重庆璧山区河湖水系连通工程隧洞施工技术浅析

苏 营

（福建路港（集团）有限公司，福建 泉州 362000）

全面落实最严格的水资源管理制度，从根本上提高水资源统筹配置能力、改善河湖健康状况和增强抵御水旱灾害能力，2010年1月，水利部在全国水利规划计划工作会议提出“河湖连通是提高水资源配置能力的重要途径[1]”。

2011年我国正式推出河湖水系连通工程新方略，河湖水系连通在新时代被赋予了新内涵，主要体现在水系连通以湖泊、江河和水库等水利调蓄工程为基础，通过一定的工程措施建立疏导、引排和调度等机制，增强改善江河湖水体之间的联系，以提高水利系统对整个生态环境的优化能力和抵御相关极端气候灾害的裕度。优化水资源配置，改善不良水系的生态环境是水系连通工程最重要的功能。在山区等地形条件下，水利隧洞是水系连通工程的最主要手段，基于其较为复杂的施工工艺和构造，反复的水力条件和承担的多重功能及型式，为提高隧洞的可靠性和安全性，应充分了解工程特点，从实际情况出发，合理规划施工方案管理技术，以便高质高效的完成此控制性工程。

1 工程概况

1.1 工程建设任务

璧山区河湖水系连通工程任务为打造璧山河湖水系连通，对璧南河进行生态保护与修复，提升璧山区的形象，改善璧南河沿岸人居环境。工程任务主要包含：①璧北河～璧南河连通工程一期输水工程；②观音堂翻板闸整治工程；③璧南河朱家桥至观音堂段清淤工程；④璧南河生态护岸工程。

璧北河～璧南河河湖水系连通工程输水隧洞部分主要是对璧北河～璧南河进行隧洞连通，其起点位于璧北河支流大河坝拦河堰上游堆子坡斜对岸，距离千秋堰水库坝址下游约500 m，终点位于璧南河支流福里树上游皮家槽处，隧洞出口直接汇入皮家槽沟，流入璧南河。

隧洞工程主要由以下几部分组成：大河坝进口取水建筑物；隧洞（主洞）洞身及施工支洞长；千秋堰进口取水建筑物及支洞，隧洞出口建筑物。隧洞工程为无压隧洞，主隧洞设计引水流量1.64 m3/s，设计纵坡1/3000，隧洞为城门洞型衬砌，断面尺寸为1.8 m×2.1 m，为C25钢筋砼衬砌结构。千秋堰支洞也为无压隧洞，进口及斜洞末端均设置消力池，斜洞坡度15°，断面尺寸1.8 m×2.0 m，为C25钢筋砼衬砌结构。

1.2 工程地质条件

隧洞进口为施工支洞。地形平坦，基岩基本外露，自然山坡坡度约50度，自然山坡稳定，根据钻探揭露及地面调查，隧洞区地层自上而下为：素填土，坡积粉质粘土，全风化页岩，沙土状全风化砂岩，碎块状全风化砂岩，弱风化砂岩。

隧道区未发现有明显滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象的迹象。覆盖层为第四系全新统残坡积（el-dlQ4）含碎石粉、砂质粘土。进口段岩体风化严重，受到区域断层影响造成工程地质条件不良。隧洞洞身段围岩为株罗系上统C-2段（J3C-2）浅灰紫色流纹质含角砾玻屑凝灰岩，岩体坚硬密实，厚度达45 m～75 m。隧洞围岩类别为Ⅱ～Ⅲ类，且完整性较好，未见风化现象。局部岩体遭受区域断层影响，造成破碎风化现象，类别归属Ⅳ～Ⅴ类。

2 施工技术难度

2.1 隧洞开挖断面较小，出渣效率受限

隧洞开挖断面较小，大型机械进入作业无法展开，且支护强度高，洞内工作量大。同时工作面狭窄，交叉作业情况突出，为保证快速出渣必须严格控制好进洞机械调度安排，保证洞内交通通畅。

2.2 隧洞通风除尘

隧洞主洞长度为2200 m，支洞长度为385 m，结合设计及现场实际考虑，如何保证开挖面的通风除尘为本工程施工难点之一。

2.3 隧洞开挖

洞口边坡开挖；强风化岩层开挖边坡1：0.7，弱风化岩层开挖边坡1∶0.5，临时边坡1∶0.4。洞口周围应布置截水沟，防止地下水、地表水和施工用水倒灌进入洞室。

隧洞洞挖采用掘进机开挖，开挖过程中必须注意超挖、欠挖及轴线控制，应及时做好现场地质编录，加强临时支护，保证施工安全。

开挖过程中局部不稳定的岩快采用随机锚杆和支护，锚杆锚入深度、布置方式和支护方式根据实际开挖情况现场确定。

3 施工技术分析

3.1 洞身开挖

隧洞洞身开挖全程采用掘进机法进行施工。根据揭示的围岩类别，视现场实际地质情况选用XTR4/230悬臂式掘进机进行施工，掘进机施工工艺流程见图1。

图1 掘进机施工工艺流程图

工作面采用“一次截割成形”，即截割头从工作面中间截面的底部开始截割。利用截割部的上下、左右移动，以及行走功能，按截割规定的路线使截割头扫过隧洞截面使其一次成形。截下的石渣由铲板部收集，通过传动皮带装卸与自卸农用车运至渣场。

