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摘要:本文作者结合实际工作经验，对水利隧洞施工中的技术问题进行了分析探讨，供大家参考。
关键词:水利工程；隧洞施工；分析
Abstract: The authors combine practical work experience, technical problems in the water tunnel construction was analyzed and discussed, for your reference.Keywords: water conservancy projects; tunnel construction; analysis
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
隧洞的开凿因为受地质条件、施工条件以及安全稳定性等因素的制约而成为水利工程建设中的难题。
1 隧洞開挖
隧洞进、出口的边坡开挖要按照所设计的洞脸开挖坡比进行,进、出口洞脸和两侧边坡宜避免边坡开挖,当无法避免时,要边开挖边支护;隧洞横断面的最小尺寸,一般情况下,圆形断面的内径不宜小于1.8 m,非圆形断面的高度不宜小于1.8 m,宽度不宜小于1.5 m,可采用掘进机、架钻台车、钢模台车等较大型设备施工,但其断面尺寸应通过技术经济分析确定;为了确保施工安全及建筑物的安全,隧洞进洞之前,最好先施工洞外建筑(明洞或暗渠),稳定洞脸及提高洞口施工的安全系数;水利工程隧洞施工规范规定,洞室开挖严禁欠挖,控制超挖,径向超挖值不大于10 cm,且所有松散岩块要彻底清除,超挖回填必须用同标号混凝土回填,且不予计量。
2 隧洞支护与衬砌
隧洞支护形式与围岩类别、隧洞的工况、隧洞的大小、开挖形式及支护的材料和设备有着密切的关系。其开挖方式一般为全断面开挖、上下台阶开挖、先导洞开挖和眼镜法开挖等多种形式。其支护手段一般为:喷混凝土、锚喷混凝土、锚网喷混凝土、锚网结合钢支撑(或格栅钢架)喷混凝土、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌等。针对软弱破碎喂岩,为确保施工安全,常常在掌子面进行超前预支护,其方法一般包括,超前锚杆、超前小导管、管棚、预衬砌、水平高压旋喷压注、围岩注浆等手段。另外对特殊洞段宜采用超前管棚、预注浆及钢拱架支撑等特殊支护措施。
隧洞衬砌形式与断面形状和尺寸、运行条件、内水压力、围岩条件(覆盖厚度、围岩分类、承担内水压力能力、地下水分布及连通情况、地质构造及影响程度)、防渗要求、支护效果、施工方法等因素有着密切的联系,其衬砌一般为平整衬砌、单层衬砌、锚喷衬砌、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌(机械式或灌浆式);当隧洞在穿过断层、软弱破碎带以及和竖井交接处时出现较大的相对变位时,衬砌需要加厚应设置横向变形缝,围岩地质条件比较均一的洞身段只设施工缝;根据浇筑能力和温度收缩等因素确定沿洞线的分段长度,一般采用6～12m底拱和边拱,顶拱的环向缝不得错开。
3 隧洞围岩的开挖与支护
①隧洞V类围岩。Ⅴ类围岩选择上导洞先进、两侧面跟进的环形开挖法,采用喷钢纤维混凝土及挂网;在隧洞进口区明挖支护完毕后,进行隧洞开挖,采用大断面开挖;隧洞开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。②隧洞Ⅲ-Ⅳ类围岩。Ⅳ类围岩采用上部台阶先进的分部开挖法,要求短进尺,弱爆破、多循环。可采用挂网锚喷;采用全断面开挖;钻孔深度3.50 m,循环进尺3.20 m,开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。③隧洞Ⅱ类围岩。隧洞Ⅱ类围岩的开挖采用全断面开挖;钻孔深度3.50 m,循环进尺3.20 m,开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。
4 锚杆的施工技术
