深输水隧洞特殊洞段开挖施工安全技术

　　【摘要】水利工程的发展对我国社会主义建设有极其重要的作用，其不仅可以保障人民群众用水的安全性，也保证了我国农业用水的稳定性和长久性。隧洞施工技术是水利工程建设的重要环节，输水隧洞的安全发展对水利工程建设至关重要。在水利工程建设中，隧洞施工常受到地质条件、环境等因素的影响导致施工困难，对隧洞施工而言，初期支护是确保施工质量及安全的先决条件。本文以鄂北地区水资源配置工程2016年第7标段施工项目为例，深入探讨浅埋深输水隧洞特殊洞段开挖施工安全技术。

　　【关键词】浅埋深;隧洞;特殊洞段;开挖;安全

　　《武汉交通职业学院学报》(季刊)创刊于1988年，由武汉交通职业学院主办。本刊遵循“立足交通、面向社会”的办刊方针，旨在促进我国交通事业、行业经济、高等职业教育的发展，倡导在坚持党的路线、方针前提下，开展“百家争鸣”。

　　1. 工程概况

　　(1)鄂北地区水资源配置工程2016年第7标段施工项目位于湖北省随州市随县，本工程随岳隧洞桩号为K182+080～182+280，全长0.2Km，围岩类型为Ⅴ类，围岩为绢云钠长片岩，围岩呈强风化～弱风化状，地下水活动轻微，上覆岩体厚 30m 左右，岩体完整性较差，围岩极不稳定。设计流量为20.2m3/s，底部纵坡1/11000，隧洞断面为马蹄形，开挖断面净宽7.4m，过水净宽5.8m。随岳隧洞下穿随岳高速，涉及特殊洞段开挖施工。随岳隧洞与随岳高速基本90°相交，隧洞下穿随岳高速，穿高速处埋深约11.8m(距高速公路路基顶部)，根据现场查勘可以看出，此部位高速公路路基为半幅挖方、半幅填方路基。交叉部位隧洞桩号182+206～182+232，特殊洞段桩号(交叉影响段)182+190～182+280，高速公路交叉段桩号为K42+183左右。

　　(2)随岳高速公路全长335公里，于2010年全线建成通车，是湖北省高速公路网的重要组成部分。随岳隧洞下穿施工社会影响大，安全问题得到了建设方、高速公路相关方(省交通运输厅高速公路管理局等)等各方的重点关注。

　　2. 特殊洞段开挖设计

　　随岳隧洞为岩石洞段，设计为V类围岩，采用马蹄形断面。交叉影响段开挖断面净宽7.5m，过水净宽5.8m，衬砌厚度为喷护砼0.25m+衬砌砼厚度0.6m。设计流量20.2m3/s，底部纵坡1/11000。

　　2.1开挖方式。

　　高速公路交叉影响段采用静态破碎法开挖，最大程度减少对随岳高速公路的影响，确保施工及高速公路的安全。

　　2.2支护方式。

　　(1)全断面钢拱架支护，采用I20a工字钢，拱架间距按0.5m布置。

　　(2)喷C25混凝土25cm厚。

　　(3)顶拱和侧墙挂8钢筋网(150×150mm)。

　　(4)頂拱和侧墙范围内设22系统锚杆，长3m，间排距1m，梅花型布置。

　　(5)特殊洞段182+190～182+280段顶拱120°范围内设108mm管棚注浆钢管，环向间距0.4m，管棚单排长20m，搭接长度不小于5m，仰角1°，灌浆浆液为水泥浆，浆液比为1：1，灌浆压力为2.0Mpa～2.5Mpa。

　　(6)特殊洞段182+190～182+280段初期支护图1如下：

　　(7)开挖支护循环进尺见表1。

　　3. 洞室开挖支护施工

　　隧洞采用静态破碎法分台阶开挖，待破碎剂将岩石开裂后，采用破碎锤和凿岩机对岩石进行破碎，再用装载机装自卸汽车出渣。开挖破碎进尺均控制在1m内，开挖钻孔前采用超前管棚超前支护，开挖一轮支护一轮。

　　3.1开挖施工。

　　3.1.1静态破碎设计参数。

　　(1)随岳隧道高速公路交叉影响段采取台阶法分部开挖，减少洞室开挖施工对高速公路的影响。台阶法施工拟分成I、II上下两个台阶进行开挖，上下台阶采用短台阶进行施工，台阶长度3～5m。考虑到上部台阶施工所需空间等因素，洞室I上台阶高度4.4m(I面积为26.95m2，II面积为19.35m2)(台阶法开挖示意图见图2)。

