晉江某供水工程砌田隧洞工程施工與質(zhì)量控制

砌田隧洞工程施工與質(zhì)量控制xx分局xxx摘要：xxx供水一期工程砌田隧洞工程由三段石洞與兩段土洞組成。石洞段的設(shè)計(jì)施工以新奧法為基礎(chǔ)，采用全斷面開(kāi)挖光面爆破掘進(jìn)。初期支護(hù)以噴射混凝土為主，在不良地質(zhì)段采用鋼筋網(wǎng)錨噴、鋼筋拱架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)。二次支護(hù)為模筑鋼筋混凝土襯砌后進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿。馬蹄型土洞則采用傳統(tǒng)的礦山法施工工藝，臺(tái)階法分上下斷面開(kāi)挖施工，使用木結(jié)構(gòu)作臨時(shí)支撐，設(shè)計(jì)使用條石、砼預(yù)制塊整體式襯砌。關(guān)鍵詞：隧洞工程、新奧法、光面爆破、傳統(tǒng)礦山法、噴射混凝土、管棚法1工程概況砌田隧洞工程分五段構(gòu)成，其中1#、2#、3#隧洞為石洞總長(zhǎng)908m，4#、5#隧洞為土洞總長(zhǎng)400m。銜接順序?yàn)椋?#洞位于2#、3#石洞之間，5#土洞接3#石洞。石洞為城門(mén)型，毛洞斷面積為14.98m2，鋼筋混凝土襯砌后斷面積為lO.28m2，土洞呈馬蹄型，開(kāi)挖后斷面積為14．7m2，襯砌后凈面積為9．1m2。2地質(zhì)概況石洞段巖體多為變粒巖，硬度大，埋深小，圍巖風(fēng)化程度高構(gòu)造裂隙比較發(fā)育，總體上較破碎。因此，開(kāi)挖難度大(其中2#石洞，距土石分界線(xiàn)僅5．5m)，三段石洞的有關(guān)特性見(jiàn)下表。土洞則處于土石界部位，4#洞少部分為砂質(zhì)粉質(zhì)粘土，約73％為全強(qiáng)化帶，局部洞底已伸入弱風(fēng)化帶，5#洞除洞口有少量全風(fēng)化層和砂質(zhì)粉質(zhì)粘土層外，其余均屬?gòu)?qiáng)風(fēng)化帶。隧洞洞體均處于地下水位線(xiàn)以下。砌田巖石隧洞特性匯總表段

別1#洞2#洞3洞#長(zhǎng)

度(m))323285300埋

深(m))8.5~—42..57.5—18.OO12.5—18..5開(kāi)挖深度(m)28.12—288.O27—89--27.77227.66----27.5ll地下水位(m)35.7—70..533—4340—45.5

jj圍巖類(lèi)別Ⅱ一VⅢ一Ⅳ，距土石分界最多僅5.5mⅢ一V，距土石分界線(xiàn)最多僅17m巖

性閃長(zhǎng)玢巖閃長(zhǎng)玢巖花崗巖3石洞施工本工程石洞采用新奧法施工，即鉆爆開(kāi)挖后充分利用圍巖產(chǎn)生變形的時(shí)間效應(yīng)及自持承載力，適時(shí)予以錨噴支護(hù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)變形觀(guān)測(cè)，控制圍巖變形，充分發(fā)揮圍巖自承力達(dá)到洞室穩(wěn)定的施工方法。3.1石洞開(kāi)挖由于本工程石洞斷面不大、工期較緊，為獲得較大的作業(yè)空間以便于開(kāi)挖出碴，采用全斷面法鉆爆開(kāi)挖掘進(jìn)，開(kāi)挖與襯砌流水作業(yè)。鉆孔(1)機(jī)具配置本工程選用YT27型氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔。在一般中硬巖石中使用一字形片狀連續(xù)刃鉆頭，高硬度與節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石中則使用十字形片狀連續(xù)刃鉆頭。(2)鉆孔布置及參數(shù)設(shè)計(jì)本工程斷面布孔基本型式如圖1所示，鉆孔基本參數(shù)如下表所示，施工中隨圍巖石的堅(jiān)硬程度，完整性及構(gòu)造情況變化而略有調(diào)整變化。鉆孔參數(shù)表鉆機(jī)孔徑孔深斷面布孔數(shù)量(個(gè)個(gè))孔

