深輸水隧洞特殊洞段開挖施工安全技術

　　【摘要】水利工程的發展對我國社會主義建設有極其重要的作用，其不僅可以保障人民群眾用水的安全性，也保證了我國農業用水的穩定性和長久性。隧洞施工技術是水利工程建設的重要環節，輸水隧洞的安全發展對水利工程建設至關重要。在水利工程建設中，隧洞施工常受到地質條件、環境等因素的影響導致施工困難，對隧洞施工而言，初期支護是確保施工質量及安全的先決條件。本文以鄂北地區水資源配置工程2016年第7標段施工項目為例，深入探討淺埋深輸水隧洞特殊洞段開挖施工安全技術。

　　【關鍵詞】淺埋深;隧洞;特殊洞段;開挖;安全

　　《武漢交通職業學院學報》(季刊)創刊于1988年，由武漢交通職業學院主辦。本刊遵循“立足交通、面向社會”的辦刊方針，旨在促進我國交通事業、行業經濟、高等職業教育的發展，倡導在堅持黨的路線、方針前提下，開展“百家爭鳴”。

　　1. 工程概況

　　(1)鄂北地區水資源配置工程2016年第7標段施工項目位于湖北省隨州市隨縣，本工程隨岳隧洞樁號為K182+080～182+280，全長0.2Km，圍巖類型為Ⅴ類，圍巖為絹云鈉長片巖，圍巖呈強風化～弱風化狀，地下水活動輕微，上覆巖體厚 30m 左右，巖體完整性較差，圍巖極不穩定。設計流量為20.2m3/s，底部縱坡1/11000，隧洞斷面為馬蹄形，開挖斷面凈寬7.4m，過水凈寬5.8m。隨岳隧洞下穿隨岳高速，涉及特殊洞段開挖施工。隨岳隧洞與隨岳高速基本90°相交，隧洞下穿隨岳高速，穿高速處埋深約11.8m(距高速公路路基頂部)，根據現場查勘可以看出，此部位高速公路路基為半幅挖方、半幅填方路基。交叉部位隧洞樁號182+206～182+232，特殊洞段樁號(交叉影響段)182+190～182+280，高速公路交叉段樁號為K42+183左右。

　　(2)隨岳高速公路全長335公里，于2010年全線建成通車，是湖北省高速公路網的重要組成部分。隨岳隧洞下穿施工社會影響大，安全問題得到了建設方、高速公路相關方(省交通運輸廳高速公路管理局等)等各方的重點關注。

　　2. 特殊洞段開挖設計

　　隨岳隧洞為巖石洞段，設計為V類圍巖，采用馬蹄形斷面。交叉影響段開挖斷面凈寬7.5m，過水凈寬5.8m，襯砌厚度為噴護砼0.25m+襯砌砼厚度0.6m。設計流量20.2m3/s，底部縱坡1/11000。

　　2.1開挖方式。

　　高速公路交叉影響段采用靜態破碎法開挖，最大程度減少對隨岳高速公路的影響，確保施工及高速公路的安全。

　　2.2支護方式。

　　(1)全斷面鋼拱架支護，采用I20a工字鋼，拱架間距按0.5m布置。

　　(2)噴C25混凝土25cm厚。

　　(3)頂拱和側墻掛8鋼筋網(150×150mm)。

　　(4)頂拱和側墻范圍內設22系統錨桿，長3m，間排距1m，梅花型布置。

　　(5)特殊洞段182+190～182+280段頂拱120°范圍內設108mm管棚注漿鋼管，環向間距0.4m，管棚單排長20m，搭接長度不小于5m，仰角1°，灌漿漿液為水泥漿，漿液比為1：1，灌漿壓力為2.0Mpa～2.5Mpa。

　　(6)特殊洞段182+190～182+280段初期支護圖1如下：

　　(7)開挖支護循環進尺見表1。

　　3. 洞室開挖支護施工

　　隧洞采用靜態破碎法分臺階開挖，待破碎劑將巖石開裂后，采用破碎錘和鑿巖機對巖石進行破碎，再用裝載機裝自卸汽車出渣。開挖破碎進尺均控制在1m內，開挖鉆孔前采用超前管棚超前支護，開挖一輪支護一輪。

　　3.1開挖施工。

　　3.1.1靜態破碎設計參數。

　　(1)隨岳隧道高速公路交叉影響段采取臺階法分部開挖，減少洞室開挖施工對高速公路的影響。臺階法施工擬分成I、II上下兩個臺階進行開挖，上下臺階采用短臺階進行施工，臺階長度3～5m。考慮到上部臺階施工所需空間等因素，洞室I上臺階高度4.4m(I面積為26.95m2，II面積為19.35m2)(臺階法開挖示意圖見圖2)。

　　(2)洞內石方開挖根據實際圍巖及靜態破碎效果及時優化調整參數，擬定參數詳見表2。

　　3.1.2施工工藝。

　　3.1.3施工準備。

　　調試好施工設備，布置好風、水、電線路，清理運輸道路，保證運渣路線暢通，技術員做好技術交底。

　　3.1.4施工測量。

　　施工測量采用在鑒定有效期內的全站儀進行施工測量，測量斷面直線段每10m設一個測量斷面，使用激光準直儀控制開挖輪廓。每個月進行一次隧洞軸線高程和斷面復核測量，保證施工測量質量。

