王田源

（婺源县水利水电建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

为加快施工进度，水利枢纽特大断面导流隧洞施工中经常进行爆破作业。由于作业空间较为狭小、封闭，爆破产生的冲击震动可能会对断面围岩结构产生扰动、破坏，做好断面支护对确保下一步施工的顺利进行，以及保障隧洞作业安全有重要意义。在这一背景下，探究水利工程特大断面导流隧洞的爆破要点与支护技巧成为工程施工管理的重点。

1 工程概况

某水利枢纽总库容36.9亿m3，正常蓄水位386.6 m，兼有防洪、发电和灌溉等功能。主体建筑物包括砼面板堆石坝、溢洪道和电站厂房等。在修建砼面板堆石坝时，为提供无水施工环境，在该水利枢纽的左岸设置一条导流隧洞，洞身长度为1 211.4 m，洞轴线与岩层走向为斜交，设计最高水流流速20 m/s，最陡坡度为9.6%。导流隧洞结构为斜墙马蹄形断面，顶拱半径6.8 m，最大开挖高度21.80 m，最大开挖宽度22.51 m。根据地质勘察结果，导流隧洞上部覆土厚度166～231 m，地质构造有断层、裂隙与层间剪切带，洞顶软岩属IV级围岩，边墙洞围岩属II级围岩，地下水活动较弱。

2 洞身开挖

2.1 选择开挖方法

用起拱线将洞身分成上下2部分。对于围岩级别为II级的，实施爆破作业后上、下2部分一起开挖，并在软弱围岩处使用喷锚挂网支护；对于围岩级别为IV级的，上部选择光面爆破后开挖，下部采用台阶法开挖，每阶高度为4.8 m，在个别围岩较差的地方使用喷锚支护。

2.2 钻爆设计

本次工程中导流隧洞穿过岩层以II级围岩为主，设计有3种炮眼，分别为周边眼、掏槽眼和底板眼。其中，底板眼与周边眼的深度均为3.2 m，每次循环进尺3.0 m，掏槽眼的深度为3.4 m。以周边眼为例，其详细爆破参数设计见表1。

本次工程中底板眼10个，掏槽眼2个，周边眼27个，炮眼布置如图1所示。

图1 围岩上半断面炮眼布置图

2.3 开挖爆破作业

开挖爆破作业流程如图2所示。

图2 开挖爆破作业流程图

现场施工人员分别使用物理、化学方法对施工区域内的围岩级别进行确认，据此设计爆破方案，并选择合适的爆破参数，以便于提高施工效率和开挖效果。完成地质分析与爆破设计后，进行现场测量放线，借助于全站仪、经纬仪和激光准直仪等仪器设备，确定隧洞的开挖轮廓线，为现场作业提供依据，避免出现超挖或欠挖的情况。凿岩台车进场后，根据设计好的爆破方案设定钻孔参数，例如钻头的直径、钻孔的深度及钻孔之间的间距与排距等。完成钻孔后，检查成孔效果，经检查确认孔深、孔径等符合要求，并且无孔壁开裂问题后，清理钻孔内的碎石、粉末，然后按量装填炸药。其中，周边眼采用Φ25的乳胶药卷，进行不连续装药，其他炮眼则采用连续装药。装药后封堵孔口，用导爆管毫秒雷管复式簇联网络的方式进行起爆。成功起爆后，现场施工人员利用轴流式通风机进行通风散烟，同时在开挖面上用水管喷射水雾，减少扬尘。完成通风降尘作业后，安排经验丰富的人员进行安全检查，经检查确定不存在残炮、危石后，施工人员进场，使用挖掘机和装载机配合清运爆破现场的碴石。

3 洞身临时支护

3.1 支护方法

导流隧洞内完成爆破作业后，应立即开展临时支护加固围岩以保证安全。本次工程中首先进行洞内喷锚、挂网，然后再开展二次衬砌施工。考虑到围岩级别不同，分别设计了2种支护方法。对于II级围岩，分2次喷射16 cm厚的钢纤维混凝土，第一层为6 cm，第二层为10 cm。在洞顶及侧墙分别设置长度为4.5 m，直径为20 mm的砂浆锚杆，插入岩石深度为4.3 m。钢筋网与锚杆露出端采用焊接方式固定。对于IV级围岩，首先喷射C20级混凝土，同样采用2次喷射方法，第一层喷6 cm厚混凝土后，挂钢筋网，然后进行第二次喷射，厚度为6 cm。在导流隧洞的洞顶下方10 m内，以排距为2.0 m、间距为5.0 m布置直径为25 mm、长度为4.5 m的砂浆锚杆。