根据设计要求和喂岩情况确定孔位,并做出标记,开孔位置允许偏差为10 cm;钻孔前要选好钻头尺寸,采用“选注浆后插杆”的程序,钻头直径应比锚杆直径大15mm以上,若采用“先插杆后注浆”的程序,孔口注浆时,钻头直径比锚杆直径大25 mm以上,孔底注浆时,钻头直径应比锚杆直径大40 mm以上;而钻孔的深度则由不同的锚杆而有不同的规定;在钻孔结束后,应清除干净孔内的岩粉和积水;在IV类、V类围岩及特殊地质围岩中开挖的隧洞,应根据现场情况先喷湖拧土或挂网喷混凝土,再安装锚杆,为防止塌孔,应在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体,当成孔困难时,可采用自钻式注浆锚杆或管式锚杆。
5 隧洞混凝土衬砌
水利隧洞混凝土有抗渗要求,混凝土粗骨料一般要求双级配及以上;在衬砌时,单层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于250 mm,双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于300mm;钢筋混凝土衬砌从隧洞中间伸缩缝处开始衬砌,按照设计分仓浇筑,且混凝土浇筑要连续,从搅拌站把混凝土用罐车运至浇筑段,直接卸入混凝土泵(HB30)料斗内,经导管由模板下料口入仓,水平分层铺料,厚度不大于50 cm,下料由底拱开始,两侧均匀下料,逐渐升高至边顶拱。采用2.2 kW 软轴插入式振捣器振捣密实,要求将混凝土内的空气引出,振捣器垂直插入干层5 cm～10cm ,并做好封仓处理;一旦因故混凝土浇筑中断,要将已浇筑混凝土顶顶面凿毛,铺2～3 cm厚砂浆方可继续浇筑,若在加大水位以内出现施工冷缝,此段混凝土视报废产品,要求返工。
6 隧洞喷混凝土
应根据工程量、进度要求、工艺流程等条件选择喷射机,优先选用湿式喷射机,则其对所用的黄砂对细度模数、含泥量及含水量要求较高,施工时应严格把好黄砂质量关。喷射混凝土前,应清除开挖面的浮石和墙角的石渣、堆积物,用高压风水将受喷面冲洗干净,对于遇水易潮解、泥化的岩层,应用高压风清扫岩面。隧洞喷射混凝土施工时,按先底拱—边拱—顶拱的顺序分段、分次进行,喷射进行,各段间的结合部和结构的接缝处要做好妥善处理,不得存在漏喷部位。喷头与受喷岩石面垂直,螺旋式喷射,喷射距离控制在0.6～1.2 m。一次喷射厚度控制在5cm左右,第一层喷射混凝土终凝后,第二层喷射应在前一层喷射混凝土终凝后进行,直至达到设计厚度,如遇终凝超过1 h,则用高压水冲洗干净后,再进行第二层喷射。喷混凝土终凝2h后即进行喷水养护,一般工程不得少于7d的养护,重要工程不得少于14d的养护。当气温底于50℃时,不得喷水养护,必要时还需采取保温防冻措施。
7 隧洞灌浆
混凝土及钢筋混凝土衬砌的顶部(顶拱),必须进行回填灌浆,目的是充填混凝土衬砌与拱部岩面的空腔,防止通水后拱部塌方砸坏拱圈,危及供水;而回填灌浆的范围、孔距、排距、灌浆压力及灌浆浓度等都和隧洞的衬砌结构型式、运行条件等有着密切的联系;回填灌浆的范围宜在顶部或顶拱中心角900～1200°以内,孔距和排距宜为2～6 m,灌浆压力应视混凝土衬砌厚度和配筋情况确定;对混凝土衬砌可采用0.2～0.8 MPa;对钢筋混凝土衬砌可采用0.3～0.5 MPa;灌浆孔应深入围岩50 mm以上;灌注要分区段进行,且要分两个次序进行,后序孔为顶孔,先灌一序孔,后灌二序孔,施工应自低的一段开始,向较高的一段堆进,同一区段的同一次序孔可全部或部分钻孔后在灌浆,也可单孔分序钻金和灌浆;当隧洞衬砌遇有围岩塌陷、溶洞、较大超挖等情况时,施工时应在该部位顶部顶拱预埋灌浆管及排气管;隧洞封堵体顶部也要进行回填灌浆,封堵体其他周边与围岩间以及由于各种原因张开的缝隙均应做接触灌浆;封堵段围岩的固结灌浆可根据围岩条件作用水头大小以及封堵体型式研究决定。
8 结束语
综上所述,文章通过对水工隧洞施工技术的介绍,我们对其有了初步的了解。但由于每一个水利工程隧洞的施工技术受所实施的工程状况、环境、地质、围岩等不同情况的影响,则其具体的施工技术也会有所不同,所以在具体的工程施工时,应结合具体的情况和施工能力形成具体的施工技术,提高施工技术的水平。
参考文献:
[1] 刘英丽,刘晓娟,赵文海.隧洞施工技术方法探讨[J].黑龙江水利科技,2010,36(4).
[2] SL279-2002,水工隧洞设计规范[S].
