磨盘山水库输水隧洞竖井施工措施

崔 强

( 哈尔滨市磨盘山水库管理处，黑龙江 五常150200)

1 工程概况

磨盘山水库是以为哈尔滨市供水为主，并结合下游防洪、灌溉等综合利用的控制性水利枢纽工程，位于拉林河干流上游五常市沙河子镇沈家营村上游1.8 km附近。［1］

供水洞穿过右岸山体，进口距坝轴线上游约200 m，隧洞设计全长1383.9 m，洞径3.20 m，桩号为GS0 +000 ～GS1，其中GS0 +000 ～GS1 +073.9 为钢筋混凝土衬砌; GS1 +073.9 ～1 +383.9 段为钢板混凝土衬砌段，该段洞身大部分地段地质为泥夹块石，富含水，围岩不稳定，成洞条件很差。洞挖原设计为圆形，后变更为马蹄形断面，成洞洞径3.20 m。地面高程在300.00 m ～430.00 m。

供水洞施工期间，经黑龙江省地质调查院对供水洞岩石级别重新进行鉴定，洞内岩石由原XI 级变更为XIII ～XIV 级。岩石级别增加，带来了施工难度，开挖速度变慢，直接影响工程进度。为加快供水洞施工进度，经现场各方研究决定，在供水洞GS1 +063 段增设竖井，可以增加两个工作面，缩短工期。

2 竖井施工

2.1 竖井位置选择及工程布置

竖井井口位置根据地形、地质情况，首先要选定在坚硬的基岩上，避开滑坡体，以保证竖井井身稳定;其次，竖井口要避开挑水沟，以保证竖井口安全。供水洞竖井井口定在紧临山体坡脚台地上，地面标高H =323.0 m，竖井轴线与供水洞轴线斜交点里程在供水洞1 +050 处。竖井深度H =32.1 m，净空长×宽=4.8 m ×3.6 m。竖井开挖断面为矩形，井口为560 cm×680 cm，井身为430 cm ×550 cm，竖井平导开挖断面为马蹄形，上总数R =1.8 m的半圆，下部为360 cm×250 cm矩形。

2.2 竖井井口施工

利用挖掘机或推土机推出表层浮土或者松渣，形成一个施工台阶，在台阶平面上按拟定井口坐标放大样。按施工要求，明挖井口，形成5.6 m ×6.8 m×2 m矩形抗，按要求绑扎井口笼式钢筋，笼式钢筋采用φ20 螺纹钢，间距均为20 cm，竖向筋采用φ20 圆钢，同井身护筋同号，竖向筋施工间距20cm。井口笼式钢筋形成后，按尺寸浇注竖井锁口圈混凝土，锁口圈采用C20 混凝土，浇注尺寸按图示。锁口圈混凝土竖向筋底部要预留≥50 d长度，做为竖井护壁筋接头。锁口圈混凝土高度初步定为2 m，其实际高度要按施工地质情况定，锁口圈混凝土基面尽量置于基岩面上，以防竖井井口下沉，表面要高出地面25 cm，防止地表水或杂物掉入竖井。竖井口根据周边水流情况，安砌片石混凝土排水沟，形成排水系统，确保洪水不冲涮竖井井口。

2.3 竖井提升设备施工方法

首先在竖井口架立龙门吊，龙门吊骨架采用φ150 钢管焊接，设计尺寸为:10 m

图1 竖井提升设备施工设计简图

竖井提升采用5 t电动定向葫芦，利用28 号工字钢作横梁，把弃碴从竖井提升后横走到出碴位置，利用自卸汽车弃碴。

2.4 竖井井身施工

竖井井深32.1 m，采用全断面竖向开挖，非电起爆，周边眼采用预裂爆破。YT28 凿岩机钻眼，人工出碴，5 t电动葫芦卷扬机提升。井壁施工φ22、L =30 m锚杆，设护壁筋φ20，竖筋和水平间距15 cm，竖筋每节长度为1.8 m，上节与下节用电焊连接，护壁C20 混凝土厚35 cm。竖井护壁混凝土每1.5 m高度衬砌一组。在竖井一侧设槽钢梯做人行通道。

2.5 竖井井口防洪安全

由于竖井口处山洪冲刷影响带，须沿井口弃碴场周边浆砌片石挡墙，确保洞口安全，洞口位置高程高出沟底2 m，并备砂袋防洪使用。

2.6 竖井井底抽水措施

竖井井底水源主要有地下渗水和施工用水。在竖井底靠风水管设2 m ×2 m ×1.2 m出碴槽兼集水井，利用45 kW高压泵抽排到洞外。

3 竖井洞室施工

洞室开挖采取“短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”12 字方法进行。

3.1 竖井至进口GS0 +000 ～GS1 +073.9 段施工

竖井至进口GS0 +000 ～GS1 +073.9 段岩石质量较好，开挖采用自上而下分层分区阶梯状开挖，对局部较坚硬岩体和孤石采用人工手持风钻打眼，弱爆破解体。分层喷锚支护，分层高度5 ～8 m，一般情况下每6 m一级，开挖一级支护一级。