3.2 锚杆支护

砂浆锚杆的支护方法：根据施工图纸在导流隧洞内壁上确定钻孔位置，并做好标记。安排人员进行复核，保证孔位偏差小于等于50 mm。然后使用钻机以垂直于开挖面的方向进行钻孔。插入砂浆锚杆前，应注意检查杆体是否有生锈、裂纹等情况，并同步制作砂浆。本次工程中所用的水泥砂浆，水泥与砂的比例为1∶2，水泥与水的比例为1∶0.4。砂浆制作完毕后进行检验，并将检验合格的砂浆灌注到锚杆中，注浆锚杆插入到钻孔后，利用混凝土提高锚杆的抗拉拔性能，进一步提升锚杆支护效果。

3.3 喷射混凝土

喷射混凝土的基本流程如图3所示。

图3 喷射砼流程图

在爆破作业后，应当对导流隧洞内裸露的围岩破碎段进行初喷混凝土，通过尽快封闭岩面保证洞内施工环境的安全性。初喷混凝土前，要注意清理喷射面，有浮石或晃动岩块的，要及时清理；围岩表面有岩渣、岩粉的，也要清理干净。然后进行复喷。根据导流隧洞的支护要求，于洞外现场配制喷射支护所用的混凝土。向混凝土中加入适量的速凝剂，既可以减少喷射后出现滑移、流淌的情况，同时又能提高施工效率。洞内喷射机就位后，装入混凝土开始初喷。调整喷射嘴与岩面的夹角，使其控制在10°以内。可以在喷嘴上安装一段50 mm左右的扰料管，避免喷射混凝土时回弹石子砸伤施工人员。初喷混凝土厚度控制在5～6 cm，等到混凝土初凝完毕后，再进行复喷，直到喷射厚度达到设计值，停止施工。等待复喷混凝土终凝后，安排施工人员对系统锚杆拉网进行检查和养护，保证洞身临时支护达到施工要求。

3.4 安装钢筋

本次工程所用钢筋在使用前均需要进行清理，去除表面灰尘和油垢。同时检查有无生锈、弯曲等问题，如果有，需要除锈、调直。考虑到导流隧洞的洞身断面较大，提前将钢筋分段，制成1.5 m×2.5 m和2.4 m×6.0 m 2种规格的网片，然后运送至洞内，现场完成钢筋网片的焊接固定。同样的，洞内衬砌施工所用钢筋，也是在洞外钢筋棚内提前加工成型，运送至洞内现场绑扎或焊接。在特大断面导流隧洞的顶拱、边墙均设置了钢筋，以提高隧洞整体强度。断面环向设计双层Φ30主钢筋，底板与侧墙钢筋同时绑扎，可大幅度减少钢筋接头焊接工作量，对提高施工效率有积极帮助。拱圈钢筋首先以混凝土固定在底板上，再通过钢筋台车绑扎。钢筋台车上部有5个定位控制系统，配套安装5根Φ60钢管，作为钢筋绑扎的定位支撑点。此外，钢筋台车上搭载1台1.2 t卷扬机，可以将需要焊接的主钢筋吊起并移动到指定位置。完成精确定位后，将主钢筋与纵向骨架钢筋固定，两者相接处采用焊接方式加固。

4 洞身混凝土衬砌

4.1 衬砌方法

结合导流隧洞衬砌断面情况，本次工程中选择了轨行式边墙、顶拱全断面12 m板衬砌台车立模，保证开挖作业和衬砌施工能够同步开展。在上断面施工结束后，再进行底板混凝土的浇筑。隧道内衬砌施工所用混凝土，由2辆10 m3的砼车交替运输，保证施工进度。衬砌施工基本流程如图4所示。

图4 衬砌作业流程图

对于特大断面导流隧洞，其地板流水面设计成仰拱圆弧形。衬砌作业如果选择常规的拉模法或盖模法，除了会因为效率不高导致施工进度迟滞，还有可能因为达不到水工隧洞对流水面高度的要求而影响导流效果。综合考虑多种因素后，本次工程中选择了敞开式浇筑模式。首先浇筑下层混凝土，厚度大概在15 cm，然后再浇筑面层混凝土，厚度在12 cm左右。2层混凝土浇筑完毕后，使用Φ160钢管滚筒进行滚动碾压。碾压成型后再使用木抹子进行抹平。整体浇筑墙拱二次衬砌使用全液压钢模台车辅助施工，由于导流隧洞断面足够大，可以在洞内完成钢模台车的安装，并在拱顶预埋钢筋作为吊点。混凝土在洞外拌制后，使用运输车输送到洞内，混凝土泵送入仓后使用振捣器振捣密实。浇筑作业中现场施工人员定期测量混凝土的坍落度、凝结时间并做好相应记录。

