红旗水库引水隧洞施工组织设计

陈建尧

(四川省都江堰管理局设计院,四川都江堰,611830)

1 工程概况

金堂县红旗水库引水隧洞工程,是都江堰灌区续建配套与节水改造重要的引水项目。设计引水隧洞线路起于中江县合兴乡禾木村张家沟处人民渠七期干渠,止于金堂县官仓镇红旗村红旗水库库尾牛脚杆。设计方案隧洞(主洞)总长为7972.7m,隧洞(主洞)最大埋深约 327m,最低处约 36m;为增加工程工作面,分别在桩号 2+610m、3+870m、6+282m处设施工支洞 3座,总长度 1338.7m。其中,1#施工支洞斜长 434.1m,2#施工支洞斜长 395.3m,3#施工支洞斜长509.3m。设计线路进口起点高程 524.083m,出口止点高程 520.448m。设计引用流量 5.0m3/s,加大流量 6.0m3/s。

本工程级别为 4级,永久性主要建筑物节制闸和引水闸、隧洞、暗渠、引水明渠等按 4级设计,次要建筑物和临时建筑物按照 5级建筑物设计。

工程区中江 ～合兴 ～石泉、金堂 ～石泉 ～官仓镇有 101国道(兴隆至长乐),另外有众多的乡村机耕道横穿或重点建筑物旁边平行通过,形成了本工程区较发达的公路交通网络。

红旗水库引水工程在人民渠七期干渠上桩号99+736.7m右岸分水,干渠水位高程 526.783m,只修建 8.0463km的引水隧洞、暗渠、明渠注入红旗水库。

2 隧洞施工概述

2.1 隧洞(主洞)施工

由于隧洞底坡降不大,可采用一般平洞施工方法。洞内石渣水平运输采用立爪装岩机(100m3/h)装渣,电瓶机车(5t)牵引 3.5m3矿车运输至洞口,再由汽车运 0.5km～3km至弃渣场堆放。

2.2 施工支洞施工

施工支洞洞口段因埋深较浅,为浅埋土和砂岩质泥岩,采用分部开挖预留核心土方法施工,YT-28风钻钻孔,光面爆破,ZLC40B装载机装运渣。在井口及井身施工的同时,安装、调试提升设备,前期设 5t临时卷扬机提升出渣斜井施工安装简易开挖台架,采用 YT-28风钻钻孔,全断面开挖。对于施工支洞开挖洞内石渣运输,采用0.6m3耙斗装岩机装渣,3.5m3矿车运输,55kW双筒绞车提升,卸于洞口再由汽车运 0.5km至弃渣场堆放。对于施工支洞平洞洞内石渣水平运输,采用立爪装岩机(100m3/h)装渣,电瓶机车(5t)牵引 3.5m3矿车运输至施工支洞底,通过斜井 55kW双筒绞车提升,卸于洞口再由汽车运0.5km～1.2km至弃渣场堆放。

3 隧洞主要施工方法

隧洞施工按进口 、出口 、1#、2#、3#施工支洞共5个工作面考虑,设计断面为城门洞型,开挖断面3.6m×4.0m(宽 ×高)。

3.1 石方开挖

3.1.1 洞口开挖。本工程洞口岩层风化较强,岩层破碎,覆盖着较厚的松散土层,施工时,自上而下进行开挖。为保证洞口施工安全,洞脸边坡按设计要求设置马道。洞口部位爆破,要根据开挖面形状选择光面、预裂或微差爆破方法,并规定适宜装药量,以保证洞口围岩不被破坏。

3.1.2 洞身开挖。本工程引水隧洞大部份为Ⅳ类围岩、少部份为Ⅴ类围岩,故主要应以开挖后随即衬砌的方式施工。开挖主要采用光面爆破技术,二臂凿岩台车钻孔,乳胶炸药和非电毫秒雷管爆破。

引水隧洞为全断面开挖,施工支护采取系统锚杆、喷锚、挂网等措施,衬砌可落后于开挖的距离根据监控量测结果确定。

施工中如遇断层破碎带,采用先护后挖的施工方法,小导管预注超前支护,配合系统锚杆、喷射混凝土、挂网以及钢支撑;人工开挖或者松动爆破,衬砌紧跟。

3.1.3 钻爆法开挖施工工艺

Ⅳ类围岩稳定性差,其变形破坏主要受岩体强度控制,隧洞开挖后,如果不及时支护,围岩将产生松弛变形而坍塌破坏。因此,局部稳定性较差地段,以锚杆支护为主,将不稳定岩块悬吊在稳定岩体上,充分发挥锚杆的悬吊作用。锚杆采用φ25mm砂浆锚杆,长度 2.5m,垂直于结构面打设。考虑到输水隧洞断面较小,为了加快施工进度,部分随机锚杆采用气腿式凿岩机在凿岩台车平板上打设。其开挖作业循环为:钻孔、装药、联线、爆破、通风、清理撬挖、利用渣堆挂网喷混凝土、装渣运渣、接轨等工序。