　　3.1.5超前支護。

　　高速公路影響段開挖前先進行管棚支護施工，先支護后進行開挖。

　　3.1.6鉆孔。

　　鉆孔采用YT28型氣腿式鑿巖機，由熟練的風鉆技工嚴格按照設計圖進行鉆孔作業。各鉆手分區、分部位定人定位施鉆，實行鉆手作業質量經濟責任制。每排孔按“平、直、齊”的要求進行控制。鉆眼完成后，由技術員按破碎孔布置圖進行檢查并做好記錄，有不符合要求的破碎孔應重新進行鉆孔。鉆孔完成后，還應用高壓風將孔內余水和余渣吹洗干凈，保證鉆孔孔內和孔旁潔凈。對于開挖掌子面不穩定的情況，可采取噴射混凝土封閉掌子面后再進行鉆孔作業。

　　3.1.7破碎劑施工。

　　3.1.7.1準備工作。

　　(1)根據當地氣溫、藥劑溫度、拌水溫度、巖石溫度、是否與要求相符合;檢查藥劑包裝是否破損。

　　(2)操作前請確定已準備好以下材料物品：1)藥劑;2)高強長纖維紙袋;3)潔凈水;4)水桶、拌和盆;5)捅棍;6)防護眼鏡;7)橡膠手套;8)備用潔凈水和毛巾。

　　(3)藥劑的選擇：本工程屬于地下隧道施工，施工期主要在冬季，洞內溫度在5～15℃之間，根據《無聲破碎劑》(JC 506-2008)規范，選用SCA—II、SCA—III型破碎劑，其各齡期的膨脹壓力如下表所示。

　　3.1.7.2拌制和灌裝

　　由于本隧洞工程為水平鉆孔，使用比鉆孔直徑略小的高強長纖維紙袋裝入藥劑，一次拌合按4min裝藥需要的藥卷數量(從藥劑加入拌合水到灌裝結束，這個過程的時間不能超過5min)，放在盆中倒入潔凈水完全浸泡，水和藥劑的比例為0.3：1(重量比)，50秒左右藥卷充分濕潤、完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并用捅棍捅緊，密實地裝填到孔口，裝藥順序為由下至上分區進行，為防止裝藥過程中發生沖孔現象，在拌合水中加入抑制劑，延長藥劑前期反應時間，最后孔口用炮泥封堵，封堵長度為10cm。

　　3.1.7.3安全措施和注意事項。

　　(1)無關人員不得進入施工現場。

　　(2)整個灌裝過程必須使用佩戴防護眼鏡(防塵防沖擊型PVC護目鏡)。施工人員未戴防護眼鏡操作屬安全違章。發生沖孔是正常現象，是不可預見和不可完全控制的，沖孔時藥劑溫度較高且有腐蝕性，沖入眼內可能會對角膜造成嚴重損害。沖孔產生的原因較多，大致有以下幾種：

　　1)操作人員操作不當。包括藥劑已經發熱冒氣仍在灌裝等，裝填不密實有空氣隔層等;

　　2)溫度控制不當。氣溫高時，拌和水、藥劑、鉆孔孔壁溫度控制不當、抑制劑藥量不夠，致使藥劑反應過快等;

　　鉆頭選用不當，鉆孔直徑過大等。

　　因此，為避免發生沖孔，就應對以上原因進行檢查和防范。

　　(3)在藥劑灌入鉆孔到巖石或混凝土開裂前，不可將面部直接近距離面對已裝藥的鉆孔。藥劑灌裝完成后，蓋上麻袋或草席，遠離裝灌點。觀察裂隙發展情況時應更加小心。此外施工現場應專門備好清水和毛巾，沖孔時如藥劑進入眼內和皮膚上，應立即用清水沖洗，情況嚴重者立即送醫院清洗治療。

　　(4)在破碎工程施工中需要改變和控制反應時間，必須依照廠家規定加入廠家生產或提供的抑制劑和促發劑，并按廠家的要求配制使用，嚴禁擅自在破碎劑中加入其他任何化學物品。

　　(5)剛鉆完孔和剛沖孔的鉆孔，孔壁溫度較高，應確定溫度正常符合要求并清洗干凈后才能繼續裝藥。

　　破碎劑運輸和存放中應防潮。開封后請立即使用。如一次未使用完，應立即緊扎袋口，需用時再開封。

　　3.1.8破碎劑膨脹開裂。

　　藥劑反應的快慢與溫度有直接的關系，溫度越高，反應時間越快，反之則慢。本工程隧道內溫度一般控制在10℃～25℃左右，藥劑反應時間較慢，大約為30h。

　　3.1.9液壓錘和鑿巖機破碎。

　　待破碎劑將巖石完全開裂后，采用破碎錘對開裂的巖石進行破碎，同時為保證隧洞的周邊輪廓成型效果，周邊采用鑿巖機破碎。