小型水工隧洞施工技术探讨

□李小东 田明 张艳（焦作市引沁灌区管理局）

小型水工隧洞施工技术探讨

□李小东 田明 张艳（焦作市引沁灌区管理局）

以小浪底北岸灌区一干渠隧洞为例，分析小型水工隧洞开挖、衬砌中的影响因素，针对小型隧洞如何选择开挖、衬砌施工方案；重点探讨软岩、地下水、狭小施工作业空间在小型隧洞开挖、运输出渣、混凝土衬砌中的影响，评价现场应对措施的优缺点，分析应对措施其对质量、进度、成本影响；为同类隧洞施工方案选项提供借鉴。

水工隧洞；开挖；混凝土衬砌；施工控制

1 引言

水工隧洞是为满足泄洪、灌溉、发电等各项任务在岩层中开凿而成的建筑物。为保证隧洞按合同约定质量、工期、投资完工，应根据地质情况、隧洞特性等条件选择合理的施工技术。以下结合案例，对小型隧洞施工技术进行详细的阐述。

2 工程概况

小浪底北岸灌区一干渠隧洞位于河南省黄河北岸。隧洞长2 997 m，设计流量6.41 m3/s，纵坡1/1 000。隧洞横断面城门型，宽2.30 m，高2.80 m，C25混凝土厚0.25 m。隧洞开挖断面宽3.14 m，高3.42 m，断面面积为9.70 m2，属于特小断面隧洞。

一干渠隧洞围岩为低胶结强度的砂岩、泥岩、粘土岩等，岩石强度系数1.50～2，完整系数0.50～0.60，按矿井巷道支护分类属于软岩。此类围岩具有粘结性差、强度低、易风化、遇水膨胀、自稳能力差等特性。地下水为基岩裂隙水，地表水下渗过程中，形成脉状裂隙水和风化壳裂隙水，局部地段出现较大渗流。

3 隧洞开挖方案

一干渠隧洞设计为进出口相向开挖，单向掘进长度约1 500 m。隧洞按照先开挖、后衬砌顺序进行施工。隧洞开挖方案应综合考虑隧洞断面大小、工作面长、围岩、不良地质、地下水的等因素，并分析各因素对安全、质量、进度、经济的影响，选择最合适方案，达到各方最优。

隧洞开挖包括测量、布孔、钻孔、装药、爆破、通风、安全处理、出渣、支护等工序。文章仅对影响质量、安全、进度、成本的主要工序工艺选择进行探讨。

3.1 洞口开挖

一干渠隧洞进洞方案采用管棚法，即利用型钢预先在洞外防护管棚，在管棚内进行隧洞开挖。修整隧洞进口段自然边坡，确保进洞口坡面高于隧洞顶约2 m。沿洞脸周边钻孔，埋入直径50 mm×5 mm无缝钢管，用灌浆机对小导管周围岩体进行用早强水泥固结灌浆。在洞口处用工字钢、钢筋、混凝土做成支护明洞，利用支护明洞保护开挖隧洞。在明洞内利用机械配合人工开挖，每循环进尺不宜超过0.80 m。必要时辅以浅炮孔、小药量、微震动，保护周围岩体。管棚法进洞具有破坏自然山体少、保护地表植被、明挖工作量小的优点。值得在工程实践中推广应用。

3.2 洞身开挖

一干渠隧洞主洞开挖时，常规洞段采用光面爆破法。光面爆破能保持了围岩完整性，不产生或很少产生炮震裂缝；在裂隙发育的地层中，能避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性。隧道成型规整，减少了隧洞超挖量，节省衬砌量，提高了施工进度，降低工程成本。一般情况下，每循环开挖进尺不宜超过1.50 m。在断层及破碎带及地下水丰富等不良地质段，采用机械松动围岩人工辅助修整轮廓面的方式开挖，但存在开挖进度缓慢，需投入人工较多，生产效率不高，施工成本较高等问题。

3.3 出渣与运输

一干渠隧洞出渣运输距离短，不适宜有轨运输。隧洞开挖断面狭窄，洞内大型机械无法摆布，仅能选用小型运输机械装渣、运输。隧洞出渣选用WZT-60扒渣机装渣配合机动三轮车方案。

3.4 排水

地下水在一干渠隧洞的影响主要是软化、泥化岩层，给交通造成不利影响。根据一干渠隧洞地下水渗出水量小，确立“渗水即排”原则。遇到地下水渗出时，在渗水点附近开挖集水坑，引导水流入坑。若渗水范围较广，顺隧洞边墙底部开挖排水沟，渗水自流入坑。根据渗水量的大小，在集水坑布置不同型号的排水泵抽排入排水总管。排水总管在隧洞支护完成后，沿洞壁按1/1 000坡度铺设，自流排水，管径≥150 mm。

4 隧洞混凝土衬砌方案

混凝土衬砌按底板、边墙与拱部两阶段进行，边墙和拱部模板采用钢模台车。混凝土运输采用2 m3搅拌车，混凝土泵入仓。衬砌工序包括基底清理、钢筋绑扎、模板、止水、伸缩缝、混凝土浇筑、养护等。

