小斷面引水隧洞施工探討

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摘要：引水隧洞是輸水工程的主要組成項目之一，長期以來由于輸水隧洞斷面小，長隧方案難以實施，常成為項目方案比選的重點，也是項目施工的控制點。六盤水市玉舍供水工程嘎木隧洞全長4235.4m，襯砌后凈空為1.6m×1.9m馬蹄形斷面。小斷面隧洞施工難以實現開挖與襯砌平行作業(yè)，嘎木隧洞按先行開挖和初期支護，待洞身開挖貫通后再進行混凝土襯砌的施工程序，投入配套的非標機械設備組成開挖、混凝土襯砌作業(yè)線，提高單項工序的生產能力和設備利用率，大幅壓縮了工期、降低了成本，實現了預期的質量、安全和工期目標。 

關健詞：小斷輸水隧洞長距離獨頭施工綜合配套技術  一、工程概況  六盤水市玉舍供水工程嘎木隧洞長4235.4m，是玉舍供水工程的輸水道組成之一。隧洞進口位于珠江流域北盤江支流舍嘎河下方，出口與下游方發(fā)塘隧洞相連。坡降1/1500，設計流量1.2 m3/ 秒，最大流量1.8 m3/ 秒；隧洞為無壓隧洞，襯砌后凈空為1.6m×1.9m 馬蹄形斷面，隧洞穿過地層進口端735m 為煤系地層，其余為軟質巖類，局部破碎穩(wěn)定性差。  二、問題的提出  嘎木隧洞橫斷面凈空小，最大獨頭施工長度在2km 左右，若采用開挖與襯砌逐段順序作業(yè)，則工效低，工作面轉換時間長，且難以選配機械設備；僅靠小型機具操作，進度慢，隨著洞身的延伸，運輸困難，施工難度更大。針對這種狀況，尋找一種快速的施工組織模式， 采用配套的專項機械設備組成機械化施工作業(yè)線，形成較高的、均衡的生產能力是確保項目按期完成的關鍵。在小斷面引水隧洞內采用機械設備配套技術組成隧洞開挖與混凝土襯砌作業(yè)線，存在以下難點：1. 要求洞內運輸設備容量大、運輸能力大，如此可以減少工序銜接時間；要求運輸設備橫截面小、機動性強，減小與洞內其它設施之間的干擾； 2. 嘎木隧洞開挖凈空為2.4 ｍ ×2.7 ｍ，襯砌后凈空為1.6 ｍ ×1.9 ｍ（馬蹄形斷面），洞身襯砌為全斷面一次成型，因此難以組織開挖與襯砌實施平行作業(yè)。  3. 若采取洞身開挖完成后再進行混凝土襯砌，則從洞身開挖成型到混凝土襯砌完成間隔時間過長，期間為確保洞身圍巖穩(wěn)定，需加強日常監(jiān)控量測，及時對洞身變形地段采取臨時補強支護措施。經過對嘎木隧洞的多方案比較分析，確定的基本施工順序為：洞身開挖完成后再進行混凝土襯砌，在洞身開挖成型后輔以補強臨時支護措施保證在隧洞未襯砌之前的洞身穩(wěn)定，如此可以避開洞身開挖與襯砌作業(yè)兩條施工作業(yè)線之間的運輸干擾。總體施工順序為隧洞開挖期間組織開挖及初期支護兩條作業(yè)線，兩工作面平行向縱深掘進；洞身開挖及初期支護結束后再進行混凝土襯砌作業(yè)，期間由里向外組織混凝土襯砌、鋼筋綁扎、工作面清理三個工作面向外退出。 選用有軌運輸設備組成開挖、襯砌運輸作業(yè)線，經比選確定開挖作業(yè)線的組成為：氣腿式鑿巖機鉆孔，60m3/h 耙斗式裝巖機裝碴，12ｔ電瓶車牽引8m3 梭式礦車出碴；洞身混凝土襯砌作業(yè)線組成為：模型采用2 ～ 3 套定型組合鋼模交替倒益，用12 ｔ電瓶車牽引6m3 軌行式混凝土輸送車運輸混凝土至工作面，泵送混凝土入模。