某水库除险加固工程输水隧洞施工及质量控制措施

某水库除险加固工程输水隧洞施工及质量控制措施

作者：李俊杰

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第16期

【摘要】文章以某水库除险加固工程输水隧洞施工及质量控制措施进行分析，希望能对同类工程有所帮助。

【关键词】隧洞施工；喷锚支护；砼衬砌；灌浆处理；除险加固 1 工程概况

某水库位于当地干流的上游，控制集雨面积1 45 km2，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水、发电等综合利用的大（2）型水利工程。输水隧洞为圆形全长302 m，分A段（0+206～0+430）半径1.55 m、B段（0+430～0+508）半径1.65 m，隧洞洞线地表为全分化花岗岩层覆盖，一般厚5～10 m，结构较疏松，风化层内夹带大量20～50 cm岩石，局部直径达1 m以上，进出口地质比较差，进口为强风化花岗岩，出口为全风化花岗岩粘土，洞身内岩性破碎稳定性差，大部分为Ⅳ类围岩。针对隧洞段地质条件，采取了全断面掘进开挖、超前锚杆和钢拱架架设、及时紧跟喷锚支护，最后模筑混凝土衬砌的施工方法。 2 施工布置

采取“大型集中、小型分散”的布置原则，将混凝土拌和系统、钢筋加工车间等集中布置在输水隧洞出口右侧平台上，其他设施按施工需要布置。 3 施工方法 3.1 方法选择

某水库除险加固工程输水隧洞断面为8 m2左右，断面较小隧洞开挖采用全断面钻爆法施工，要求一次性爆破成型，周边采用光面爆破保证洞壁成型光滑，减少超挖。由于围岩地质情况较差，每次开挖控制进尺1.5 m后及时采取一次喷锚支护，然后再进行二次永久砼衬砌和灌浆处理，循环渐进。 3.2 隧洞施工

输水隧洞地质情况较差，施工前对洞脸进行挂网喷混凝土处理，保证施工期安全，同时做好隧洞出口工作出渣斜坡道以利于机械行走。因进口箱涵施工，考虑施工交叉干扰，不能双向

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开挖，只能从隧洞出口段一头掘进，其施工工序如下：造孔爆破排烟出渣支撑超前锚杆及钢拱架挂钢筋网喷混凝土。 3.2.1 开挖、出渣

工艺流程为：测量放样钻孔装药爆破通风排烟安全处理出渣（喷锚支护）。

（1） 钻孔：采用气腿式风钻钻孔，钻头为“-”字形，成孔孔径42 mm，孔深2.0 m，掏槽孔位置略深，辅助孔孔底在同一平面上，孔位正确、平直。钻孔自上而下，每孔打好后用高压气吹孔并用纸袋等临时封孔，做好标记。周边孔孔距40～50 cm，光爆孔密集系数K（K=E/W，E-光爆孔孔距，W-光爆层厚）0.6～0.8；

（2） 爆破：使用原装32 mm药卷，装在孔的底部，反向装药（药卷炮力集中穴指孔方向，雷管安放在孔底一端），且不堵塞炮眼。采用塑料导爆管的非电起爆毫秒雷管网络，实施微差爆破，所有的导爆管绑在一起连在一处火雷管上，点燃火雷管起爆毫秒雷管后，使炸药从掏槽孔、崩落孔、光爆孔依次起爆，不耦合系数1.3左右； （3） 排烟出渣：放炮之后，用轴流式通风机向

洞内通风30 min，在洞口无明显废气排出时专职撬石工排除工作面及顶部危石后，才能进行小型反铲装渣、小型汽车运输的出渣施工方案。 3.2.2 喷锚支护

工艺流程为：测量放样—超前锚杆施工—安装钢拱架※径向锚杆施工—挂钢筋网—喷混凝土。

（1） 钢拱架及超前锚杆：钢拱架采用Ι14的工字钢弯制，排距0.75 m，A型断面超前锚杆采用Ф25钢筋，L=3.5 m，@1 500 mm×500 mm（排距×环距），结构如图1（B型断面采用Ф42管式超前锚杆，L=3.0 m，@1500 mm×400 mm（排距×环距），结构如图2）；

夹拱架径向锚杆采用了Ф25的钢筋与工字钢拱架焊接，L=2.0 m；钢拱架间用Ф22钢筋焊接连接，环向间距为500 mm；钢筋网采用Ф8钢筋，A型断面网格间距250 mm×250 mm（B型间距150 mm×150 mm），绑扎于连接钢筋的外侧。锚杆施工采用手风钻钻孔，人工插锚杆和安装钢拱架，A型断面喷混凝土厚度100 mm（B型喷厚度150 mm）； （2） 钢筋网及锚筋：钢筋网根据图纸和规范要

求，钢筋离岩面一般保持5 cm左右。锚筋埋设采用手风钻先打锚筋孔，用锚杆锚固剂埋植（7 h就达到锚固效果），锚筋孔深一般按2.0 m施工，锚杆锚固后进行拉拔试验其拉拔力不小于30 kN；

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（3） 喷混凝土：采用干喷法施工，转盘式喷浆机，生产能力3～5 m3/h，混凝土骨料最大粒径为20mm，砂子细度模数为2.8，选用质量稳定的海螺集团生产的P.O42.5R级水泥，速凝剂掺量为水泥用量的4%，初凝时间为3 min。混凝土拌好后，掺入速凝剂人工拌匀、撒锹至喷射机进料口，用水量现场控制，一般以不产生粉尘为宜，喷混凝土水的工作压力在2～3 kg/cm2，气压4～5 kg/cm2。喷嘴离受喷面1.0 m左右且和其面成80°左右夹角，呈螺旋状前进喷至设计断面，厚度主要依据锚杆、钢筋网和钢拱架为标志。