混凝土拌合站计量器具按期校验，严格按照签发的配料单配料，根据原材料含水量即时调整。水、水泥、骨料、外加剂应与原试验厂家、型号一致。混凝土在搅拌机中连续搅拌时间应符合要求。混凝土从搅拌机卸料、运输到泵送完毕最长时间不超过规定的数值。

钢筋型号、间距、保护层等应符合要求并绑扎牢固。伸缩缝及止水的安装位置。钢模台车架设应符合隧洞轴线、高程，位置准确，连接牢固。模板就位前应打磨平整、涂刷隔离剂。

混凝土浇筑前清理仓内积水、混凝土废料、杂物等。在新老混凝土接触面铺设高标号水泥砂浆。混凝土应分层浇筑,左右边墙同时平仓，同时振捣。掌握混凝土振捣时间，避免欠振或过振。混凝土浇筑过程应随时观察，发现模板、钢筋、止水等位置变动及时恢复到位。混凝土浇筑完成后，混凝土强度超过2.50 MPa时方可拆模。混凝土拆模后及时养护。

混凝土浇筑前应做好充分准备，保证每仓混凝土连续浇筑，尽量做到浇筑过程中断。

5 隧洞施工控制要点

一干渠隧洞施工过程中，经历诸多问题，对工程质量、工期、生产成本均产生很大影响。因此需要总结本隧洞施工过程关键节点控制的经验，吸取教训。

5.1 隧洞开挖

一干渠隧洞开挖过程，超挖是不可避免的。但如何控制超挖，却是在施工中必须认真对待的事情。

地下围岩千变万化，施工图设计阶段的地质勘查也不能完全判定隧洞围岩状况。开挖前试验的爆破参数，也不能一劳永逸。施工中应及时修正。一般情况下，围岩状况变化是有预兆的。比如：岩石风化破碎程度加剧，岩石节理密集切方向一致，钻进度加大或出现卡钻现象，爆破后岩石块度减小，岩体突然出现渗流，或渗水量突然加大等。现场技术人员应根据上述情况，修正当前掌子面的爆破参数。若发现爆破超挖现象严重，应立即分析、查找原因，并予以纠正。必要时辅助人工开挖，努力降低因超挖而引起的生产成本的增加。

5.2 隧洞排水

一干渠隧洞施工中，地下水的渗出量虽然很小，但工程进度的影响也不容小觑，对生产成本的增加更是大麻烦。开挖过程中地下水的渗出有多种形式，如：点渗、线渗、面渗等，也有呈股状渗流的。隧洞地下水处理方案在实际运行过程中，效果却并不满意：其一渗水未按预设路径汇集到集水坑；其二渗水在汇集过程中已经对围岩造成软化，地下水造成底板岩层淤泥化、集水坑淤积、排水泵损坏，总排水管淤塞不畅、出渣车辆通行缓慢等问题，直接造成影响隧洞开挖进度；其三是造成运输机械磨损，故障多发。其四是增加工人、机械维修费用。

针对地下水在一干渠隧洞中的影响，施工期采用以下处理方案。首先，预留底板20 cm保护层，但保护层也会泥化；其次，挖出淤泥，挖出填碎石的方案，但效果不理想；最后，采用碎石垫层上铺设预制混凝土块，效果较好，但已大幅度增加了工程成本。

5.3 混凝土衬砌

一干渠隧洞混凝土衬砌方案是按照流水工艺布置的。即钢筋绑扎、钢模台车安装、伸缩缝及止水安装、混凝土浇筑、拆模与养护等工序顺序进行的。

隧洞内工作面狭小，设计钢模台车时必须留足整修台车、涂刷隔离剂的操作空间。台车应设计成既可以向下伸缩，也可以向内伸缩的结构。一干渠隧洞衬砌采用先浇筑边墙混凝土0.50 m高的方案来调整钢模台车上下伸缩的问题。受模板支撑结构的制约，模板向内收缩幅度较小，特别是拱脚处处理时需要认真细致。

合理优化各工序配合，尽量减少相互干扰，洞内混凝土衬砌应采用跳仓法施工。钢筋绑扎与钢模台车修整、涂刷隔离剂两个工序相互制约。因此每仓混凝土拆模后，需要将模板移到未绑扎钢筋的洞段维护后，才能就位。因此，跳仓法施工在隧洞内施工是最适宜的，对提高混凝土衬砌质量、加快施工进度有很大的帮助。

6 结语

隧洞工程是水利工程中地下建筑物的一部分，与其他工程的隧洞又有很多不同。认真总结分析解决在水工隧洞遇到的各种问题，确保项目在预计的成本内按时、按质完成，具有十分重要的意义。以上隧洞施工中遇到的问题对于小断面隧洞施工或许具有很好的借鉴。

［1］李荣.软岩隧道施工中超挖问题的处理研究.［J］黑龙江交通科技，2014（6）.

［2］刘耀勋.浅谈管棚施工技术在隧洞进口段施工中的应用.［J］中国西部科技，2015（02）.

TV523

B

1673-8853（2017）10-0053-02

李小东（1972-），男，工程师，主要从事水利工程建设管理。

2017-8-3

编辑：刘 青