　　(2)洞内石方开挖根据实际围岩及静态破碎效果及时优化调整参数，拟定参数详见表2。

　　3.1.2施工工艺。

　　3.1.3施工准备。

　　调试好施工设备，布置好风、水、电线路，清理运输道路，保证运渣路线畅通，技术员做好技术交底。

　　3.1.4施工测量。

　　施工测量采用在鉴定有效期内的全站仪进行施工测量，测量断面直线段每10m设一个测量断面，使用激光准直仪控制开挖轮廓。每个月进行一次隧洞轴线高程和断面复核测量，保证施工测量质量。

　　3.1.5超前支护。

　　高速公路影响段开挖前先进行管棚支护施工，先支护后进行开挖。

　　3.1.6钻孔。

　　钻孔采用YT28型气腿式凿岩机，由熟练的风钻技工严格按照设计图进行钻孔作业。各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行钻手作业质量经济责任制。每排孔按“平、直、齐”的要求进行控制。钻眼完成后，由技术员按破碎孔布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的破碎孔应重新进行钻孔。钻孔完成后，还应用高压风将孔内余水和余渣吹洗干净，保证钻孔孔内和孔旁洁净。对于开挖掌子面不稳定的情况，可采取喷射混凝土封闭掌子面后再进行钻孔作业。

　　3.1.7破碎剂施工。

　　3.1.7.1准备工作。

　　(1)根据当地气温、药剂温度、拌水温度、岩石温度、是否与要求相符合;检查药剂包装是否破损。

　　(2)操作前请确定已准备好以下材料物品：1)药剂;2)高强长纤维纸袋;3)洁净水;4)水桶、拌和盆;5)捅棍;6)防护眼镜;7)橡胶手套;8)备用洁净水和毛巾。

　　(3)药剂的选择：本工程属于地下隧道施工，施工期主要在冬季，洞内温度在5～15℃之间，根据《无声破碎剂》(JC 506-2008)规范，选用SCA—II、SCA—III型破碎剂，其各龄期的膨胀压力如下表所示。

　　3.1.7.2拌制和灌装

　　由于本隧洞工程为水平钻孔，使用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入药剂，一次拌合按4min装药需要的药卷数量(从药剂加入拌合水到灌装结束，这个过程的时间不能超过5min)，放在盆中倒入洁净水完全浸泡，水和药剂的比例为0.3：1(重量比)，50秒左右药卷充分湿润、完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入并用捅棍捅紧，密实地装填到孔口，装药顺序为由下至上分区进行，为防止装药过程中发生冲孔现象，在拌合水中加入抑制剂，延长药剂前期反应时间，最后孔口用炮泥封堵，封堵长度为10cm。

　　3.1.7.3安全措施和注意事项。

　　(1)无关人员不得进入施工现场。

　　(2)整个灌装过程必须使用佩戴防护眼镜(防尘防冲击型PVC护目镜)。施工人员未戴防护眼镜操作属安全违章。发生冲孔是正常现象，是不可预见和不可完全控制的，冲孔时药剂温度较高且有腐蝕性，冲入眼内可能会对角膜造成严重损害。冲孔产生的原因较多，大致有以下几种：

　　1)操作人员操作不当。包括药剂已经发热冒气仍在灌装等，装填不密实有空气隔层等;

　　2)温度控制不当。气温高时，拌和水、药剂、钻孔孔壁温度控制不当、抑制剂药量不够，致使药剂反应过快等;

　　钻头选用不当，钻孔直径过大等。

　　因此，为避免发生冲孔，就应对以上原因进行检查和防范。

　　(3)在药剂灌入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或草席，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂进入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗，情况严重者立即送医院清洗治疗。

　　(4)在破碎工程施工中需要改变和控制反应时间，必须依照厂家规定加入厂家生产或提供的抑制剂和促发剂，并按厂家的要求配制使用，严禁擅自在破碎剂中加入其他任何化学物品。

　　(5)刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高，应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。

　　破碎剂运输和存放中应防潮。开封后请立即使用。如一次未使用完，应立即紧扎袋口，需用时再开封。

　　3.1.8破碎剂膨胀开裂。

　　药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。本工程隧道内温度一般控制在10℃～25℃左右，药剂反应时间较慢，大约为30h。

　　3.1.9液压锤和凿岩机破碎。

　　待破碎剂将岩石完全开裂后，采用破碎锤对开裂的岩石进行破碎，同时为保证隧洞的周边轮廓成型效果，周边采用凿岩机破碎。