距(cmm)最小抵抗線(xiàn)(cmm)型號(hào)總數(shù)掏槽輔助周邊輔助周邊輔助周邊

YT27

41mm

2.2mm

5l

5

23

2l

73一118

53—58

48—70

58—65(3)鉆孔施工鉆孔一律打水平孔，在掌子面上安排三臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)工作。鉆孔前應(yīng)檢查掌子面清理浮石，確認(rèn)有無(wú)殘留炸藥并采取回收措施，檢查前二次爆破效果，以便確定改進(jìn)措施。裝藥和起爆(1)火工品的選用炸藥使用直徑32mm藥卷，以硝胺為主，局部有水地帶使用乳化炸藥，雷管使用以毫秒微差電雷管為主，l—12段光爆孔采用導(dǎo)爆索。(2)裝藥起爆裝藥由人工完成，堵塞物采用炸藥包裝紙。裝藥前逐孔檢查所有鉆孔是否有坍孔，并檢查掌子面有無(wú)因鉆孔時(shí)產(chǎn)生的浮石，仔細(xì)加以排除。掏槽孔和輔助孔均連續(xù)裝藥，集中藥包；光面爆破周邊孔要間隔裝藥。掏槽孔和輔助孔采用電雷管爆破，需用規(guī)定的儀器檢查確認(rèn)雜散電流，漏電等強(qiáng)度在安全范圍內(nèi)。爆破參數(shù)如下表所示，斷面內(nèi)各孔裝置雷管的段數(shù)分布情況如圖1爆破參數(shù)表炸藥類(lèi)型藥卷直徑單耗q(kg／m3)循環(huán)裝藥量單孔裝藥量(kg)堵塞情況掏槽孔輔助孔周邊孔堵塞物長(zhǎng)度(cm)乳化和硝胺32mm1.4l0.851.81.65O．53包裝紙和