3.2 隧洞衬砌

3.2.1 浇筑前的准备。衬砌混凝土浇筑前作好修帮、清渣、清洗、立模和预埋管等工作。

3.2.2 衬砌的浇筑顺序。衬砌采用分段流水浇筑,在大段之间进行流水作业,流水段长度与衬砌台车相配套。横断面上的浇筑顺序为先边墙后顶拱、再底板,连续浇筑。

3.2.3 混凝土的入仓铺料。由于隧洞工作面狭窄,采用输送泵将混凝土泵入仓。混凝土泵的导管铺设在工作平台上,在进入到浇筑段时,才升高到模板上面。依靠泵的连续压送,将混凝土浇入仓内。混凝土入仓后采用斜层浇筑法,要求左右侧必须分层对称,以免造成偏压跑模,每层厚度不超过振动棒长的 1.25倍,振捣密实又不过振。

3.2.4 平仓与振捣。平仓可用插入式振捣器插入料堆顶部振动,使混凝土液化后自行摊平。振动影响半径与振动力大小和混凝土的塌落度有关,一般为 30cm～50cm,须通过试振确定。为了避免漏振,应使振点均匀排列,有序振捣,振点间距约为影响半径的 1～1.5倍,并应使振捣器插入下层混凝土约 5cm,以利上下层结合。振动过程中,还应与模板保持 1/2影响半径的距离。模板上设附着式振捣器配合捣固。

3.2.5 衬砌的封拱。衬砌施工难度较大的工作是封拱。封拱是指在相邻两个浇筑段之间,对后浇段顶部混凝土的浇筑。后浇段的施工,因受先浇段的限制,仓内工作条件异常艰难,要想使后浇筑的混凝土形成完整的拱圈,必须在施工中采取如下特殊措施:封拱采用混凝土泵,在导管的末端接上冲天尾管,垂直穿过模板伸入仓内。冲天尾管的位置根据浇筑段长度和混凝土扩散半径确定,其间距一般为 4cm～6cm,离浇筑段端部约1.5m左右。尾管出口与岩面的距离,原则上是越贴近越好,以保证压出混凝土能自由扩散,一般为20cm左右。封拱时为排除和调节仓内空气,检查拱顶充填情况,在仓内岩面最高处设置通气管,在仓的中央部位设置进人孔,以便进入仓内进行必要的辅助工作。

封拱的施工程序是:当混凝土浇至顶拱仓面时,尽量筑高两端混凝土;加快泵的压送速度,连续压送混凝土;当通气管开始漏浆或压入的混凝土量已超过预计方量时,停止压送;去掉尾管上包住预留孔眼的铁箍,从孔眼中插入防止混凝土下落的钢筋;拆除到关;待顶拱混凝土凝固后,将外伸的尾管割除,并用灰浆抹平。

3.3 通风及照明

隧洞三管两线(φ100mm高压风管、高压水管和 φ150mm的排水管,照明线及动力线)的布置,总原则是满足机械设备通过衬砌地段,保证200cm×200cm的净空。

由于张家沟、一碗水(1#施工支洞)、吴家院子(2#施工支洞)、响水滩(3#施工支洞)、牛脚杆等通风距离长,通风管径大,通风阻力小,因此采用风机串联方式。各隧洞外设立空压机房,风机采用天津通创 SDA50B-2T7型(功率 7.5kW+7.5kW,风量 170m3/min,风压 1940Pa)及 SDA45B-2T4(功率 4kW+4kW,风量 250m3/min,风压2450Pa)风机。风管采用 φ400cm软风管,节长20m,100m漏风率 1.5%。通风管管口离开掌子面的距离不大于 20m,以确保良好工作条件。

隧洞开挖及衬砌工作面照明,采用 36V低压电路,动力线采用 220V～380V,注意选择绝缘防水良好的导线和灯具。

4 施工总进度

结合工程施工条件及工程特点,本工程施工总工期为 22个月(即第一年10月1日～第三年7月30日),本着从前至后、先难后易、分期实施、分期受益的原则来计划安排。工程建设一般分为四个施工阶段:工程筹建期(安排在第一年7月～9月),工程准备期(第一年10月1日～11月30日),主体工程施工期(第一年10月1日～第三年4月30日),工程完建期(第三年5月1日～第三年7月31日)。

本工程工期看似很紧张,但从水工结构上看,处于关键线路上的各项工序由于工程量较小,施工时间充裕,施工强度低,工期可以得到保证。因此,本工程施工总工期是可行的。