百色市东笋水厂取水口迁移工程输水隧洞施工技术研究

甘 露

（广西百色右江水务股份有限公司，广西壮族自治区 百色 533000)

1 工程概况

为了建立一个安全可靠的城市饮用水源，百色市决定实施百色市东笋水厂取水口迁移工程，其中输水隧洞为整个项目的控制性工程。输水隧洞按远期发展规模16.2 万m3/d 一次建成，隧洞由百色水利枢纽银屯副坝右岸上游1km 处起，穿越山体后至平板水库库尾止，设计为有压隧洞，长度657.14m，断面为圆形，直径为2000mm。

2 地质地貌概况

（1）桩号0+020～0+035m（注：0+020m 前为明挖段），洞顶基岩主要为弱风化的中厚层状，少量薄层状砂岩夹中薄层泥岩及夹少量泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，岩石较破碎。岩体为较破碎的镶嵌碎裂状，上覆围岩厚度8～17m，Ⅳ类围岩不稳定，应及时支护、加强支护。

（2）桩号0+035～0+657.14m，洞顶基岩为微风化～新鲜的中厚层状为主，少量薄层状砂岩夹中薄层泥岩及夹少量泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。岩层走向与洞轴线交角对成洞有利。工程处于地下水贫水地区，微风化～新鲜裂隙不发育，为微～弱透水性能，地下水呈渗水～少量滴水状态。外水压力折减系数βe 以0.25 计。岩体为较完整～完整的中厚层状为主少量薄层状、中薄层结构。围岩以Ⅲ类为主，占92%左右，Ⅳ类围岩约占8%。Ⅲ类围岩局部稳定性差，局部Ⅳ类围岩不稳定，应及时支护、加强支护[1]。

3 开挖断面

根据不同的地质条件及开挖后的围岩情况等参数，隧洞断面分为A、B、C、D 四种断面。

A 型开挖断面：适用于Ⅲ类围岩，渐变段，门拱形断面，开挖直径为3.2m。B 型开挖断面：适用于Ⅲ类围岩，标准段，门拱形断面，开挖直径为3.0m。C 型开挖断面：适用于Ⅳ类围岩，标准段，门拱形断面，开挖直径为3.38m。D 型开挖断面：适用于Ⅳ类围岩，渐变段，门拱形断面，开挖直径为3.38m，如图1 所示。

图1 隧洞开挖断面图

4 隧洞施工工艺流程

隧洞开挖断面为城门洞型，拟采用单向掘进施工，全断面一次性开挖，输水隧洞临时支护型式为3.0×3.0m（Ⅲ、Ⅳ类岩）。

4.1 Ⅲ类围岩洞段开挖工艺及措施

先进行开挖准备、测量放线，然后按隧洞爆破方案进行钻孔作业和装药爆破，爆破完成先观察隧洞稳定再进行通风降尘后，接着进入隧道进行安全处理，最后进行出渣清底。

4.2 Ⅳ类围岩洞段开挖工艺作业措施

Ⅳ类围岩洞段除按照上述Ⅲ类围岩洞段施工工艺和方法施工外，还需采取以下措施：地质探察、超前支护、围岩支护、施工监测、混凝土跟进衬砌。技术要点及工艺流程如下：

（1）地质探察：在开挖作业时，应做好地质跟踪和预测工作，在必要时采用超前勘探孔摸清围岩性状，以便采取适合的开挖方法及措施，确保围岩稳定[2]；（2）超前支护：在Ⅳ类围岩洞段开挖前，采用超前锚杆等方法对前方围岩进行预支护加固，增强围岩自稳能力；（3）围岩支护：Ⅳ类围岩钻爆后暂时不进行洞渣清理，应先对洞内进行安全处理和平渣后，立即对边墙上部及顶拱进行初期支护，支护方法采用随机锚杆及挂网喷混凝土；出渣后尽早安装钢支撑，形成一柔性封闭环，保证围岩的稳定[3]；（4）施工监测：隧洞成形后，根据观测方案在洞内布置观测点，并对围岩进行连续变形测量，根据测量反馈信息，指导开挖和支护施工，确保成洞稳定和施工安全；（5）混凝土跟进衬砌：在变形监测中，如发现局部围岩变形速率急增且采取了一次支护措施，仍然不稳定时，应衬砌边和顶拱钢筋混凝土。

