水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工研究

刘方勇

南昌市湾里城市建设投资发展有限责任公司,江西 南昌 330000

0 引言

在水库除险加固工程中,泄洪隧洞用于调节水库水位、控制泄洪流量,保障水库的安全运行。在实践作业中,泄洪隧洞具有一定的施工难度,需要设计完善的施工方案,确保施工技术的合理应用。

1 工程概况

广东省某水库流域控制面积为70 km2,具有综合灌溉、防洪等多种功能。该水库正常蓄水位为180 mm,总库容为1.05亿m3。当地4—6月的平均降雨量为690 mm,需要确保该水库拥有足够的备用容量。该工程存在Ⅳ类钙质粉砂岩以及Ⅴ类中等硬度粉砂岩。为确保该水库可以充分发挥泄洪除险功能,保障当地社会生产与居民生活,需要进行水库除险加固作业。其中,新建泄洪隧洞部分包含进水渠、消能段等构筑物,全长198 m,洞身形状为直径2.5 m的圆形。在泄洪隧洞投入应用后,可以有效提升水库的泄洪效果,强化水位调节。

2 施工内容

2.1 控制隧洞水流

为稳定提升泄洪隧洞施工质量,需要做好隧洞水流控制工作。可以在泄洪隧洞的进出口位置,开挖截水沟和集水坑,确保水流的截留与集中排放。还可以考虑将钢筋网片放置在排水沟渠上方,进一步降低水流速度。考虑到该工程施工期间,正处于当地的雨季,可能出现隧洞水流控制力度偏弱的问题,需要准备足够数量的黏土编织袋,强化水流控制效果。

2.2 组件防腐处理

在该工程中,需要用到大量金属材质组件,在使用过程中容易发生组件腐蚀倾倒,需要开展必要的防腐处理。对于和混凝土结构接触的组件,可以通过喷涂砂料的方式,将组件表面粗糙度维持在60～100 μm。对于其他组件,则要选择晴天,向组件表面均匀喷涂锌铝涂层,在2 h内均匀喷涂2次,隔绝空气与水分对组件的侵蚀[1]。

3 施工技术

在该工程中,水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工技术如图1所示。

图1 水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工流程

3.1 围岩量测

在开展围岩量测作业时,需要保证测量精度,避免影响泄洪隧洞的后续使用。第一,分析泄洪隧洞施工现场的地质条件,明确量测目标;第二,对工作面做开挖处理,进行围岩的量测作业,并确认围岩是否拥有良好的稳定性。如果围岩稳定性较好,可以进行后续的光面爆破作业;如果围岩稳定性偏差,需要做二次量测作业,避免出现严重的数据误差。通常情况下,如果是标准的隧道开挖宽度,在围岩量测作业中,需要保持不小于6 mm/d的移动速度,以3次/d的频率开展量测工作;如果是1～3倍的隧道开挖宽度,需要保持1～6 mm/d的移动速度,以2次/d的频率开展量测工作。

3.2 光面爆破

在开始光面爆破之前,需要工作人员佩戴全套的防护装备,移动到泄洪隧洞附近,对石方开展爆破作业。在光面爆破作业中,可能会出现空枪现象,出现这种情况主要原因是炮眼设置较为稀疏,造成炮眼没有进入正常爆破状态。在设置炮眼时,务必保证设置的科学性,并准备足够的炸药。在该工程中,光面爆破使用不耦合装药模式,通过导爆索进行起爆作业。对于周边孔,则通过非电雷管,进行分段起爆作业。在Ⅲ类围岩中,需要设置0.1～0.15 kg/m的炸药量;在Ⅳ类、Ⅴ类围岩中,要将炸药量降低至0.1 kg/m。需要注意,如果爆破作业后,在爆破现场残留炸药,则要对爆破点位进行检查,确认是否存在渗水情况。如果出现哑炮情况,需要在哑炮周边的0.3 m位置,再次选择爆破点,做二次爆破作业,保证光面爆破达到预期效果[2]。为精准控制炸药量P,可以参考式(1)进行计算。

P=s×n×l

(1)

式中:s为单位距离的炸药量,在该工程中设定为0.08 kg/m;n为光面爆破点位周边孔洞数量,参考39个孔洞的光面爆破点位;l为爆破长度,设定为1 m。

通过计算,需要保证3.12 kg的炸药供应,才能满足39个周边孔洞,爆破1 m的光面爆破需求。

3.3 开挖支护

在开挖泄洪隧洞之前,需要先在进出口位置搭设钢结构的安全棚。对于钢结构骨架,需要保持0.5 m的间距,并在其内部铺设厚度为5 cm的木板。在开挖作业中,该工程使用全断面开挖法将围岩进尺控制在1～2 m,保持循环进尺工作状态。如果在开挖过程中,发现Ⅲ类围岩,则要将循环进尺提升至3 m。在开挖作业中,需要及时运出土石,避免影响正常的开挖进度。为降低开挖风险,需要开展必要的支护作业。在该工程中,Ⅳ类围岩存在一定的不稳定性,需要使用锚杆支护法进行支护。设置锚杆挂网,以1 m间距设置梅花形结构;Ⅴ类围岩的强度偏差,开挖作业有较大概率会发生塌方事故,需要使用工字钢支护法进行支护。使用直径18 mm、厚度4 mm的钢管,拼接成钢拱架。通过在围岩上钻孔,安装钢拱架。对于围岩裂缝,需要借助钢丝网捆绑方式,提升局部围岩的稳定性。先安装钢拱架,紧固钢丝网,使用螺栓加强固定。再使用C30强度混凝土,对钢拱架与钢丝网表面进行喷涂,保证混凝土可以填充两者的缝隙,以80 mm作为混凝土的喷涂厚度标准。完成混凝土喷涂作业后,需要使用直径18 mm的螺纹钢筋,以1.2 m作为埋深标准。在工字钢支护法中,螺纹钢筋作为锚杆使用[3]。