关键词:水利工程；隧洞施工；分析
Abstract: The authors combine practical work experience, technical problems in the water tunnel construction was analyzed and discussed, for your reference.Keywords: water conservancy projects; tunnel construction; analysis
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
隧洞的开凿因为受地质条件、施工条件以及安全稳定性等因素的制约而成为水利工程建设中的难题。
1 隧洞開挖
隧洞进、出口的边坡开挖要按照所设计的洞脸开挖坡比进行,进、出口洞脸和两侧边坡宜避免边坡开挖,当无法避免时,要边开挖边支护;隧洞横断面的最小尺寸,一般情况下,圆形断面的内径不宜小于1.8 m,非圆形断面的高度不宜小于1.8 m,宽度不宜小于1.5 m,可采用掘进机、架钻台车、钢模台车等较大型设备施工,但其断面尺寸应通过技术经济分析确定;为了确保施工安全及建筑物的安全,隧洞进洞之前,最好先施工洞外建筑(明洞或暗渠),稳定洞脸及提高洞口施工的安全系数;水利工程隧洞施工规范规定,洞室开挖严禁欠挖,控制超挖,径向超挖值不大于10 cm,且所有松散岩块要彻底清除,超挖回填必须用同标号混凝土回填,且不予计量。
2 隧洞支护与衬砌
隧洞支护形式与围岩类别、隧洞的工况、隧洞的大小、开挖形式及支护的材料和设备有着密切的关系。其开挖方式一般为全断面开挖、上下台阶开挖、先导洞开挖和眼镜法开挖等多种形式。其支护手段一般为:喷混凝土、锚喷混凝土、锚网喷混凝土、锚网结合钢支撑(或格栅钢架)喷混凝土、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌等。针对软弱破碎喂岩,为确保施工安全,常常在掌子面进行超前预支护,其方法一般包括,超前锚杆、超前小导管、管棚、预衬砌、水平高压旋喷压注、围岩注浆等手段。另外对特殊洞段宜采用超前管棚、预注浆及钢拱架支撑等特殊支护措施。
隧洞衬砌形式与断面形状和尺寸、运行条件、内水压力、围岩条件(覆盖厚度、围岩分类、承担内水压力能力、地下水分布及连通情况、地质构造及影响程度)、防渗要求、支护效果、施工方法等因素有着密切的联系,其衬砌一般为平整衬砌、单层衬砌、锚喷衬砌、混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌和预应力混凝土衬砌(机械式或灌浆式);当隧洞在穿过断层、软弱破碎带以及和竖井交接处时出现较大的相对变位时,衬砌需要加厚应设置横向变形缝,围岩地质条件比较均一的洞身段只设施工缝;根据浇筑能力和温度收缩等因素确定沿洞线的分段长度,一般采用6～12m底拱和边拱,顶拱的环向缝不得错开。
3 隧洞围岩的开挖与支护
①隧洞V类围岩。Ⅴ类围岩选择上导洞先进、两侧面跟进的环形开挖法,采用喷钢纤维混凝土及挂网;在隧洞进口区明挖支护完毕后,进行隧洞开挖,采用大断面开挖;隧洞开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。②隧洞Ⅲ-Ⅳ类围岩。Ⅳ类围岩采用上部台阶先进的分部开挖法,要求短进尺,弱爆破、多循环。可采用挂网锚喷;采用全断面开挖;钻孔深度3.50 m,循环进尺3.20 m,开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。③隧洞Ⅱ类围岩。隧洞Ⅱ类围岩的开挖采用全断面开挖;钻孔深度3.50 m,循环进尺3.20 m,开挖炮孔布置,施工时的爆破参数应根据现场爆破试验确定。
4 锚杆的施工技术
