东部供水工程Ⅲ标段隧洞的施工技术

摘 要：深圳市东部供水水源工程Ⅲ标段隧洞工程施工，全长2847m，总体上采用“先开挖后模筑混凝土”的施工程序。在施工中实行全面质量管理，创造了单工作面掘进171m/月和模筑混凝土408m/月的记录。其质量、安全和进度，均得到了业主和质量监督等有关单位的好评。
关键词：水源工程 隧洞 施工管理

一、工程概况
深圳市东部供水水源工程Ⅲ标段隧洞工程，全长2847m，包括#2隧洞出口1190m和#3隧洞进口1657m。隧洞断面为圆拱直墙型，圆拱半径为2.05m，直墙高3.2m，净高5.25m，宽4.1m，远期设计流量为18～24m3/s。#3隧洞进口段地质条件恶劣，故在离进口洞口约400m的位置，增设了一条53m长的施工支洞，施工支洞断面为宽4.5m，高5.25m。进入主洞后，开辟了往上下游掘进的两个工作面，避免了进口段施工对总进度的严重影响。
Ⅲ标段隧洞段，有5%的隧洞段地质条件较差，运用新奥法技术，采取了分断面及小范围开挖、超前锚杆和钢拱架、及时喷锚支护、模筑混凝土，支护紧跟等施工方案及施工技术。
二、施工布置
采取“大型集中、小型分散”的布置原则，将两洞口工作面共用的碎石生产系统和混凝土拌和系统、机电车间等，集中布置在#2隧洞出口工区，其他设施按施工需要布置。
1、混凝土生产系统
碎石生产：首先在洞口右侧渣场上建立起2台20匹的碎石生产系统，利用皮带机将破碎后的石料，提升输送到筛分楼进行筛分。生产能力为80～100m3/台班。
混凝土拌和站：在碎石生产系统旁约15m布置混凝土拌和站。拌和站配置2台1.0m3汽腿式拌和机、上料皮带机、2台电动压气机、50m3散装水泥罐，以及电子称配料系统。采用散装水泥拌和的生产系统，生产能力为150m3/台班以上。
2、供电
在两洞口附近各布置一台315KVA变压器，并各配置了一座配电房，给洞外、洞内提供380V动力电。
三、开挖方案及方法
1、方案选择
总体上采用了“先开挖后模筑混凝土”的施工程序。这有利于发挥先进设备的作用，减小开挖与模筑在小断面隧洞施工中的相互干扰。在#2隧洞出口工作面，采用了多臂钻钻孔、小型反铲装渣、汽车运输的施工方案。#3隧洞进口由于洞口近100m的地质不良，采用了手风钻钻孔、小型反铲装渣、汽车运输的施工方案。
隧洞开挖均采用全断面钻爆法施工，周边采用光面爆破。
2、#2隧洞口工区
①地质条件
#2隧洞穿越中上侏罗统高基坪第二亚群火山岩，岩性为酸—中性浅成霏细斑岩，主要由石英、云母、角闪石和辉石组成，石质致密坚硬、呈块状砌体结构。Ⅱ、Ⅲ类围岩占总洞长的96.6%，地质条件较好，围岩自稳能力较强，有利于隧洞开挖施工。#2隧洞出口段，主要节理和裂隙的走向在80°～150°之间，隧洞轴线方位角215°，即大部分节理和裂隙的走向与洞轴垂直或大角度相交。主要节理的倾角在80°～90°之间，地下水情况良好，仅部分洞段有少量涌水、滴水，对施工没有造成什么影响。
②施工方法
#2隧洞出口采用传统的钻爆法施工，除洞口段近40m洞长采用上、下半洞的台阶开挖外，其余全部采用全断面开挖。工艺流程如下：
测量放样→台车钻孔→装药起爆→通风排烟→安全处理→出渣（→喷锚支护）
③工序说明