黃泥泥條40---60裝碴、運(yùn)輸l#、2#洞出碴由輪胎走行鏟斗式裝碴機(jī)裝車(chē)，后用農(nóng)用自卸車(chē)運(yùn)輸。3#洞由人工裝碴斗車(chē)水平運(yùn)輸，經(jīng)豎井由卷?yè)P(yáng)機(jī)提升出碴。質(zhì)量控制(1)軸線(xiàn)控制軸線(xiàn)控制要求貫通誤差在15em以?xún)?nèi)，洞體中間不能出現(xiàn)“S"形彎曲。施工中，在洞的底板每隔20m布設(shè)一個(gè)固定點(diǎn)。(2)成型控制a、周邊孔布孔位置要準(zhǔn)確，特別是拱頂和腰部孔的位置不能有偏差。b、鉆孔角度要控制準(zhǔn)確，周邊孔要由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作手專(zhuān)人打設(shè)。c、光面爆破要求圍巖不能產(chǎn)生爆破裂隙，并要求光爆殘留孔率達(dá)到70％，且相鄰兩臺(tái)炮的銜接臺(tái)階高度不大于15cm。d、對(duì)于破碎地段，鉆孔應(yīng)在斷面布孔基本型式圖基礎(chǔ)上加密布孔，特別要加密周邊孔。e、光面爆破要采用間隔裝藥，并且不耦合數(shù)至少不低于1.6。3.2初期支護(hù)本工程的初期支護(hù)以噴射混凝為主，在不良地質(zhì)段采用了鋼筋網(wǎng)噴射混凝土與錨桿或鋼拱架聯(lián)合支護(hù)噴射混凝土噴射混凝土具有強(qiáng)度增長(zhǎng)快、粘結(jié)力強(qiáng)、密度大、抗?jié)B性好的特點(diǎn)，能較好的填充巖塊間的裂隙的凹穴，增加圍巖整體性，并與圍巖共同工作，發(fā)揮承載作用，為本工程主要初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。(1)噴射工藝流程圖(2)噴射混凝土施工要點(diǎn)與質(zhì)量控制a、噴射時(shí)應(yīng)分段、分部、分塊并嚴(yán)格按先墻后拱，先下后上的順序進(jìn)行，以減少混凝土因重力作用而滑動(dòng)脫落現(xiàn)象發(fā)生。b、噴射時(shí)噴射移動(dòng)采用S形往返移動(dòng)前進(jìn)。c、噴射時(shí)噴嘴要盡量垂直于受?chē)娒?，傾斜度不大于10°，距離在O.8～1.2m間。d、噴射混凝土較厚處應(yīng)分層噴射，分層噴射要在初噴的混凝土終凝后進(jìn)行復(fù)噴。e、噴射前應(yīng)對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行檢查，如存在浮石、欠挖應(yīng)予以清除，并用高壓氣清除巖面浮塵土。f、噴射前要埋設(shè)噴層厚度檢查標(biāo)樁。g、當(dāng)噴射混凝土表面有干斑、裂縫、脫落、滲水等情況應(yīng)鑿除修補(bǔ)。鋼筋網(wǎng)錨噴混凝土當(dāng)?shù)刭|(zhì)為軟弱破碎圍巖時(shí)本工程施工中采用的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。(1)砂漿錨桿施工要點(diǎn)與質(zhì)量控制a、鉆孔直徑要比桿徑大15mm，孔位偏差不大于±lOcm，孔深允許偏差為±1cm。b、鉆孔方向盡量與巖層主結(jié)構(gòu)面垂直，鉆孔后必須用高壓水將孔沖洗干凈，再用高壓氣將水吹出。c、錨桿桿身必須調(diào)直且無(wú)缺損、油污、鐵銹。d、粘結(jié)砂漿應(yīng)拌和均勻，并調(diào)整其和易性，隨拌隨用。e、采用先注漿后插桿體法施工。注漿管插到孔底后開(kāi)始注漿，注漿時(shí)徐徐將注漿管往外抽出，注漿體積略多于需要體積后抽出注漿管迅速插入桿體，其在孔內(nèi)長(zhǎng)度不得低于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95％。(2)鋼筋網(wǎng)施工要點(diǎn)a、鋼筋網(wǎng)先加工成lOOcm×lOOcm網(wǎng)片，以便掛網(wǎng)安裝。b、鋼筋網(wǎng)應(yīng)根據(jù)被支護(hù)圍巖面的實(shí)際起伏形狀，在噴射一層混凝土后再行鋪設(shè)，其保護(hù)層厚度不小于3cm。c、鋼筋網(wǎng)要與錨桿連結(jié)牢固，并盡可能多點(diǎn)連接，以減少?lài)娚浠炷習(xí)r使鋼筋發(fā)生“弦振”。鋼拱架支撐遇圍巖為軟弱破碎嚴(yán)重的Ⅲ類(lèi)軟巖時(shí)，圍巖自穩(wěn)性極差。