富平应急水源工程输水隧洞施工技术浅析

胡 娜

0 前言

2016年度抗旱应急水源工程富平县项目，工程位于陕西省富平县留古镇的贺兰、西河、联合、高堂、王家等十二个行政村，该区域处于干旱地区，干旱少雨资源型缺水和工程性缺水表现非常突出。工程所辖区域主要以农业生产为主。土地面积1.3万亩，其中耕地面积1.2万亩，占土地面积的比例为92.3%；林地、村民住宅用地为0.1万亩，占总土地面积的比例为7.69%。项目受益区域耕地为贺兰水库的灌溉受益区，由于贺兰水库水源缺乏，使灌区原设计的1.2万亩地处于失灌状态，对当地农业生产造成严重影响。为了发展农业、抗旱减灾，积极寻找新水源，恢复农田灌溉。此应急水源工程涉及输水隧洞工程，针对隧洞施工及进行分析探讨。

1 工程概况

1.1 概述

2016年应急水源工程富平输水隧洞地处陕西省阎良区水北村及陕西省富平县黄村两地交界处，是泾惠渠一支渠向贺兰水库输水的重要分项工程之一。输水隧洞全长1496 m，在整个输水工程中规化桩号为1+506-2+996及再加隧洞中断改线6.0 m。该工程位于关中盆地北部，石川河及温泉河二级阶地上，工程所在位置阶面开阔，地势平坦。隧洞进口设计高程394.38 m，出口设计高程393.45 m，洞内纵坡比为1/1600。隧洞标准横断面为城门洞型，开挖断面尺寸为B×H=2.15 m×2.75 m，成型尺寸为 B×H=1.65 m×2.15 m，断面形式见图1。

图1 隧洞断面示意图

1.2 地质概况

该工程所在区域出露的地层主要为第四系风积、冲洪积及人工堆积物，工程场地在构造上位于鄂尔多斯地块南缘，毗邻渭河盆地。工程区地震动峰值加速度以石川河为界，石川河以西阎良区地震动峰值加速度0.20 g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度，石川河以东富平县地震动峰值加速度0.15 g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。地下水层类型按埋藏条件和含水层性质主要为第四系孔隙潜水。冲洪积层潜水分布于石川河的一级阶地、二级阶地及高漫滩，其水位埋深一般为4.7～50 m。含水层系砾卵石层，径流通畅，含水性较丰富。

2 隧洞开挖、支护、衬砌施工

隧洞围岩主要为黄土状粉质砂黏土，含水量丰富，部分施工段存在夹砂层，容易垮塌，成洞条件相对较差。针对这种特殊地质情况，根据地形地貌和地质结构，在多次试验总结的基础上，采取“短掘进，强支护，勤量测，紧衬砌”的原则进行隧洞施工，保证工程质量、进度和安全。

2.1 开挖方法

隧洞围岩主要为黄土状粉质砂黏土，含水量丰富，容易垮塌，成洞条件相对较差，施工开挖采用人工全断面开挖，单仓长度控制在6 m左右（可根据地质情况进行调整）。根据施工前测量放样的轴线及洞室样式，人工一次性开挖成型。开挖完成后再次对开挖控制轮廓线进行复核，使开挖断面与设计断面一致。开挖土料由人工配合专用运输车辆运至弃渣场。为了保证按节点日期完工，隧洞开挖分别从进口、出口两个撑子面进行掘进；当隧洞即将贯通两撑子面相距50 m时，反复校核隧洞轴线和高程，及时纠偏，确保隧洞顺利贯通。

2.2 施工支护

施工支护紧随开挖进行，每掘进1.5 m左右（开挖掘进尺寸根据土质情况而定），立即进行槽钢骨架安装（槽钢骨架由洞外进行加工，现场进行组装；侧墙与顶拱之间采用240×140×10钢板和M20×50六角螺栓连接）。槽钢骨架沿轴线方向间距1.0 m～1.5 m，槽钢骨架与槽钢骨架之间采用槽钢焊接连接。槽钢骨架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收。如地质较差时，脚锚板（见图2B区）长度可增长，甚至可设一根通长脚锚板加强钢架的稳定。