钻孔：采用三臂钻钻孔，孔径46mm，孔深度3.8m，循环进尺3.0～3.8m，采用单个或两个75mm大空孔的直眼掏槽方式；周边孔孔距40～50cm，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。爆破：采用塑料导爆管的非电赶快爆网络，实施微差爆破。周边孔采用间隔装药结构，不耦合系数1.9左右。通风排烟：采用2×37.5KW鼓风机，吸出单向排烟。喷锚支护：采用手持式喷混凝土机喷混凝土，锚杆施工采用手风钻钻孔、注浆机注浆，“先灌后插”，人工插锚杆。
3、#3隧洞进口
①地质条件
#3隧洞进口洞位于一山坡坡脚的小冲沟中，植被茂盛，地下水出露，且终年不断水。明挖时，土呈泥浆状，边坡难以形成。其余隧洞段围岩土体松散，且有孤石，根本没有自稳能力，掌子面极易失稳，并且无法集中排水。
②施工要点
ａ.超前支护，分断面开挖，减少围岩一次性暴露面，必须及时进行喷锚支护。
ｂ.开挖成洞后，模筑混凝土紧跟。
ｃ.加强收敛量测，校核一次支护。
③施工方法采用长台阶法，分上、下半洞开挖，而且上半洞超前下半洞20～30m。
ａ.上半洞开挖。工艺流程：测量放样→超前锚杆施工→上半洞分部位开挖及一次支护→安装钢拱架→径向锚杆施工→喷混凝土→挂钢筋网、复喷混凝土。上半洞采取锄头、铁锹进行人工开挖，手推斗车出渣至洞外的方法进行。开挖过程中，将隧洞上半断面分成几块来开挖，每挖一块至规格后，就挂网喷混凝土对开挖面进行封闭。对于小孤石，采用风钻打孔强行尖破，保留规格外部分。锚杆施工采用手风钻钻孔，人工插锚杆，手持式喷混凝土机喷混凝土，人工安装钢拱架。
ｂ.下半洞开挖。工艺流程：测量放样→下半洞两侧分部位开挖及一次支护→安装钢拱架腿→径向锚杆施工→喷混凝土→挂钢筋网、复喷混凝土。下半洞开挖的程序是，先人工开挖支护断面两侧部分，安装拱架腿，再次喷锚支护后，挖除断面中间部分。下半部开挖前，先在半拱拱架脚处，焊接安装4～5英寸钢管的对撑，下部开挖后，围岩暴露面加大，侧压力带来的两侧墙内收敛变形量得到了有效的控制，确保了隧洞的安全。下半洞采用0.3m3小反铲开挖中间部分土方、代修边墙规格的方法，采取分层开挖，分层一次支护的方案。根据围岩情况，挖一层锚喷支护一层。岩渣用轮式装载机运至洞外。
④一次支护参数钢拱架采用16cm工字钢弯制，排距0.8～1.0m；超前锚杆采用32钢筋，L＝4～6m，环向间跨为10～15cm；夹拱架径向锚杆采用了20、25和32的钢筋，L＝3～4M；拱架间亦用相同锚杆连接；钢筋拱架与拱架之间用25或18钢筋焊接连接，环向为15～25cm；钢筋网采用6钢筋，环向布置，间距10cm，绑扎于连接钢筋的外侧。喷混凝土厚度15～30cm。上半拱拱架脚用工字钢（16～20cm）平放作拱架底梁（每榀拱架的底梁均前后相互焊接连接起来，使其联合受力），底梁下面加打32钢筋，L＝3～4m的水平向和竖向锚杆，焊成底梁承架，防止拱脚下沉，加大拱架的承载力。四、模筑混凝土施工隧洞衬砌绝大部分为素混凝土，浇筑完底板混凝土后，再进行边顶混凝土的浇筑。底板混凝土采用60m3混凝土拌和车直接将混凝土运输入仓的方法。边顶混凝土的施工，采用长度为12m的螺杆调节钢模台车，60m3混凝土搅拌车运输混凝土进洞，用混凝土泵将混凝土压入仓内。其工艺流程如下：基础面清洗→辅轨道、安装止水条→台车就位（模板面处理）→台车支模就位、固定（测量复核）→安装封头模板→浇筑混凝土→养护→脱模、台车移位。
五、施工管理措施
1、坚持以技术管理为龙头，实现全过程控制。
2、严格执行“三检制”，突出工序转换权。
3、加强现场管理，坚持每周的现场生产例会，严格墙报施工记录。
4、规范化资料管理，推广应用计算机技术。