3.4 灌浆钻孔

该工程采用固结灌浆法进行灌浆作业,要求深度10 cm,维持0.3 MPa的灌浆压力。根据围岩条件,合理调节灌浆速度,确保水泥浆液的均匀性,提高围岩稳定性。在该工程中,可以考虑使用硅酸盐水泥,准备20～25 ℃的清水,制成混合剂进行灌浆作业。因为灌浆材料有可能发生凝结情况,所以在制作水泥浆液时,要添加适量的速凝剂,抵消灌浆材料凝结造成的负面影响。结束灌浆作业后,选择在围岩基础面的合适位置开钻孔洞,确保钻孔距离误差保持在20 cm以内,最大钻孔深度不得超过10 cm,避免影响泄洪隧洞的支撑效果[4]。结束钻孔作业后,对孔洞内部进行清理,以3：1的浆液水灰比制成灌浆,保持1 L/min的灌浆速度。这个环节需要保持30 min的持续灌浆作业。

3.5 混凝土衬砌

对于混凝土衬砌作业,需要使用C30混凝土,先完成底板浇筑,再做边墙浇筑,最后对顶拱位置进行浇筑,具体流程如图2所示。

图2 水库除险加固工程新建泄洪隧洞混凝土衬砌流程

3.5.1 前期准备

在泄洪隧洞混凝土衬砌作业中,采用“组合钢模板+混凝土”浇筑模式。使用直径48 mm的脚手架钢管设置支撑架,并对施工缝面、永久伸缩缝面等施工缝面进行预先处理。要求去除尖角、倒坡,将泄洪隧洞的石渣清理干净,排除积水。同时,对施工缝面的毛边进行处理,对污染位置进行清除。如果是永久伸缩缝,需要根据泄洪隧洞混凝土衬砌要求,粘贴硬质闭孔泡沫板。为提升混凝土衬砌质量,可以在混凝土浇筑作业之前,根据混凝土配合比,铺设厚2 cm的砂浆。

3.5.2 混凝土施工

首先,将已经混合完毕的混凝土,移动到泄洪隧洞进出口位置,通过平铺法完成泄洪隧洞底板与垫层的混凝土浇筑作业,要求厚度控制在30～50 cm,并使用直径50 mm的振捣器对混凝土做振捣处理,去除混凝土中的空气,保证混凝土的密实性。

其次,在开展边墙与顶拱位置的混凝土浇筑作业时,需要通过模板预留的窗口,泵送浇筑混凝土。对于边墙,要从模板顶部位置,通过混凝土泵管泵送混凝土,确保下料高度小于等于150 cm,由现场施工人员做平仓振捣处理。通过分层平铺法进行混凝土浇筑,每层混凝土厚度控制在40～50 cm,匀速提升混凝土的浇筑高度。

最后,对于顶拱位置,需要根据岩面高度,以低15～20 cm的高度标准,在模板顶部设置进料口,并埋设用于泵送混凝土的导管,通过钢筋进行辅助固定。对于泄洪隧洞的顶部,需要在最高点位埋设用于检查的直径48 mm的排气管。在顶部混凝土浇筑过程中,观察到排气管流出浆液,即可确认泄洪隧洞顶部模板已经填满混凝土[5]。

3.5.3 混凝土养护

结束混凝土浇筑任务后,确认结构面拥有2.5 MPa的强度标准后,拆除模板。对于顶拱,确认其强度达到75%设计标准,即可进行模板拆除作业。结束混凝土浇筑作业后的12～18 h,即可进入混凝土的养护流程。在该工程中,无法采用常规的洒水养护工艺,可以考虑采取涂刷混凝土养护剂的方法,完成混凝土养护任务。在泄洪隧洞混凝土衬砌作业中,需要做好隧洞口的封闭处理,为混凝土提供相对稳定的温度条件,合理规避穿堂风的生成,避免出现混凝土干裂现象,影响泄洪隧洞施工质量。

在完成水库除险加固工程施工建设任务后,施工单位对泄洪隧洞进行持续3个月的追踪式调查。在调查期间,泄洪隧洞并没有出现结构损坏、功能故障等情况,在水库水位调节方面表现良好,可以根据设计需求有效控制泄洪流量,符合预期设计标准。

4 结束语

在开展水库除险加固工程新建泄洪隧洞施工作业时,需要详细分析施工条件,设计内容完整的施工方案。在方案执行过程中,需要根据施工班组实践反馈内容,对部分细节做合理优化,确保施工资源得到最大化利用。