紅旗水庫引水隧洞施工組織設(shè)計

陳建堯

(四川省都江堰管理局設(shè)計院,四川都江堰,611830)

1 工程概況

金堂縣紅旗水庫引水隧洞工程,是都江堰灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造重要的引水項目。設(shè)計引水隧洞線路起于中江縣合興鄉(xiāng)禾木村張家溝處人民渠七期干渠,止于金堂縣官倉鎮(zhèn)紅旗村紅旗水庫庫尾牛腳桿。設(shè)計方案隧洞(主洞)總長為7972.7m,隧洞(主洞)最大埋深約 327m,最低處約 36m;為增加工程工作面,分別在樁號 2+610m、3+870m、6+282m處設(shè)施工支洞 3座,總長度 1338.7m。其中,1#施工支洞斜長 434.1m,2#施工支洞斜長 395.3m,3#施工支洞斜長509.3m。設(shè)計線路進(jìn)口起點高程 524.083m,出口止點高程 520.448m。設(shè)計引用流量 5.0m3/s,加大流量 6.0m3/s。

本工程級別為 4級,永久性主要建筑物節(jié)制閘和引水閘、隧洞、暗渠、引水明渠等按 4級設(shè)計,次要建筑物和臨時建筑物按照 5級建筑物設(shè)計。

工程區(qū)中江 ～合興 ～石泉、金堂 ～石泉 ～官倉鎮(zhèn)有 101國道(興隆至長樂),另外有眾多的鄉(xiāng)村機耕道橫穿或重點建筑物旁邊平行通過,形成了本工程區(qū)較發(fā)達(dá)的公路交通網(wǎng)絡(luò)。

紅旗水庫引水工程在人民渠七期干渠上樁號99+736.7m右岸分水,干渠水位高程 526.783m,只修建 8.0463km的引水隧洞、暗渠、明渠注入紅旗水庫。

2 隧洞施工概述

2.1 隧洞(主洞)施工

由于隧洞底坡降不大,可采用一般平洞施工方法。洞內(nèi)石渣水平運輸采用立爪裝巖機(100m3/h)裝渣,電瓶機車(5t)牽引 3.5m3礦車運輸至洞口,再由汽車運 0.5km～3km至棄渣場堆放。

2.2 施工支洞施工

施工支洞洞口段因埋深較淺,為淺埋土和砂巖質(zhì)泥巖,采用分部開挖預(yù)留核心土方法施工,YT-28風(fēng)鉆鉆孔,光面爆破,ZLC40B裝載機裝運渣。在井口及井身施工的同時,安裝、調(diào)試提升設(shè)備,前期設(shè) 5t臨時卷揚機提升出渣斜井施工安裝簡易開挖臺架,采用 YT-28風(fēng)鉆鉆孔,全斷面開挖。對于施工支洞開挖洞內(nèi)石渣運輸,采用0.6m3耙斗裝巖機裝渣,3.5m3礦車運輸,55kW雙筒絞車提升,卸于洞口再由汽車運 0.5km至棄渣場堆放。對于施工支洞平洞洞內(nèi)石渣水平運輸,采用立爪裝巖機(100m3/h)裝渣,電瓶機車(5t)牽引 3.5m3礦車運輸至施工支洞底,通過斜井 55kW雙筒絞車提升,卸于洞口再由汽車運0.5km～1.2km至棄渣場堆放。

3 隧洞主要施工方法

隧洞施工按進(jìn)口 、出口 、1#、2#、3#施工支洞共5個工作面考慮,設(shè)計斷面為城門洞型,開挖斷面3.6m×4.0m(寬 ×高)。

3.1 石方開挖

3.1.1 洞口開挖。本工程洞口巖層風(fēng)化較強,巖層破碎,覆蓋著較厚的松散土層,施工時,自上而下進(jìn)行開挖。為保證洞口施工安全,洞臉邊坡按設(shè)計要求設(shè)置馬道。洞口部位爆破,要根據(jù)開挖面形狀選擇光面、預(yù)裂或微差爆破方法,并規(guī)定適宜裝藥量,以保證洞口圍巖不被破壞。

3.1.2 洞身開挖。本工程引水隧洞大部份為Ⅳ類圍巖、少部份為Ⅴ類圍巖,故主要應(yīng)以開挖后隨即襯砌的方式施工。開挖主要采用光面爆破技術(shù),二臂鑿巖臺車鉆孔,乳膠炸藥和非電毫秒雷管爆破。

引水隧洞為全斷面開挖,施工支護采取系統(tǒng)錨桿、噴錨、掛網(wǎng)等措施,襯砌可落后于開挖的距離根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果確定。

施工中如遇斷層破碎帶,采用先護后挖的施工方法,小導(dǎo)管預(yù)注超前支護,配合系統(tǒng)錨桿、噴射混凝土、掛網(wǎng)以及鋼支撐;人工開挖或者松動爆破,襯砌緊跟。

3.1.3 鉆爆法開挖施工工藝

Ⅳ類圍巖穩(wěn)定性差,其變形破壞主要受巖體強度控制,隧洞開挖后,如果不及時支護,圍巖將產(chǎn)生松弛變形而坍塌破壞。因此,局部穩(wěn)定性較差地段,以錨桿支護為主,將不穩(wěn)定巖塊懸吊在穩(wěn)定巖體上,充分發(fā)揮錨桿的懸吊作用。錨桿采用φ25mm砂漿錨桿,長度 2.5m,垂直于結(jié)構(gòu)面打設(shè)?？紤]到輸水隧洞斷面較小,為了加快施工進(jìn)度,部分隨機錨桿采用氣腿式鑿巖機在鑿巖臺車平板上打設(shè)。其開挖作業(yè)循環(huán)為:鉆孔、裝藥、聯(lián)線、爆破、通風(fēng)、清理撬挖、利用渣堆掛網(wǎng)噴混凝土、裝渣運渣、接軌等工序。