本工程施工中采用格柵鋼架與鋼筋網(wǎng)錨噴混凝土相結(jié)合構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)，以增強(qiáng)初期支護(hù)剛度，阻止圍巖過(guò)度變形。鋼拱架施工與質(zhì)量控制(1)格柵鋼架采用鋼筋現(xiàn)場(chǎng)加工制作，在初噴射4cm厚混凝土后架設(shè)。(2)鋼拱架設(shè)在隧洞橫向豎直平面內(nèi)，其垂直度允許偏差為±2°。(3)鋼拱的拱腳應(yīng)埋置一定深度并墊塊石以保證其穩(wěn)固。(4)鋼架應(yīng)盡可能與錨桿及鋼筋網(wǎng)焊接以增強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)效應(yīng)。(5)噴射混凝土?xí)r，要將鋼架與巖面之間的間隙噴射密實(shí)，并將鋼筋網(wǎng)與鋼架包裹密實(shí)。3.3鋼筋混凝土襯砌本工程二次支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌，并進(jìn)行回填、固結(jié)灌漿處理。施工時(shí)分部(底板、側(cè)墻、拱項(xiàng))、分塊(邊墻、頂拱每20m一段，底板除設(shè)計(jì)施工縫外50m一段)進(jìn)行施工。工序安排開(kāi)挖驗(yàn)收→底板澆筑→墻、拱頂鋼筋安裝→墻、拱混凝土澆筑施工工藝與質(zhì)量控制(1)墻、拱模制安材料選用：側(cè)墻采用膠合板，拱部采用木模板，模板拉條采用￠10圓鋼。邊墻和頂拱的模板安裝形式如圖2：(2)混凝土澆筑。底板混凝土由人工澆筑，側(cè)墻、頂拱混凝土采用風(fēng)動(dòng)泵輸送灌筑。a、底板混凝土施工前，先用風(fēng)鎬松動(dòng)并清除浮碴，在超挖較多處用漿砌片石回填。b、風(fēng)動(dòng)泵灌筑時(shí)，粗骨料最大粒徑不得超過(guò)管徑l／3，坍落度挖制在15cm左右。c、邊墻、拱腳部分的混凝土振搗利用作業(yè)窗插入振搗器搗實(shí)，拱頂部分用振搗器振打模板內(nèi)表面。(3)襯砌背后灌漿a、灌漿先回填后固結(jié)，混凝土澆筑時(shí)預(yù)埋回填灌漿管。固結(jié)灌漿孔在混凝土澆筑達(dá)到齡期后方進(jìn)行鉆孔。b、固結(jié)灌漿初壓力為O．4MPa，加壓時(shí)壓力為O．8MPa，要在灌漿孔間鉆檢查孔檢查灌漿質(zhì)量。3．4塌方預(yù)防與處理在隧洞穿過(guò)斷層及其破碎帶或圍巖節(jié)理密集帶，開(kāi)挖后潛在應(yīng)力釋放，圍巖失穩(wěn)，易引起坍方；在軟弱結(jié)構(gòu)發(fā)育與泥質(zhì)充填物過(guò)多地段開(kāi)挖極易產(chǎn)生較大坍方。因地質(zhì)資料不詳施工中因?qū)Σ涣嫉刭|(zhì)情況缺乏充分的了解、分析未能及時(shí)調(diào)整施工方案是造成坍方的主要原因。塌方預(yù)防措施(1)選擇安全合理的施工方法、措施是關(guān)鍵，在不良地質(zhì)段施工應(yīng)采取“短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌"的原則施工。(2)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，及時(shí)采取防患措施。(3)對(duì)軟弱破碎嚴(yán)重的圍巖，采取必要的超前支護(hù)措施。(本工程采用了超前小導(dǎo)管注漿法)具體做法如下：將￠32mm的焊接鋼管，前端做成錐形，前段管壁每隔15cm交替鉆8mm的眼孔。在開(kāi)挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射5cm厚的混凝土封閉后，沿開(kāi)挖外輪廊線(xiàn)以小角度(約15°)鉆孔，插入鋼管后灌注l：l的單液水泥漿(加速凝劑)，注漿壓力控制在O．8MPa左右，灌注時(shí)在孔口壓力達(dá)到壓力值后停止注漿。塌方處理本工程在1#石洞的軟弱破碎圍巖段開(kāi)挖中曾發(fā)生較大的塌方，后采用了管柵支護(hù)并注漿固結(jié)穩(wěn)固圍巖及碴體的方法。具體做法：先用混凝封閉掌子面，打排水孔排水，安裝穩(wěn)固花鋼拱架后，穿過(guò)花鋼拱架以較小的角度(約15~左右)沿開(kāi)挖輪廊線(xiàn)鉆孔，再插入長(zhǎng)4m、￠45mm花鋼管，形成管柵后用注漿泵注入單液水泥漿以固結(jié)圍巖和部分碴體，穩(wěn)定后再開(kāi)挖。4土洞施工本工程的土洞段采用傳統(tǒng)的礦山法施工。