隧洞处于地下水位线以下洞壁外水量丰富，不需要专门的养护，实际施工通过现场取样强度达到设计要求，喷混凝土综合回弹率在30%左右。

3.2.3 混凝土衬砌工艺流程为：基础面清洗—钢筋绑扎—安装止水条—人工支模就位、固定（测量复核） —安装封头模板—浇筑混凝土—脱模—养护。

由于隧洞断面较小且为圆形，按止水分缝位置分段采取一次钢筋绑扎、立模、混凝土浇筑的方式。模板根据结构尺寸选用强度足够的12 mm钢板作为面板，面板后焊接角钢作为肋骨架加工成型，定型钢模分块的大小便于人工运输为准且对分块加以编号以便下次组装，模板间隔一定距离位置预留混凝土泵入仓口同时留有振捣口，在封口时为了排除仓内空气和检查顶拱填满程度用（按流向）每隔3 m预埋一个通气管，模板块与块间利用螺栓联结。钢筋绑扎好后在隧洞上下左右中心线每间隔2 m埋置锚杆螺栓穿过定型模板已预留的螺栓孔，然后采取木瓦条加螺母拧紧以固定定型模板确保浇筑时不位移。

混凝土浇筑采用商品混凝土，用混凝土泵将混凝土直接压入仓内，隧洞底部混凝土浇筑速度不宜过快，控制混凝土入仓料的速度保持两边同时缓慢上升。浇筑完7 d后拆模进行下一段混凝土施工，同样隧洞处于地下水位线以下洞壁外水量丰富，混凝土不需要专门的养护。 3.2.4 灌浆处理

工艺流程为：测量放样定位造孔灌浆变形观测封孔检查孔抹平验收。

（1） 定位造孔：钻孔孔位按设计图纸测量放样，钻孔孔位与设计位置偏差不得大于10 cm，在钢筋砼衬砌部位采取在预埋钢管中造孔作为灌浆孔口管，做好孔壁冲洗和脉动裂缝冲洗；

（2） 灌浆：隧洞衬砌达到设计强度后，进行灌浆，灌浆材料选用质量稳定的水泥和外加剂。回填灌浆分区段进行，每区段长度不大于50 m，分区端封堵严密，灌浆分两个次序，施工时自较低的一端开始，向较高一端推进。同一区段内的同一次序孔全部或部分钻孔完成后进行灌浆，回填灌浆压力为0.2～0.3 MPa，浆液水灰比为∶一序孔灌注水灰比0.6（或0.5）∶1的水泥浆，二序孔灌注1∶1和0.6（或0.5）∶1两比级的水泥浆，空隙大的部位灌注水泥砂浆，但掺砂量不大于水泥重量的200%；

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（3） 变形观测：先用回填灌浆来填塞满衬砌与岩石的空隙，再用固结灌浆来固结隧洞周围的岩石。灌浆过程中当通气管开始漏浆时，就说明在拱顶已灌浆回填满，灌浆时监视衬砌砼的变形，并作好记录；

（4） 检查孔：灌浆结束7 d后，在脱空较大、串浆孔集中及灌浆情况异常的部位布置检查孔，检查孔的数量为灌浆孔总数的5%。采用钻孔注浆法进行回填灌浆质量检查，向孔内注入水灰比2∶1的浆液，在规定压力下，初始10 min内注入量不超过10 L，即为合格；（5） 封孔抹平：灌浆结束后，对往外流的灌浆孔进行闭浆待凝，待凝时间不少于24 h，灌浆孔灌浆和检查孔钻孔注浆结束后，采用水泥砂浆将钻孔封填密实，并将孔口压抹平整。 4 质量控制

（1） 测量控制：经常复核轴线和高程，及时调整偏差使贯通误差在允许的范围内； （2） 原材料检验、试验：砂、石、水泥、钢筋、喷射砼等原材料检测、锚杆拉拔试验、浆液和水灰比检测，确保浆液质量和连续灌进；

（3） 灌浆：灌浆时要尽快达到设计压力，并专人控制灌浆压力，以免灌浆压力过大产生抬动造成事故或灌浆压力过小而影响灌浆质量；

（4） 压水试验：认真检查有无邻孔，特别是在钻进的孔段，如果发现串通，正在施工的钻孔停钻，冲洗、下管阻塞。 5 塌方预防和处理措施

（1） 超前支护，分断面开挖，减少围岩一次性暴露面及时进行喷锚支护；开挖成洞后，模筑混凝土紧跟；加强收敛量测，校核一次支护；

（2） 开挖爆破时，避免因强爆破或装药过多引起强烈震动而引发塌方，合理掌握开挖进度；

（3） 防止在不适当的停止施工时没有做好施工排水，使围岩长期浸泡，处于饱和状态，山岩压力增大，围岩强度下降，一经扰动引起的塌方；

（4） 施工过程中应经常进行检查，及时发现发生塌方的种种预兆，及时采取工程技术措施，在掘进到地质不良围岩破碎地段，应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工措施。及时掌握水情汛情，以现代科技手段，对水文信息进行实时预报，为工程安全度汛提供可靠保证。 结语

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由于本工程在施工过程中严格控制工艺和每道工序的质量，加固完成后投入使用二年多来，防汛效果良好。 参考文献

[1] 蔡红军，某输水隧洞混凝土衬砌施工质量控制措施，中国水运月刊， 2012 [2] 杨颖岚，观音阁水库输水隧洞施工质量控制探析，内蒙古水利，2015