3.2 管棚超前支护

为保证管棚位置和方向的准确，在洞口拱部设导向墙。管棚为直径φ108，壁厚6 mm,环向间距和外插角按照设计要求施工。为确保钻孔位置和方向准度，管棚钻机施钻时由套拱上的导向钢管确定插入位置。为了保证钻机的工作空间和钻孔精度，需要在支护外布置75 cm的操作空间。灌浆压力确定出压0.5 MPa～1.0 MPa，终压为 2.0 MPa，材料选用水灰比为 1 ∶1 的水泥浆。按照规范灌浆前首先开展灌浆试验，通过试验确定灌浆参数，以利于后期施工。

管棚施工顺序为先施工放样，再护拱，然后钻机就位，先钻奇数号孔打入奇数号钢管，然后注浆，再接着钻偶数号孔，检查注浆效果后，再打入偶数号钢管，然后注浆。钻孔和注浆要按照从高到低，从外圈到内圈，从上到下，从中间到两边的顺序进行施工，管棚钢管大样见图2。

图2 管棚钢管大样图

3.3 锚杆施工

砂浆锚杆施工示意见图3。

图3 砂浆锚杆施工示意图

（1）钻孔：根据设计文件定位孔口，确保钻孔方向、深度和间距精度。施工采用气腿式凿岩机钻孔，按照孔深误差不大于50 mm，孔径42 mm确定钻孔参数。

（2）洗孔：为确保灌浆工序的顺利进行，采用高压风机吹孔，净化岩屑和碎渣。

（3）安装锚杆：顺着孔洞将锚杆插至孔底，并在孔口处外露不小于12 cm的锚杆尾，以便焊接钢筋网。

（4）安装止浆塞：在锚杆尾端安装止浆塞，确保密封。

（5）压注注浆材料：将排气管和锚杆插入孔底，外露1 m左右的长度。注浆管安装在孔口位置，并用止浆塞封堵严密。试验排气管通气顺畅后开始灌浆，以排气管无法排气或浆液溢出为注浆结束标志。

3.4 喷射混凝土施工

采用TK-961型混凝土喷射机喷射骨料，骨料用强制拌合机分批次投料拌合。

喷射混凝土必须保证达到设计要求的抗压强度、抗渗性能。必要时可添加外加剂，严格控制水灰比。

混凝土按照初喷和复喷分两次喷射，初喷的目的是尽快封闭外露岩面，阻止岩层表面的风化侵蚀。复喷是在锚杆和钢架安装完成后进行的，以便形成喷锚支护体共同受力，抑制围岩进一步变形，喷锚施工顺序见图4。

图4 喷锚施工顺序

3.5 沉降缝、施工缝施工

沉降缝通常采用膨胀止水条和中埋式橡胶止水带并配合沥青麻絮填缝。

在浇筑二次衬砌混凝土时，要注意避免止水带变形移位。通常采用定位钢筋和钢筋夹卡注止水带。施工缝设置橡胶止水带要牢固地安装在预留槽内。

3.6 施工排水

隧洞上坡施工采用自然排水，施工污水经沉淀池沉淀、净化处理后流走。下坡施工，沿纵坡每隔50 m设集水坑一个，自吸水泵排水至排水沟，排水沟纵坡控制在2%左右，流至下一级集水坑，直至排洞外排水沟，反坡排水见图5。

图5 反坡施工排水示意图

4 结语

（1）河湖水系连通工程能够较好地完成水资源二次调配、改善水质和生态环境，抵御极端气候水灾害等任务，同时，通过科学规划高效管理能妥善处置工程运行过程出现的预料之外的问题。

（2）水利隧洞施工应充分结合其工程地质条件、施工环境因素、工程任务要求和围岩级别等采用相应的施工技术和管理方案，提升施工技术水平，确保工程按照进度要求顺利完工发挥效益[2]。

（3）水利隧洞施工的主要模块包括隧洞开挖、混凝土喷射施工、锚杆施工、衬砌和回填灌浆等几大部分，施工过程中紧抓这几部分工艺和质量是完成隧洞工程目标任务的基础[3]。