3.2 竖井至出口GS1 +073.9 ～1 +383.9 段施工

供水洞GS1 +073.9 ～1 +383.9 段岩石由原XI级变更为XIII ～ XIV 级。供水洞设计为φ 3.9 m圆形，局部地段挂网喷护。如果按设计圆形洞室施工，对成洞地质条件差的洞室开挖需采取拱架支撑作初期支护手段，由于圆形断面施工，其支撑腿不能直立，应力分散，起不到支撑的作用。为此，供水洞竖井至出口段开挖断面自圆心以下改变为矩形，才能使拱架支撑腿直立起到支撑的作用，开挖断面上部成半圆形，开挖半径由1.95 m增加至2.2 m，预留支撑拱20 cm 和5 cm 拱顶沉降值，下部矩形尺寸为1.95 m×4.4 m。

该段洞室洞身穿越浅埋沟谷，埋深15 ～20 m不等，洞顶覆岩体厚度薄，岩石属强风化下限，节理发育，岩层破碎，地表有3 ～5 m富含水透水层，洞室开挖后裂隙水丰富，为减少爆破震动，缩短初期支护时间，洞室采用上下半断面微台阶施工方法，即:圆心以上到拱顶为上半断面，开挖高度2.2 m，开挖底宽度4.4 m，呈半径2.2 m的半圆形，下半断面开挖高度1.95 m，宽4.4 m呈矩形，上下半断面台阶相距3 ～5 m。

3.2.1 上半断面施工

上半断面施工必须遵循“短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”原则施工，其施工流程为:超前锚杆—开挖—架支撑拱—连接钢筋—喷护混凝土。

1) 超前锚杆施工。在格栅拱拱背，沿径向5 ～10°外插角施工超前锚杆，超前锚杆采用φ22，L =2.5 m螺纹钢施工，环向拱顶90°园弧间距0、25 m，其余园弧间距0.5 m，每循环施工锚杆22 根。

2) 开挖。上半断面开挖采用手持风钻钻眼，周边眼光面爆破，每次开挖进尺≤1.2 m。

3) 格栅支撑拱施工。格栅支撑拱采用75#工字钢加工或者用φ22 螺纹钢筋制成格栅花拱，纵向间隔0.8 m 设一榀，每榀拱架由3 段拼装而成，每段拱架长2.4 m，每段拱架两端用H=8mm 厚钢板加工成连接板，用4 组φ16 螺栓连接，每一榀格栅拱架按施工规范要求架立后，两边各设两根φ22，L =2.5 m锁脚锚杆固定，格栅拱沿周边间隔0.5 m设纵向连接筋，连接筋采用φ22 螺纹钢焊接，每两榀格栅拱为一组，喷护C20 混凝土20 cm厚封闭，再施工下一开挖循环。

4) 出碴。由于上半断面空间小，施工工序繁杂，只宜采用人工出碴到下半断面。

3.2.2 下半断面施工

下半断面施工工艺流程为开挖—出碴—架立支撑腿—喷护混凝土。

1) 开挖。下半断面开挖掌子面，距上半断面开挖掌子面距离3 ～5 m为宜，以利于上半断面人工出碴。下半断面开挖采用手持风钻钻眼，周边眼光面爆破，每次进尺≤2 m。

2) 出碴。下半断面前50 m出碴采用装载机直接出碴，开挖50 m后采用跟头式扒碴机配2.5 t自卸车出碴。

3) 架立拱架支撑腿施工。下半断面开挖出碴后立即施工格栅拱支撑腿，支撑腿长2.2 m，上部设H=8 mm厚钢板连接板，下部焊接H =10 mm厚钢板作支撑板，以提高整个支撑拱承载力，每榀支撑腿施工两根φ22，L=2.5 m螺纹钢筋作锁脚锚杆。

4) 喷护混凝土施工。喷护混凝土采用潮喷机，喷护C20 混凝土，喷护厚度20 cm。

4 竖井回填封堵施工

考虑竖井作为供水洞洞身回填灌浆、固结灌浆、接触灌浆、钢板防腐、混凝土模板拆除的施工人员、施工材料进出口，留6.1 m钢筋混凝土不浇筑作为工作面，具体步骤为:

1) 首先完成供水洞洞身回填灌浆、固结灌浆、接触灌浆、钢板防腐、混凝土模板拆除、洞身修补、清渣的工作。

2) 钢轨铺架，确定轨面标高。

3) 钢护筒吊装:钢护筒分为3 节，每节长1.5 m，在洞内进行焊接，与钢筋混凝土连接处采用木模封堵。

4) 钢筋制安: 钢筋为双层￠20 的螺纹钢，间距38 cm;环向筋间距20 cm，分为两个半圆，待每节钢护筒定位后进行钢筋制安。

5) 混凝土浇築: 混凝土标号为C25，边墙厚80 cm，拱顶中心厚245 cm，由竖井进料一次性浇築;在浇築混凝土前，预埋2 根￠40 的钢管且高出混凝土顶面15 cm作为排水用。

6) 竖井回填: 待混凝土强度达到90%以后开始回填，回填前为减小填料对混凝土的冲击力，在距混凝土拱顶100 cm处加一排钢轨( 16 kg/m) ，横向长440cm，与井壁锚杆焊接; 纵向间距100 cm。首先采用人工回填200 cm厚黏土，然后再回填隧道弃渣。竖井混凝土回填断面图见图2。

图2 竖井混凝土回填断面图

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院. 哈尔滨市磨盘山水库初步设计报告［R］. 哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2005.

［2］肖青春. 某隧洞竖井施工［J］. 西部探矿工程，2010(11) :199 －202.