图 2）准备好爆破材料，装药前先用高压风清孔，检查钻眼是否堵塞或坍孔，然后按划定的区域装药连线，各负其责。装药顺序先上后下，先两侧后中间。导爆管连线采用“一把抓”法，配两个起爆非电雷管，装药结束经安全检查后起爆。图 2 钻爆炮眼布置图3.3.2 引水遂洞钢衬砌安装运输轨道采用 I10 轻轨由洞外向洞内铺设，轻轨下设枕木，枕木下铺碎石。在安装钢衬区段轻轨下设两榀钢支撑，分别布置在预安装的钢衬两端的相对位置，钢支撑采用型钢制作，其底脚与底脚锚杆相焊接。钢衬定位节通过轻轨运输台车运至安装部位后，利用液压千斤顶将其顶起，撤出平台车和抽出轻轨，用铁楔将钢衬垫实、定位。定位采用经纬仪边校核边调整，准确无误后利用连接筋将预先埋设好的洞壁锚杆与钢管管口相连接，检查钢管的稳定性。标准节在定位节安装后进行，预先在已安装完的定位节上焊接钢楔底，以便于下一节钢管与之对接。钢衬采用平台车运至安装部位附近，利用液压千斤顶将其顶起，撤出平台车，利用滚杠将钢管运至相接处进行对接，后再利用千斤顶及手动葫芦等装置将钢管安装就位，辙出滚杠和轻轨，对钢管进行测量校核及加固，进行焊接作业，加固方法同定位节。3.3.3 洞内混凝土施工采用自密实混凝土砼，其主要性能为：靠自身重力作用进行流动密实，具有良好的填充均匀性，能够在致密的钢筋中完全填充模板。根据钢衬的特点，确定衬砌段长度 6m。采用混凝土输送泵入模。浇筑时采用混凝土输送泵上料入仓，不需要振捣。浇筑时，在隧洞的两侧一起分层浇筑，分层厚度 50cm，先一侧下料，下料超过底拱后，再两侧均匀对称下料，为保证钢管不产生偏移，单侧浇筑高度不宜过高。3.4 放水涵洞施工质量控制1）开挖施工前，作业指导书的编写由工程管理部负责，技术部门负责钻爆设计，要明确分工与职责。2）开挖时，派专职工程师和巡检工程师，专职工程师跟班作业，检测并控制孔距、孔深、孔向、装药量以及爆破效果等，做好记录。巡检工程师除抽查以上项目外，主要是密切注意围岩的地质条件变化，地下水的渗漏情况等，并根据爆破评价、调整爆破参数、施工工序、支护型式等，并及时向总工程师汇报，必要时向监理工程师汇报，使开挖施工达到准确、迅速、满足工程要求。3）在新浇混凝土部位或已浇混凝土灌浆时或可能有影响时进行爆破，提请监理单位批准，并严格控制爆破距离、装药量、安全质点振动速度等参数。4）地质条件较差段，按“短进尺、多循环、弱爆破”原则，每个循环钻孔孔深 4.0m。扩挖周边严格采用光面爆破技术，限制钻孔间距 45 55cm，严格控制装药量（必须使用16mm 药卷），采用导爆索起爆；监测隧洞围岩内部位移，据以了解岩体扰动与松动范围，判断围岩与支护的稳定状态。26 2022 年 第 12 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.12.2022 （第 50 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.50）4 隧洞灌浆工艺控制公明供水调蓄工程第七标段放水隧洞布置于大马山山体下，衬砌后洞径 3m，洞长 423m，断面型式为圆形断面。兼有放空、供水和导流的功能。隧洞段地层岩性覆盖层为第四系残坡积土，岩性为含砾粉质粘土，强风化和弱风化岩埋藏深。软弱围岩必须坚持先支护（强支护）、后开挖（短进尺、弱爆破）、快封闭、勤量测的施工原则。放水隧洞的围岩加固采用超前小导管注浆的方法进行处理。同时，二次衬砌完成后，衬砌混凝土达到60%设计强度后，必须对顶部进行回填灌浆。4.1 超前小导管注浆主要应用于隧道、级围岩拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度至少为 1m。超前导管规格：3232.5 无缝钢管，类围岩（含土洞）加强段和出水隧洞进、出口渐变段 L=3.5m，纵向间距 1 排/1m；A 型衬砌断面 L=4.5m，纵向间距 1 排/2m。安装前，用吹管将孔内砂石吹出，可以用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，也可借助凿岩机将小导管从型钢钢架的偏中上部打入。使用第二种方法时，要采取措施防止岩土颗粒通过小导管上的眼孔进入导管内。注浆前先喷射 510cm 厚混凝土封闭掌子面，形成止浆盘，然后由下至上对管内沉积物进行冲洗。注浆结束的标准为：单孔注浆压力至设计要求值，注浆 10 分钟，进浆速度为开始时的 25%。4.2 回填灌浆方法使用在预埋管中钻孔的办法在钢筋混凝土衬砌中回填灌浆，孔深为 10 公分，孔距为 2