根据设计要求和喂岩情况确定孔位,并做出标记,开孔位置允许偏差为10 cm;钻孔前要选好钻头尺寸,采用“选注浆后插杆”的程序,钻头直径应比锚杆直径大15mm以上,若采用“先插杆后注浆”的程序,孔口注浆时,钻头直径比锚杆直径大25 mm以上,孔底注浆时,钻头直径应比锚杆直径大40 mm以上;而钻孔的深度则由不同的锚杆而有不同的规定;在钻孔结束后,应清除干净孔内的岩粉和积水;在IV类、V类围岩及特殊地质围岩中开挖的隧洞,应根据现场情况先喷湖拧土或挂网喷混凝土,再安装锚杆,为防止塌孔,应在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体,当成孔困难时,可采用自钻式注浆锚杆或管式锚杆。
5 隧洞混凝土衬砌
水利隧洞混凝土有抗渗要求,混凝土粗骨料一般要求双级配及以上;在衬砌时,单层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于250 mm,双层钢筋混凝土衬砌厚度不宜小于300mm;钢筋混凝土衬砌从隧洞中间伸缩缝处开始衬砌,按照设计分仓浇筑,且混凝土浇筑要连续,从搅拌站把混凝土用罐车运至浇筑段,直接卸入混凝土泵(HB30)料斗内,经导管由模板下料口入仓,水平分层铺料,厚度不大于50 cm,下料由底拱开始,两侧均匀下料,逐渐升高至边顶拱。采用2.2 kW 软轴插入式振捣器振捣密实,要求将混凝土内的空气引出,振捣器垂直插入干层5 cm～10cm ,并做好封仓处理;一旦因故混凝土浇筑中断,要将已浇筑混凝土顶顶面凿毛,铺2～3 cm厚砂浆方可继续浇筑,若在加大水位以内出现施工冷缝,此段混凝土视报废产品,要求返工。
6 隧洞喷混凝土
应根据工程量、进度要求、工艺流程等条件选择喷射机,优先选用湿式喷射机,则其对所用的黄砂对细度模数、含泥量及含水量要求较高,施工时应严格把好黄砂质量关。喷射混凝土前,应清除开挖面的浮石和墙角的石渣、堆积物,用高压风水将受喷面冲洗干净,对于遇水易潮解、泥化的岩层,应用高压风清扫岩面。隧洞喷射混凝土施工时,按先底拱—边拱—顶拱的顺序分段、分次进行,喷射进行,各段间的结合部和结构的接缝处要做好妥善处理,不得存在漏喷部位。喷头与受喷岩石面垂直,螺旋式喷射,喷射距离控制在0.6～1.2 m。一次喷射厚度控制在5cm左右,第一层喷射混凝土终凝后,第二层喷射应在前一层喷射混凝土终凝后进行,直至达到设计厚度,如遇终凝超过1 h,则用高压水冲洗干净后,再进行第二层喷射。喷混凝土终凝2h后即进行喷水养护,一般工程不得少于7d的养护,重要工程不得少于14d的养护。当气温底于50℃时,不得喷水养护,必要时还需采取保温防冻措施。
7 隧洞灌浆
混凝土及钢筋混凝土衬砌的顶部(顶拱),必须进行回填灌浆,目的是充填混凝土衬砌与拱部岩面的空腔,防止通水后拱部塌方砸坏拱圈,危及供水;而回填灌浆的范围、孔距、排距、灌浆压力及灌浆浓度等都和隧洞的衬砌结构型式、运行条件等有着密切的联系;回填灌浆的范围宜在顶部或顶拱中心角900～1200°以内,孔距和排距宜为2～6 m,灌浆压力应视混凝土衬砌厚度和配筋情况确定;对混凝土衬砌可采用0.2～0.8 MPa;对钢筋混凝土衬砌可采用0.3～0.5 MPa;灌浆孔应深入围岩50 mm以上;灌注要分区段进行,且要分两个次序进行,后序孔为顶孔,先灌一序孔,后灌二序孔,施工应自低的一段开始,向较高的一段堆进,同一区段的同一次序孔可全部或部分钻孔后在灌浆,也可单孔分序钻金和灌浆;当隧洞衬砌遇有围岩塌陷、溶洞、较大超挖等情况时,施工时应在该部位顶部顶拱预埋灌浆管及排气管;隧洞封堵体顶部也要进行回填灌浆,封堵体其他周边与围岩间以及由于各种原因张开的缝隙均应做接触灌浆;封堵段围岩的固结灌浆可根据围岩条件作用水头大小以及封堵体型式研究决定。
8 结束语
综上所述,文章通过对水工隧洞施工技术的介绍,我们对其有了初步的了解。但由于每一个水利工程隧洞的施工技术受所实施的工程状况、环境、地质、围岩等不同情况的影响,则其具体的施工技术也会有所不同,所以在具体的工程施工时,应结合具体的情况和施工能力形成具体的施工技术,提高施工技术的水平。
参考文献:
[1] 刘英丽,刘晓娟,赵文海.隧洞施工技术方法探讨[J].黑龙江水利科技,2010,36(4).
[2] SL279-2002,水工隧洞设计规范[S].