放水隧道施工质量及灌浆工艺控制研究

江 波

（中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

深圳市公明供水调蓄工程属大（2）型Ⅱ等工程，地处深圳市西北部，建设内容包括四部分：鹅颈水库-公明水库连通工程，公明水库扩建工程，雨洪利用-白花引水改造工程与公明水库至石岩水库供水工程。其中公明水库扩建工程设计洪水标准为100a一遇，校核洪水标准为5000a一遇，总库容1.48亿m3。

主要建筑物有4号坝、放水隧洞及其进出口建筑物等。其中4号坝坝顶高程63.5m，宽8m。坝型为粘土心墙土石坝，坝顶总长1121m，最大坝高50.7m。

圆形有压放水隧洞布置在4号、5号大坝之间的大马山下，洞身长度423m，内径3m，兼有放空供水和导流的功能。1、5号道路参照四级公路设计，总长分别为991m、88m，双车道路面宽8.0m。

2 工程地质与水文地质条件

本工程区主要地貌类型为剥蚀侵蚀台地型宽谷，放水隧道及其进出口工程地质与水文地质条件如下：

1）放水隧洞：

放水洞布置于大马山山体下，属剥蚀残丘地貌，地面高程多在38～82m接后段冲积地貌，总体地形两侧低中间高。隧洞埋深多在13～51m。

隧洞段地层岩性上部第四系覆盖层为残坡积土，岩性为含砾粉质黏土，丘顶较薄或缺失，坡脚较厚（5～8.6m），下部为南香山单元混合花岗岩风化基岩，其中全风化层较厚（丘顶揭示厚度＞50m），强风化和弱风化岩埋藏深，因此只有少部分隧洞围岩为强风化层。

隧洞段未发现断裂通过，基岩裂隙较发育。

本段地下水类型主要为第四系和全风化岩中孔隙水，主要接受大气降水补给，因补给来源有限，地下水位较低，水量不丰富，地下水以滴水为主。隧洞段地下水头最大高度15m。

总体来看，本隧洞的工程地质条件较差，洞身基本在全风化岩中，少量为强风化岩，其中V类围岩（强风化混合花岗岩）段长74m，土洞（全风化土）段长349m。

2）放水隧洞进、出口：

进口及控制闸室处地层上部以残坡积土和全风化土为主，其中残坡积土厚4.8～5m，呈硬塑状，全风化土厚28.8m，呈硬塑～坚硬状。进口处未见有滑坡等不良地质现象，但洞口埋深15m，均为土层，开挖后形成土质高边坡，洞口的稳定条件较差，蓄水后在水下状态，更是对稳定不利。

出口及控制闸室处地层上部以残坡积土和全风化土为主，其中残坡积土厚3.8～4.5m，呈硬塑状，全风化土厚＞15m，呈硬塑～坚硬状。出口处未见有滑坡等不良地质现象，洞口埋深6m左右。

3）放水洞进、出水渠地质条件：

进水渠前段主要土层为填土、冲洪积含砾粉质黏土、粉质黏土、含黏性土中粗砂、砾砂等，后段130m则以残坡积砂质粘性土和全风化土为主。除局部分布的填土和淤泥质土层外，无其它软弱土层，因进水渠荷载很小，均可满足承载力的要求。

退水渠段无软弱土层分布，主要土层为残坡积土和全风化土，它们的物理力学性质较好，可作为水渠基础持力层。本段地下水位埋藏较深，对水渠的抗浮稳定有利

3 放水隧洞施工工艺及治理控制

3.1 总体方案

其施工顺序为：放水隧洞进、出口明挖、支护→洞身开挖、支护→洞内混凝土衬砌→回填灌浆→内衬钢管→洞内灌浆→进、出口闸室施工→进口交通桥施工→闸门、起闭机安装→进出口建筑施工。在进出口闸室平台以下混凝土完成，具备过水条件后即利用放水隧洞导流，闸室上部继续进行施工(见图1)。

放水隧洞布置在4号、5号大坝之间的大马山下，洞身长度为423m，放水隧洞兼有放空、供水和导流的功能，综合考虑隧洞采用圆形有压隧洞，隧洞内径为3m。

3.2 进出水口开挖及明渠施工

3.2.1 进出水口开挖

土层剥离前在开挖边线外按设计图纸要求先进行排水天沟的施工，阻截开挖范围外的雨水进入开挖区域。开挖自上而下分层进行开挖，分层开挖高度为1m，每层开挖完后要及时进行支护。岩石开挖由上至下分层分块从一侧向另一侧进行。采用控制爆破。利用手风钻钻孔，钻孔角度尽量与各梯段设计坡面一致，以2m为一个台阶。爆破后的石渣由挖掘机集料、清面，挖掘机配自卸车装运。在开挖过程中如遇有地下水渗流，对地下水以疏导为主，在出水点进行钻孔，用排水管将渗水引排至排水沟中，并保护边坡稳定。