5 爆破方案的确定

爆破方案的成功与否直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果循环进尺、洞成形的好坏。因此爆破方案的编制至关重要。

5.1 炮眼数的确定

施工前先按下列公式计算炮眼数目，在施工中根据具体情况再作调整以达到最佳爆破效果。爆破参数的确定：

（1）炮眼直径：42mm

（2）炮眼深度：根据施工工艺要求选择炮眼深度为2.5m；

5.2 炮眼的布置

掏槽孔：Ⅲ、Ⅳ级围岩采用四眼菱形斜眼掏槽，为保证掏槽钻孔精度，掏槽位置选择在隧道中线偏下的位置。

预裂孔：根据钻爆设计选定的预裂孔间距，严格控制外插角以减少超欠挖。

爆破孔：爆破孔所在位置在预裂孔抵抗线的边缘，爆破孔的孔距稍大于预裂孔抵抗线[4]。

5.3 单孔装药量的计算

表2 炮眼部位系数λ 值

5.4 装药结构

预裂孔采用直径25mm 小药卷，间隔装药；其余炮眼直径采用32mm普通药卷连续装药结构，如图3 和图4 所示。

图3 周边眼光面爆破间隔装药结构示意图

图4 普通炮眼连续装药结构示意图

6 隧洞衬砌施工

6.1 衬砌时机

在支护变形和围岩基本稳定，并达到以下四点要求后，便可进行混凝土的衬砌作业。（1）隧洞周边的位移速率减缓趋势明显；（2）隧洞底部和两侧的收敛速度低于0.2mm/d，或是拱顶的位移速度低于0.15mm/d；（3）衬砌前，收敛量高于总收敛量的80%；（4）支护表面未出现明显的裂缝。

6.2 衬砌施工流程

衬砌施工严格按照下列顺序进行：

清理岩石及基础验收交接→浇筑底板混凝土→边墙、顶拱钢筋安装→模板台车就位→灌浆管安装预埋→混凝土浇筑→拆模养护→下一个循环[5]。

7 施工监测

7.1 监测目的

隧洞施工监测是隧道工程施工管理、新奥法施工及喷射混凝土施工的重要构成部分，监控反馈的数据不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且还可以通过隧洞施工监测获得围岩动态，为支护和衬砌提供施工依据，还为隧洞工程后续设计与施工积累技术资料，因此，应该切实作好隧洞的监控测量工作。

7.2 监测内容

洞内监测包含下列内容：围岩钻孔轴（横）向位移、洞室内空收敛变形、顶拱沉降、底拱上抬、围岩松动范围、围岩对支护结构的压力支护结构应力与变形、质点振动速度等。

7.3 监测方法

在本隧道施工过程中，使用周边收敛仪、精密水平仪，分别进行隧道周边位移，拱顶下沉和地质超前预报监控，隧洞的观测点由监测小组进行埋设，测量元件的安设及初次测量的时间应在爆破后24 小时内，并应在下一次爆破之前完成。依据测量数据，绘制净空水平收敛图，以及拱顶下沉距开挖工作面距离关系图，同时分析并判断初期时态曲线，预报并反馈地质状况，便于二次衬砌施工。观察并记录围岩以及支护结构情况，如果出现问题要及时处理，确保结构和施工过程的安全。

当隧道初期施工时，位移及下沉量较大，或地质变化明显时，需测量断面间距并取较小值。在施工过程达到一定的程度后，位移的下沉量较小且地质良好时，测量间距取较大值，并视具体情况加大，此时，应在较弱结构面和围岩突变处，增设测量的断面和测点。

8 结束语

目前，东笋水厂取水口迁移工程输水隧洞已进入施工阶段，工程爆破开挖施工达到预期效果，各项监测数据处于安全范围之内。输水隧洞的施工，需要施工队伍严格按照总体方案上的程序认真进行隧洞开挖、洞身支护、施工测量、围岩施工等施工步骤，管理人员需要认真学习并熟练掌握每个步骤的施工技术，这样才能保证隧洞施工的质量和安全。