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(xiàng)目之一，長(zhǎng)期以來由于輸水隧洞斷面小，長(zhǎng)隧方案難以實(shí)施，常成為項(xiàng)目方案比選的重點(diǎn)，也是項(xiàng)目施工的控制點(diǎn)。六盤水市玉舍供水工程嘎木隧洞全長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)開挖與襯砌平行作業(yè)，嘎木隧洞按先行開挖和初期支護(hù)，待洞身開挖貫通后再進(jìn)行混凝土襯砌的施工程序，投入配套的非標(biāo)機(jī)械設(shè)備組成開挖、混凝土襯砌作業(yè)線，提高單項(xiàng)工序的生產(chǎn)能力和設(shè)備利用率，大幅壓縮了工期、降低了成本，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的質(zhì)量、安全和工期目標(biāo)。 

關(guān)健詞：小斷輸水隧洞長(zhǎng)距離獨(dú)頭施工綜合配套技術(shù)  一、工程概況  六盤水市玉舍供水工程嘎木隧洞長(zhǎng)4235.4m，是玉舍供水工程的輸水道組成之一。隧洞進(jìn)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(shè)計(jì)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(jìn)口端735m 為煤系地層，其余為軟質(zhì)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(dú)頭施工長(zhǎng)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(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，且難以選配機(jī)械設(shè)備；僅靠小型機(jī)具操作，進(jìn)度慢，隨著洞身的延伸，運(yùn)輸困難，施工難度更大。針對(duì)這種狀況，尋找一種快速的施工組織模式， 采用配套的專項(xiàng)機(jī)械設(shè)備組成機(jī)械化施工作業(yè)線，形成較高的、均衡的生產(chǎn)能力是確保項(xiàng)目按期完成的關(guān)鍵。在小斷面引水隧洞內(nèi)采用機(jī)械設(shè)備配套技術(shù)組成隧洞開挖與混凝土襯砌作業(yè)線，存在以下難點(diǎn)：1. 要求洞內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備容量大、運(yùn)輸能力大，如此可以減少工序銜接時(shí)間；要求運(yùn)輸設(shè)備橫截面小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，減小與洞內(nèi)其它設(shè)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(shí)施平行作業(yè)。  3. 若采取洞身開挖完成后再進(jìn)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(shí)間過長(zhǎng)，期間為確保洞身圍巖穩(wěn)定，需加強(qiáng)日常監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)對(duì)洞身變形地段采取臨時(shí)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。經(jīng)過對(duì)嘎木隧洞的多方案比較分析，確定的基本施工順序?yàn)椋憾瓷黹_挖完成后再進(jìn)行混凝土襯砌，在洞身開挖成型后輔以補(bǔ)強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)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(yùn)輸干擾?？傮w施工順序?yàn)樗矶撮_挖期間組織開挖及初期支護(hù)兩條作業(yè)線，兩工作面平行向縱深掘進(jìn)；洞身開挖及初期支護(hù)結(jié)束后再進(jìn)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(gè)工作面向外退出。 選用有軌運(yùn)輸設(shè)備組成開挖、襯砌運(yùn)輸作業(yè)線，經(jīng)比選確定開挖作業(yè)線的組成為：氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，60m3/h 耙斗式裝巖機(jī)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(yùn)輸混凝土至工作面，泵送混凝土入模。通過設(shè)備的選型和配套，以實(shí)現(xiàn)了較高的、穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。  三、嘎木隧洞總體施工布置  總體施工方案；長(zhǎng)隧短做，按“兩平一斜、三工區(qū)、四工作面”布置，即；設(shè)進(jìn)口工區(qū)、出口工區(qū)、斜井工區(qū)，其中；斜井工區(qū)、進(jìn)口工區(qū)主攻向?yàn)檫M(jìn)口端及煤系地層。整個(gè)隧道地質(zhì)復(fù)雜、埋深大、工作面狹小、單口施工距離較長(zhǎng)，如何組織實(shí)現(xiàn)快速施工，選配適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)備、確定正確的施工方法，十分關(guān)鍵。我們選用有軌運(yùn)輸模式，組配軌行式機(jī)械設(shè)備施工，組建開挖裝運(yùn)、噴錨支方護(hù)、混凝土襯砌機(jī)械化作業(yè)線；遵循“地探超前、控制爆破成型、臨時(shí)支護(hù)緊跟、監(jiān)控量測(cè)反饋”的作業(yè)方針；總體施工順序?yàn)槿黹_挖完成后，從中間開始向兩端襯砌。主要技術(shù)難點(diǎn)有：洞身開挖快速施工的組織與實(shí)施、 防坍、臨時(shí)支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)及穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)、洞身砼襯砌快速施工的組織與實(shí)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(yùn)輸出碴。使用yt －28 氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，光面（預(yù)裂）爆破開挖成作者簡(jiǎn)介：謝成濤（1968-），男，貴州遵義人，1987年畢業(yè)于西南交通大學(xué)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(shè)理論研究城市建設(shè)理論研究2011 年10 月25 日cheng shi jian she li lun yan jiu經(jīng)濟(jì)建筑型，耙斗式裝巖機(jī)裝碴，12t電瓶車牽引8m3 梭式礦車運(yùn)碴至洞外棄碴場(chǎng)。