开挖中要进行边坡支护，边坡支护采用土钉锚杆、挂网及喷混凝土施工。土钉锚杆每开挖一层及时进行施工，挂网及喷混凝土每开挖二层进行施工一次[1-3]。

3.2.2 明渠施工

放水隧洞进口明渠开挖底板高程较低，为防止在汛期施工时雨水倒贯，在明渠进口处，布置挡水围堰。围堰采用开挖时产生的土料进行填筑，迎水坡坡比1:2.5，背水坡坡比1:2.0，顶宽3.0m，底宽约20m，围堰顶用30cm厚碎石砂铺填，用双层编织袋装土压在迎水坡进行闭气。

明渠开挖施工是从上至下进行开挖，根据测量放样逐层进行，为防止土体坍塌，分层开挖厚度2m左右。开挖时利用挖掘机配合自卸车进行，距开挖边线30cm采用人工开挖。遇岩采用冲击锤或控制爆破开挖，利用手风钻钻孔，钻孔角度尽量与各梯段设计坡面一致，以2m为一个台阶。爆破后的石渣由挖掘机集料、清面，挖掘机配合自卸车装运。

为保证明渠运行质量，渠底需进行护坡施工，先在渠底铺设20cm厚中粗砂，将渠底浆砌石砌筑完，再进行两侧边坡的砂垫层及浆砌石砌筑，边坡护坡分高度进行，砂垫层铺设高度≤1m，之后砌筑浆砌石，往复进行，直至砌到渠顶，最后进行拦沙坎的砌筑。

3.3 放水隧洞施工

隧洞断面型式为圆形断面，模衬混凝土厚为40cm，衬砌后洞室内径为D3.12m，全洞长内置钢衬，采用钢衬为砼浇筑内模法。总的工序是先安装钢衬定位洞长中心处，进行砼施工，再以此为起始端向洞口顺次安装钢衬，直至完成。

单节钢衬安装顺序：施工准备→钢衬洞内运输滑行轨道安设→钢筋制安→预埋件安设→钢衬安设施工→混凝土浇筑

3.3.1 隧洞开挖

隧洞开挖采用钻爆法，以新奥法理论指导施工[4-5]。按设计开挖轮廓线布置周边炮眼，间距为45～55cm，光面爆破。采用直线型掏槽，辅助眼间距为60～80cm气腿式凿岩机钻眼平行作业。

按照钻爆炮眼布置图（见图2）准备好爆破材料，装药前先用高压风清孔，检查钻眼是否堵塞或坍孔，然后按划定的区域装药连线，各负其责。装药顺序先上后下，先两侧后中间。导爆管连线采用“一把抓”法，配两个起爆非电雷管，装药结束经安全检查后起爆。

图2 钻爆炮眼布置图

3.3.2 引水遂洞钢衬砌安装

运输轨道采用I10轻轨由洞外向洞内铺设，轻轨下设枕木，枕木下铺碎石。在安装钢衬区段轻轨下设两榀钢支撑，分别布置在预安装的钢衬两端的相对位置，钢支撑采用型钢制作，其底脚与底脚锚杆相焊接。

钢衬定位节通过轻轨运输台车运至安装部位后，利用液压千斤顶将其顶起，撤出平台车和抽出轻轨，用铁楔将钢衬垫实、定位。定位采用经纬仪边校核边调整，准确无误后利用连接筋将预先埋设好的洞壁锚杆与钢管管口相连接，检查钢管的稳定性。

标准节在定位节安装后进行，预先在已安装完的定位节上焊接钢楔底，以便于下一节钢管与之对接。钢衬采用平台车运至安装部位附近，利用液压千斤顶将其顶起，撤出平台车，利用滚杠将钢管运至相接处进行对接，后再利用千斤顶及手动葫芦等装置将钢管安装就位，辙出滚杠和轻轨，对钢管进行测量校核及加固，进行焊接作业，加固方法同定位节。