4.2 混凝土衬砌施工技术

4.2.1 施工准备

现场施工人员在正式浇筑混凝土前，应注意复核施工放样的中线、高程和断面尺寸等是否满足相关要求。另外，还应着重检查端头挡板是否固定好，衬砌施工所用混凝土有无离析、泌水问题，泵送设备工况是否良好。完成检查后，对于存在的问题及时处理，确认施工准备妥当后，开始混凝土浇筑施工。

4.2.2 砼入模及振捣

泵送混凝土应保证连续进行，尽量避免因为浇筑作业中断而影响衬砌的完整性。要求泵管顺直，防止泵管堵塞影响作业效率和浇筑质量。要求泵管的出口与模板内混凝土面的垂直距离小于等于1.5 m，既可以避免混凝土飞溅造成材料的浪费，又能减少混凝土高处落下后出现离析的情况。如果输入口入模高度大于1.5 m，则需要使用串筒。现场泵送混凝土时，为了提高作业效率、节省工期，可采用左右两侧对称浇筑模式，但是要注意控制2台泵送设备的参数一致，两端灌注高度差应控制在20 cm以内，对提高衬砌效果有积极帮助。混凝土入模后，及时使用插入式振捣器进行振捣。按照从中间向两端的顺序依次完成振捣，保证不漏捣、不过捣。每个点位振捣时间在60 s左右，观察到混凝土表面不再有气泡、浮浆出现后，即可将振捣器拔除，转移到下一点位继续振捣。

4.2.3 衬砌背后回填与养护

完成混凝土衬砌后，静置一段时间，等到混凝土完成终凝后，对于衬砌背后空隙进行回填处理。回填作业时要注意对预留的排水设施进行保护，避免出现堵塞排水管道的情况。衬砌背后回填结束开始进行养护，要求养护时间不低于14 d。养护完毕后，施工人员可随机抽取几处位置，使用仪器测定混凝土的强度，根据强度测定结果决定是否拆除模板。对于非承重的端头挡板，只要混凝土强度大于等于2.5 MPa，即可拆模；而对于拱墙等承重部位的模板，则需要混凝土实际强度大于等于设计强度的70%方可拆模。由于之前的施工中，提前在模板内侧涂刷了脱模剂，因此拆模比较容易，并且拆模后混凝土表面十分光滑。拆除模板后，继续开展14 d的混凝土养护。通过洒水保湿等养护措施，防止混凝土表面出现干缩裂缝。

5 灌浆施工

5.1 回填灌浆

现场施工人员测量衬砌混凝土的实际强度超过设计强度的80%后，可以进行回填灌浆。对于局部未使用钢筋的衬砌，选择直接钻孔灌浆；对于钢筋混凝土衬砌部分，则使用预留灌浆孔进行灌浆。预留孔的布置方式：在钢筋混凝土衬砌施工时使用钻机在岩石上钻孔，要求钻孔深入岩石至少20 cm。然后将预埋管节嵌入孔内，预埋管接的露出端与衬砌台车模板顶进，起到固定预埋管的作用。对灌浆区段进行分序，以奇数排为I序，以偶数排为II序，采用间隔推移灌浆方式。前后两序的灌浆间隔时间为72 h。将配制好的浆液装入BW250压力灌浆机中，设定好注浆流量、注浆压力等参数后，依次完成各孔的灌注。

5.2 固结灌浆

在全序孔回填灌浆结束后进行7 d养护，养护结束后开始固结灌浆施工。首先使用风钻在预留孔内造孔，检查成孔效果，保证孔深、孔径和孔斜率等参数符合施工要求，并且孔壁无明显开裂。然后将软管插入钻孔内，注水冲洗钻孔。观察到钻孔返水清澈后即可停止。从I序孔中随机挑选总孔数10%的钻孔开展水压试验，根据试验结果确定灌浆压力等参数。固结灌浆也按照“逐段加密”原则进行，选择最低的孔作为起始孔，完成该孔的灌浆后，左右交替灌浆，最后灌注最高的孔。导流隧洞上部孔灌浆完毕后，现场施工人员要按照“先关闭孔口闸阀，再关停机具”的顺序操作。全序孔固结灌浆结束后，进行封孔养护，养护时间不低于7 d，等到孔内浆液完全凝结后，将孔口闸阀拆除，至此完成导流隧洞施工。

6 结束语

本文所述的水利枢纽特大断面导流隧洞施工中，主要应用到了光面爆破技术、喷锚挂网支护技术、二次衬砌技术和固结灌浆技术。在现场施工中，施工人员通过树立全过程、精细化的管控理念，确保了导流隧洞施工顺利完成。本次工程实际用时92 d，比预期工期提前了8 d，经检验能够满足水工隧道通过高速水流的要求。