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(jìn)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(jī)裝碴可以利用調(diào)車間隙或先行清理出開挖面的棄碴，實(shí)現(xiàn)出碴與鉆孔平行作業(yè)。  2、施工工藝流程  開始→進(jìn)入工作面→灑水找頂→裝碴→畫斷面及鉆孔準(zhǔn)備→鉆孔（爆破孔、錨桿孔）→裝藥爆破→進(jìn)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(jù)開挖地質(zhì)情況調(diào)整爆破參數(shù)。  ③按三班制六循環(huán)組織施工，實(shí)行以崗定人，一 專多能的用工制度。  ④采用收斂量測(cè)監(jiān)控圍巖度變形，必要及時(shí)進(jìn)行支付補(bǔ)強(qiáng)，通過監(jiān)控防止圍巖變形、危及洞身穩(wěn)定。  4、主要施工設(shè)備及料具  鉆孔設(shè)備：yt-28 氣腿式鑿巖機(jī)裝碴設(shè)備：60m3/h耙斗式裝巖機(jī)轉(zhuǎn)碴設(shè)備：皮帶轉(zhuǎn)碴機(jī)  運(yùn)碴設(shè)備：s8梭式礦車  牽引設(shè)備：scd-12ｔ電瓶車  軌道：采用24kg/m 鋼軌鋪設(shè)  通風(fēng)設(shè)備：nkj-no5通風(fēng)機(jī)  通風(fēng)管：pvc軟管、拉鏈?zhǔn)浇宇^  5、臨時(shí)支護(hù)施工方法說明  嘎木隧洞全長(zhǎng)4235．44 米，將穿越iii ～ iv 類圍巖地段，進(jìn)口段７３５米屬煤系地層及出口段２３５米屬軟弱圍巖．根據(jù)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(shí)間較長(zhǎng)，必須采用切實(shí)可行的臨時(shí)支護(hù)措施來確保未襯砌之前的洞身穩(wěn)定。根據(jù)隧洞的圍巖類別，采用的支護(hù)形式如下：  ① 0+000 ～ 0+735；0+935 ～ 4+235 段屬iv～ v 圍巖，支護(hù)形式拱部預(yù)設(shè)超前小導(dǎo)管、預(yù)注漿；設(shè)系統(tǒng) 錨桿φ22、l-2ｍ，網(wǎng)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(shí)掛網(wǎng)、設(shè)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(duì)混凝土襯砌施工方案進(jìn)行了比選。目前國(guó)內(nèi)外采用的鋼?；炷烈r砌臺(tái)車大體上有兩種；一 種是平移式，一種是穿行式。平移式臺(tái)車是車體與模板一體，待襯砌完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后脫模移至下一待襯砌地段作業(yè)。穿行式鋼模臺(tái)車配兩套以上模板，臺(tái)車與模板各自成獨(dú)立系統(tǒng)，混凝土澆筑完畢后，臺(tái)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(tái)車連同模板一起，從剛完成灌注的模板內(nèi)穿行到下一待襯砌處，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)施工。  在小斷面隧洞中，機(jī)械式整體模板臺(tái)車受狹窄的施工環(huán)境限制，難以投入使用。經(jīng)過多項(xiàng)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(tái)車，采用專用小型機(jī)具來完成移動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)組裝就位。本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)均衡的混凝土灌注生產(chǎn)能力。1、施工方法：人工完成定型組合鋼模的移動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，混凝土輸送泵泵送砼入倉(cāng)。砼入倉(cāng)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(qiáng)度達(dá)到2.5mpa 后脫模，灑水養(yǎng)護(hù)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(cāng)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(yùn)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(cè)量定位→處理欠挖、清除雜物→鋼筋綁扎成型→移動(dòng)模型就位→養(yǎng)生→脫模→進(jìn)入下一循環(huán)的施工  ②鋼筋施工程序  進(jìn)料→抽樣送檢→放樣加工、分類堆放→運(yùn)輸→ 工作面定位、綁扎成型  3、施工工藝流程  準(zhǔn)備→鋼筋綁扎→模板安裝就位→安設(shè)泵送混凝土管路→生產(chǎn)、運(yùn)輸、灌注混凝土→養(yǎng)生→進(jìn)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(tái)車就位，特點(diǎn)是工效高，定位誤差小。  ②洞口布設(shè)45m3/h 生產(chǎn)能力的混凝土拌合系統(tǒng)，滿足混凝土入倉(cāng)能力的要求。  5、主要施工設(shè)備及料具  模 型：組合式定型鋼?；炷辽a(chǎn)設(shè)備：45m3/h拌合系統(tǒng)混凝土運(yùn)輸設(shè)備：6m3軌行式罐車牽引設(shè)備：scd-12t電瓶車輸送設(shè)備：混凝土輸送泵  四、結(jié)束語  傳統(tǒng)的小斷面輸水隧道施工主要依賴小型機(jī)具施工，工效低、工期長(zhǎng)，受狹小工作面、勞動(dòng)生產(chǎn)率低的制約，一直以來長(zhǎng)大小斷面輸水隧洞是制約項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵，解決專用機(jī)械設(shè)備配套的問題，形成專項(xiàng)機(jī)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(shí)踐綜合施工配套技術(shù)的組織與實(shí)施，促進(jìn)非標(biāo)機(jī)械配設(shè)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(zé)任編輯雷開元）  城市建設(shè)理論研究 119