3.2 隧洞襯砌

3.2.1 澆筑前的準(zhǔn)備。襯砌混凝土澆筑前作好修幫、清渣、清洗、立模和預(yù)埋管等工作。

3.2.2 襯砌的澆筑順序。襯砌采用分段流水澆筑,在大段之間進(jìn)行流水作業(yè),流水段長度與襯砌臺車相配套。橫斷面上的澆筑順序為先邊墻后頂拱、再底板,連續(xù)澆筑。

3.2.3 混凝土的入倉鋪料。由于隧洞工作面狹窄,采用輸送泵將混凝土泵入倉。混凝土泵的導(dǎo)管鋪設(shè)在工作平臺上,在進(jìn)入到澆筑段時,才升高到模板上面。依靠泵的連續(xù)壓送,將混凝土澆入倉內(nèi)?；炷寥雮}后采用斜層澆筑法,要求左右側(cè)必須分層對稱,以免造成偏壓跑模,每層厚度不超過振動棒長的 1.25倍,振搗密實又不過振。

3.2.4 平倉與振搗。平倉可用插入式振搗器插入料堆頂部振動,使混凝土液化后自行攤平。振動影響半徑與振動力大小和混凝土的塌落度有關(guān),一般為 30cm～50cm,須通過試振確定。為了避免漏振,應(yīng)使振點均勻排列,有序振搗,振點間距約為影響半徑的 1～1.5倍,并應(yīng)使振搗器插入下層混凝土約 5cm,以利上下層結(jié)合。振動過程中,還應(yīng)與模板保持 1/2影響半徑的距離。模板上設(shè)附著式振搗器配合搗固。

3.2.5 襯砌的封拱。襯砌施工難度較大的工作是封拱。封拱是指在相鄰兩個澆筑段之間,對后澆段頂部混凝土的澆筑。后澆段的施工,因受先澆段的限制,倉內(nèi)工作條件異常艱難,要想使后澆筑的混凝土形成完整的拱圈,必須在施工中采取如下特殊措施:封拱采用混凝土泵,在導(dǎo)管的末端接上沖天尾管,垂直穿過模板伸入倉內(nèi)。沖天尾管的位置根據(jù)澆筑段長度和混凝土擴散半徑確定,其間距一般為 4cm～6cm,離澆筑段端部約1.5m左右。尾管出口與巖面的距離,原則上是越貼近越好,以保證壓出混凝土能自由擴散,一般為20cm左右。封拱時為排除和調(diào)節(jié)倉內(nèi)空氣,檢查拱頂充填情況,在倉內(nèi)巖面最高處設(shè)置通氣管,在倉的中央部位設(shè)置進(jìn)人孔,以便進(jìn)入倉內(nèi)進(jìn)行必要的輔助工作。

封拱的施工程序是:當(dāng)混凝土澆至頂拱倉面時,盡量筑高兩端混凝土;加快泵的壓送速度,連續(xù)壓送混凝土;當(dāng)通氣管開始漏漿或壓入的混凝土量已超過預(yù)計方量時,停止壓送;去掉尾管上包住預(yù)留孔眼的鐵箍,從孔眼中插入防止混凝土下落的鋼筋;拆除到關(guān);待頂拱混凝土凝固后,將外伸的尾管割除,并用灰漿抹平。

3.3 通風(fēng)及照明

隧洞三管兩線(φ100mm高壓風(fēng)管、高壓水管和 φ150mm的排水管,照明線及動力線)的布置,總原則是滿足機械設(shè)備通過襯砌地段,保證200cm×200cm的凈空。

由于張家溝、一碗水(1#施工支洞)、吳家院子(2#施工支洞)、響水灘(3#施工支洞)、牛腳桿等通風(fēng)距離長,通風(fēng)管徑大,通風(fēng)阻力小,因此采用風(fēng)機串聯(lián)方式。各隧洞外設(shè)立空壓機房,風(fēng)機采用天津通創(chuàng) SDA50B-2T7型(功率 7.5kW+7.5kW,風(fēng)量 170m3/min,風(fēng)壓 1940Pa)及 SDA45B-2T4(功率 4kW+4kW,風(fēng)量 250m3/min,風(fēng)壓2450Pa)風(fēng)機。風(fēng)管采用 φ400cm軟風(fēng)管,節(jié)長20m,100m漏風(fēng)率 1.5%。通風(fēng)管管口離開掌子面的距離不大于 20m,以確保良好工作條件。

隧洞開挖及襯砌工作面照明,采用 36V低壓電路,動力線采用 220V～380V,注意選擇絕緣防水良好的導(dǎo)線和燈具。

4 施工總進(jìn)度

結(jié)合工程施工條件及工程特點,本工程施工總工期為 22個月(即第一年10月1日～第三年7月30日),本著從前至后、先難后易、分期實施、分期受益的原則來計劃安排。工程建設(shè)一般分為四個施工階段:工程籌建期(安排在第一年7月～9月),工程準(zhǔn)備期(第一年10月1日～11月30日),主體工程施工期(第一年10月1日～第三年4月30日),工程完建期(第三年5月1日～第三年7月31日)。

本工程工期看似很緊張,但從水工結(jié)構(gòu)上看,處于關(guān)鍵線路上的各項工序由于工程量較小,施工時間充裕,施工強度低,工期可以得到保證。因此,本工程施工總工期是可行的。