通過設備的選型和配套，以實現了較高的、穩(wěn)定的生產能力。  三、嘎木隧洞總體施工布置  總體施工方案；長隧短做，按“兩平一斜、三工區(qū)、四工作面”布置，即；設進口工區(qū)、出口工區(qū)、斜井工區(qū)，其中；斜井工區(qū)、進口工區(qū)主攻向為進口端及煤系地層。整個隧道地質復雜、埋深大、工作面狹小、單口施工距離較長，如何組織實現快速施工，選配適當的機械設備、確定正確的施工方法，十分關鍵。我們選用有軌運輸模式，組配軌行式機械設備施工，組建開挖裝運、噴錨支方護、混凝土襯砌機械化作業(yè)線；遵循“地探超前、控制爆破成型、臨時支護緊跟、監(jiān)控量測反饋”的作業(yè)方針；總體施工順序為全隧開挖完成后，從中間開始向兩端襯砌。主要技術難點有：洞身開挖快速施工的組織與實施、 防坍、臨時支護補強及穩(wěn)定性監(jiān)測、洞身砼襯砌快速施工的組織與實施 四、洞身開挖程序和施工方法  1、施工方法  全斷面開挖一次爆破成型、有軌運輸出碴。使用yt －28 氣腿式鑿巖機鉆孔，光面（預裂）爆破開挖成作者簡介：謝成濤（1968-），男，貴州遵義人，1987年畢業(yè)于西南交通大學鐵道工程大專專業(yè)，工程師，從事工程管理工作 118 城市建設理論研究城市建設理論研究2011 年10 月25 日cheng shi jian she li lun yan jiu經濟建筑型，耙斗式裝巖機裝碴，12t電瓶車牽引8m3 梭式礦車運碴至洞外棄碴場。選用8m3 梭式礦車，該礦車容量大橫截面小，能滿足行車界限要求，若每循環(huán)進尺２ｍ、碴量２１m3，僅裝４礦車，出碴速度大為提高。采用 耙斗式裝巖機裝碴可以利用調車間隙或先行清理出開挖面的棄碴，實現出碴與鉆孔平行作業(yè)。  2、施工工藝流程  開始→進入工作面→灑水找頂→裝碴→畫斷面及鉆孔準備→鉆孔（爆破孔、錨桿孔）→裝藥爆破→進入下一作業(yè)循環(huán) 3、施工輔助措施  ①采用激光指向儀控制隧洞中線、高程，確定開挖輪廓。  ②根據開挖地質情況調整爆破參數。  ③按三班制六循環(huán)組織施工，實行以崗定人，一 專多能的用工制度。  ④采用收斂量測監(jiān)控圍巖度變形，必要及時進行支付補強，通過監(jiān)控防止圍巖變形、危及洞身穩(wěn)定。  4、主要施工設備及料具  鉆孔設備：yt-28 氣腿式鑿巖機裝碴設備：60m3/h耙斗式裝巖機轉碴設備：皮帶轉碴機  運碴設備：s8梭式礦車  牽引設備：scd-12ｔ電瓶車  軌道：采用24kg/m 鋼軌鋪設  通風設備：nkj-no5通風機  通風管：pvc軟管、拉鏈式接頭  5、臨時支護施工方法說明  嘎木隧洞全長4235．44 米，將穿越iii ～ iv 類圍巖地段，進口段７３５米屬煤系地層及出口段２３５米屬軟弱圍巖．根據總體施工方案要在洞身開挖全部貫通后，再由中間向兩端襯砌，因此從洞身開挖成型后到洞身襯砌完成間隔時間較長，必須采用切實可行的臨時支護措施來確保未襯砌之前的洞身穩(wěn)定。根據隧洞的圍巖類別，采用的支護形式如下：  ① 0+000 ～ 0+735；0+935 ～ 4+235 段屬iv～ v 圍巖，支護形式拱部預設超前小導管、預注漿；設系統(tǒng) 錨桿φ22、l-2ｍ，網噴、噴砼10 ～ 15cm。  ② 0+735 ～ 3+900 段屬于 iii ～ iv 類圍巖，噴砼厚5 ～ 10cm，必要時掛網、設局部錨桿。  五、洞身混凝土澆筑施工  嘎木隧洞為鋼筋混凝土襯砌，共需模注混凝土10950m3。我們對混凝土襯砌施工方案進行了比選。目前國內外采用的鋼?；炷烈r砌臺車大體上有兩種；一 種是平移式，一種是穿行式。平移式臺車是車體與模板一體，待襯砌完成并達到一定強度后脫模移至下一待襯砌地段作業(yè)。穿行式鋼模臺車配兩套以上模板，臺車與模板各自成獨立系統(tǒng)，混凝土澆筑完畢后，臺車即可脫離模板，至下一待裝模處與另一套模板聯(lián)接并收攏，然后臺車連同模板一起，從剛完成灌注的模板內穿行到下一待襯砌處，準備進入下一循環(huán)施工。  在小斷面隧洞中，機械式整體模板臺車受狹窄的施工環(huán)境限制，難以投入使用。經過多項施工方法的比較和選擇，采用靈活輕便、少占空間定型組合鋼模替代整體式臺車，采用專用小型機具來完成移動及現場組裝就位。本項隧洞襯砌施工中，共投入四套定型組合鋼模從隧洞中間開始向兩端襯砌，通過相鄰兩套模板的交替倒益實現均衡的混凝土灌注生產能力。1、施工方法：人工完成定型組合鋼模的移動及現場組裝，１２ｔ電瓶車牽引6m3 軌行式混凝土輸送車將砼送到灌注點，混凝土輸送泵泵送砼入倉。砼入倉后采用插入或附著式搗固器搗固，砼灌注完畢后養(yǎng)生至強度達到2.5mpa 后脫模，灑水養(yǎng)護28 天。采用泵送砼入模，配備二套定型組合鋼模交替倒益，一方面可以有足夠的入倉工作面，另一方面減小了相鄰兩環(huán)襯砌之間的干擾。選用6m3 軌行式混凝土輸送車，車體可以滿足行車界限的要求，該車運送混凝土能力較大，滿足了泵送入模的要求，保證襯砌砼的整體性。  2、施工程序  ①混凝土襯砌施工程序  測量定位→處理欠挖、清除雜物→鋼筋綁扎成型→移動模型就位→養(yǎng)生→脫模→進入下一循環(huán)的施工  ②鋼筋施工程序  進料→抽樣送檢→放樣加工、分類堆放→運輸→ 工作面定位、綁扎成型  3、施工工藝流程  準備→鋼筋綁扎→模板安裝就位→安設泵送混凝土管路→生產、運輸、灌注混凝土→養(yǎng)生→進入下一循環(huán)施工  4、施工輔助措施  ①使用激光指向儀控制斷面修整、鋼筋綁扎以及襯砌臺車就位，特點是工效高，定位誤差小。  ②洞口布設45m3/h 生產能力的混凝土拌合系統(tǒng)，滿足混凝土入倉能力的要求。  5、主要施工設備及料具  模 型：組合式定型鋼?；炷辽a設備：45m3/h拌合系統(tǒng)混凝土運輸設備：6m3軌行式罐車牽引設備：scd-12t電瓶車輸送設備：混凝土輸送泵  四、結束語  傳統(tǒng)的小斷面輸水隧道施工主要依賴小型機具施工，工效低、工期長，受狹小工作面、勞動生產率低的制約，一直以來長大小斷面輸水隧洞是制約項目成敗的關鍵，解決專用機械設備配套的問題，形成專項機械化作業(yè)線一直在探索中。輸水隧洞是水利水電工程的重要組成部分之一，探索與實踐綜合施工配套技術的組織與實施，促進非標機械配設備的開發(fā)是十分必要的。本文為小斷面隧洞施工方案的選擇提供參考。  （ 責任編輯雷開元）  城市建設理論研究 119