图2 支撑拱架结构示意图

2.3 混凝土衬砌

输水隧洞为全洞全断面衬砌，衬砌厚度为25 cm。衬砌采用分段分序进行施工，分段长度为6.0 m（可根据地质情况进行调整）。浇筑时先浇筑侧墙及顶拱，待侧墙及顶拱全洞施工完成后，再进行底板10 cm垫层混凝土浇筑和底板混凝土浇筑。

（1）模板

顶拱和侧墙混凝土浇筑采用钢模板，模板选用特制定型钢模板，模板长度为1.0 m。直墙部位采用平面定型钢模板，型号1000×400，拱部采用弧度定型模板，型号为1000×500。挡头采用钢木组合模板。

（2）止水及灌浆管埋设

安装挡头模板时，将止水固定到设计位置，浇筑混凝土时振捣器不得触及止水及挡头模板，并要保证止水周围混凝土浇筑密实。灌浆管施工时按设计尺寸裁取钢管，按设计位置焊接在钢筋上，并封堵管口，防止混凝土进入，保障后期灌浆作业。

（3）混凝土浇筑

隧洞全长1496 m，按照现场运输条件和混凝土浇筑保障能力，共分249仓混凝土进行浇筑，其中洞身247仓混凝土分缝为6 m分缝一仓。每仓分三序进行浇筑，一序为侧墙及顶拱，二序为10 cm底板垫层，三序为25 cm底板混凝土。混凝土在拌合站集中拌制，专用小型运输车辆运至洞内，采用人工将混凝土运至仓内。侧墙及顶拱采用边支模边浇筑方式，Φ50软管振捣棒振捣。

（4）回填灌浆

回填灌浆在混凝土达到设计强度的70%以后进行。在混凝土衬砌施工时，按照孔位布置好预埋钢管。检查全部预埋钢管，保证完全穿透衬砌板，且预埋钢管无堵塞。混凝土衬砌施工完毕后，按照回填灌浆要求分二序进行，一序孔灌注水灰比为0.6∶1的水泥浆；二序孔为灌注1∶1和0.6∶1两个比级的水泥浆。孔隙大的部位灌注水泥砂浆，浆液掺砂量不宜大于水泥重量的2倍。灌浆压力采用0.2～0.3 MPa，在设计压力下灌浆孔停止吸浆后，延续灌注10 min，即可结束灌浆。

3 开挖支护过程中特殊情况处理

输水隧洞桩号2+030-2+350段为砂层段，稳定性极差，垮塌隐患大，施工中，我们采用超前小导管灌浆进行支护，达到了安全快捷的目标。

采用超前小导管预支护的根本目的是为了防止隧洞开挖时掌子面前方砂层不能自稳而出现坍塌。为了保证隧道开挖的安全，利用隧洞风钻在隧洞开挖工作面的拱部150°范围沿设计开挖轮廓线钻孔，孔深为3 m，外插角控制在3°～5°，（即：钻杆轴线与隧洞轴线的夹角）插入直径为φ42 mm×3.5 mm的无缝钢管，并进行注浆固结地层，使隧洞拱顶形成一伞状保护环，切实保障输水隧洞施工安全。

注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实。注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力以0.5～1.0 MPa为宜，持压3～5 min后停止注浆，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆。注浆过程中压力如突然升高，则可能发生堵管，应停机检查，排除故障后继续注浆。

4 结语

2016年度抗旱应急水源工程富平县项目输水隧洞围岩主要为黄土状粉质砂黏土，含水量较大，成洞条件相对较差，施工中存在较大安全隐患。为了保证施工安全及后期安全运行，施工过程中严格按照“短掘进，强支护，勤量测，紧衬砌”的原则，高度重视过程质量、施工排水、观测及特殊地质洞段的处理，确保了工程的顺利实施和全过程安全，可为今后类似黄土隧洞开挖施工提供借鉴。