3.3.3 洞内混凝土施工

采用自密实混凝土砼，其主要性能为：靠自身重力作用进行流动密实，具有良好的填充均匀性，能够在致密的钢筋中完全填充模板。

浇筑时，在隧洞的两侧一起分层浇筑，分层厚度＜50cm，先一侧下料，下料超过底拱后，再两侧均匀对称下料，为保证钢管不产生偏移，单侧浇筑高度不宜过高。

3.4 放水涵洞施工质量控制

1）开挖施工前，作业指导书的编写由工程管理部负责，技术部门负责钻爆设计，要明确分工与职责。

2）开挖时，派专职工程师和巡检工程师，专职工程师跟班作业，检测并控制孔距、孔深、孔向、装药量以及爆破效果等，做好记录。巡检工程师除抽查以上项目外，主要是密切注意围岩的地质条件变化，地下水的渗漏情况等，并根据爆破评价、调整爆破参数、施工工序、支护型式等，并及时向总工程师汇报，必要时向监理工程师汇报，使开挖施工达到准确、迅速、满足工程要求。

3）在新浇混凝土部位或已浇混凝土灌浆时或可能有影响时进行爆破，提请监理单位批准，并严格控制爆破距离、装药量、安全质点振动速度等参数。

4）地质条件较差段，按“短进尺、多循环、弱爆破”原则，每个循环钻孔孔深≤4.0m。

扩挖周边严格采用光面爆破技术，限制钻孔间距45～55cm，严格控制装药量（必须使用ф16mm药卷），采用导爆索起爆；监测隧洞围岩内部位移，据以了解岩体扰动与松动范围，判断围岩与支护的稳定状态。

“啊，嘴巴再张大一点……”医生检查完妍妍的扁桃体，又拿起听诊器，仔细地听了又听。妍妍一声不响，乖巧地听医生指挥。收起听诊器，医生一边拿起笔飞快地在病历卡上写诊断书，一边慢悠悠地抬起头，对妍妍说：“小朋友，以后要多吃米饭，多吃水果和蔬菜，这样你才会长得更高！”顿了顿，然后又说，“不用开药。”妍妍睁大了眼睛，不可思议地看着医生。

4 隧洞灌浆工艺控制

公明供水调蓄工程第七标段放水隧洞布置于大马山山体下，衬砌后洞径3m，洞长423m，断面型式为圆形断面。兼有放空、供水和导流的功能。隧洞段地层岩性覆盖层为第四系残坡积土，岩性为含砾粉质粘土，强风化和弱风化岩埋藏深。

软弱围岩必须坚持先支护（强支护）、后开挖（短进尺、弱爆破）、快封闭、勤量测的施工原则。放水隧洞的围岩加固采用超前小导管注浆的方法进行处理。同时，二次衬砌完成后，衬砌混凝土达到60%设计强度后，必须对顶部进行回填灌浆。

4.1 超前小导管注浆

主要应用于隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度至少为1m。超前导管规格：Ф32×32.5无缝钢管，Ⅴ类围岩（含土洞）加强段和出水隧洞进、出口渐变段L=3.5m，纵向间距1排/1m；A型衬砌断面L=4.5m，纵向间距1排/2m。

安装前，用吹管将孔内砂石吹出，可以用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，也可借助凿岩机将小导管从型钢钢架的偏中上部打入。使用第二种方法时，要采取措施防止岩土颗粒通过小导管上的眼孔进入导管内。

注浆前先喷射5～10cm厚混凝土封闭掌子面，形成止浆盘，然后由下至上对管内沉积物进行冲洗。注浆结束的标准为：单孔注浆压力至设计要求值，注浆10分钟，进浆速度为开始时的25%。

4.2 回填灌浆方法

使用在预埋管中钻孔的办法在钢筋混凝土衬砌中回填灌浆，孔深为10公分，孔距为2.0m，测量并记录混凝土厚度与空腔尺寸[6]。

回填灌浆的水泥使用42.5普通硅酸盐水泥，一序孔灌注水泥浆的水灰比为0.5:1，二序孔灌注水泥浆水灰比为1:1。

回填灌浆的中断时间如果不小于半小时，需冲洗到原孔深再继续灌浆[7]。

4.3 灌浆质量检查

灌浆施工质量关系到整个隧洞的长期安全运行，拟采取以下步骤对灌浆质量进行检查：

1）在隧洞回填灌浆完毕后6d进行质量检查。应在脱空较大与串浆孔集中等异常部位布置检查孔，其数量占灌浆孔总数的1/20。

2）钻孔注浆法：向孔内注入的水泥浆水灰比为2:1，若在10分钟内，规定压力下的注入量小于10L，即符合要求。

5 结 论

放水隧洞承载着放空、供水和导流的功能，其开挖技术目前国内研究较少，本文提供了一种钻爆法开挖放水隧洞的方法，并对其灌浆工艺进行了详细说明，对现有隧道开挖技术提供了技术支持，为了发挥灌浆法加固技术的应用价值，需要做好材料质量管理、环境保护等工作[8]。