全斷面以腰梁為界分為上下導(dǎo)洞，兩次開(kāi)挖成型，上導(dǎo)洞先施工，下導(dǎo)洞后施工。每個(gè)施工段長(zhǎng)度依據(jù)土質(zhì)情況而定；對(duì)于土質(zhì)好的地段，8一l0m；一段地段為6-8m；對(duì)于地質(zhì)軟弱的地質(zhì)減少至4—6m；搶險(xiǎn)段為2m左右。4.1土洞施工工序流程上導(dǎo)洞掘進(jìn)→腰梁澆筑→上拱部砌筑→下導(dǎo)洞掘進(jìn)砌筑→下一循環(huán)4.2土洞開(kāi)挖掘進(jìn)方式本工程土洞掘進(jìn)方式按巖土特性分別采用以下方式施工：(1)砂質(zhì)粉質(zhì)粘土層由人工鎬挖；(2)全、強(qiáng)風(fēng)化帶由人工搞挖，必要時(shí)先進(jìn)行松動(dòng)爆破；(3)對(duì)于土石混合部分，則挖除局部土方后再松動(dòng)爆破，以減輕爆破振動(dòng)對(duì)巖土穩(wěn)定性的破壞。均為3段l、3…表示毫秒電雷管的段數(shù)圖1鉆孔布置基本形式及雷管起爆順序布置圖上導(dǎo)洞掘進(jìn)上導(dǎo)洞掘進(jìn)的施工難度大、強(qiáng)度高。對(duì)于土質(zhì)好、地下水少的地段，上導(dǎo)洞可全斷面掘進(jìn)；對(duì)于土質(zhì)差、地下水豐富的地段，上導(dǎo)洞要再分小導(dǎo)洞以分區(qū)掘進(jìn)，然后向兩邊擴(kuò)大，遇軟塑土層，中間要留臺(tái)階，以穩(wěn)定工作面。下導(dǎo)洞掘進(jìn)下導(dǎo)洞掘進(jìn)在完成上導(dǎo)洞襯砌之后進(jìn)行，且至少應(yīng)在混凝土腰梁澆筑后24小時(shí)，避免腰梁發(fā)生裂縫、下垂，影響施工質(zhì)量。下導(dǎo)洞一次掘進(jìn)長(zhǎng)度一般為l一2.3m，邊挖邊砌。開(kāi)挖下拱側(cè)壁時(shí)，松軟土層要用樁柱頂托腰梁，以減少懸空長(zhǎng)度，避免不均勻沉陷。對(duì)于稀爛地帶，鋼桁架由三片組成，螺栓連接圖2墻拱模板安裝型式示意圖圖3臨時(shí)支撐架布置型式圖側(cè)壁要用板樁封閉，以防溜塌。臨時(shí)支撐上導(dǎo)洞掘進(jìn)成型后，要隨即安裝臨時(shí)支撐架，即：短挖短撐。臨時(shí)支撐架采用15cmx15cm松方木拼接，便于搬運(yùn)、安裝和拆除，其型式如圖3。臨時(shí)支撐架的安裝間距要視地質(zhì)情況而定；一般為80cm；對(duì)于土質(zhì)差的地段，要加密至40---50cm。臨時(shí)支撐架施工要點(diǎn)：a、支架要牢固可靠，方木要平口對(duì)接，不能留有縫隙，接點(diǎn)的雙側(cè)均用鉤釘加固，以防止脫落。b、支架以外要用方木、板塊墊滿(mǎn)．并用木楔塞緊，以限制周?chē)馏w的變形空間；e、支架腳要先填l0cm厚砂層，并鋪一層墊板，以防止架腳集中受力而下沉；d、底腳還要預(yù)留lcm左右的沉陷量；e、支架安裝要準(zhǔn)確、平直，不能歪斜，縱向軸線(xiàn)偏差和高程的誤差均不可大于5cm，兩側(cè)末節(jié)斜柱的傾角要一致。4.3土洞襯砌施工本工程土洞襯砌由腰梁、上半拱和下半拱三部分組成腰梁施工本工程的腰梁均為200#鋼筋混凝土，斷面40cm×40cm。掘進(jìn)一個(gè)施工段后，兩側(cè)的腰梁一次性澆筑。為了縮短凝固時(shí)間，混凝土摻入2％早強(qiáng)減水劑(FDN)，這樣8小時(shí)后可砌筑拱圈。拱架及模板拱架采用鋼制作，根據(jù)下半拱施工交通的需要，拱架不設(shè)下弦桿。拱架安裝間距為100cm。拱架控制砌體的成型，安裝要準(zhǔn)確，高程要用水準(zhǔn)控制。模板采用松木板，4cm×lOcm×lOOcm。上拱圈砌筑(1)施工步驟：安裝砌筑拱架，拆除臨時(shí)支撐架，鋪模板，鋪砂漿，砌條石。(2)材料選用：砌筑拱石為18cm×33cm條石，單粒拱石長(zhǎng)度：大部分為lOOcm，拱頂個(gè)別為30--50cm；(3)施工要求①砌筑從外(接口)向里逐漸推進(jìn)，每一道長(zhǎng)度為lOOcm左右，即一榀拱架。每道砌筑均從兩側(cè)底腳開(kāi)始，平衡上升。②砌筑前要先鋪砂漿3cm，坐漿砌筑。③拱石砌筑要錯(cuò)縫，灰縫寬度為2—2.5cm，外側(cè)口縫要用小片石塞緊，灰縫填灌砂漿要飽滿(mǎn)。④條石拱圈以外的空洞用漿砌片石回填。(4)下拱圈砌筑下拱圈挖一段砌一段，每段長(zhǎng)度為1—2.3m。砌筑前要先鋪砂墊層，使地下水能夠從砂層外排到集水井。由于砌筑與挖土交替進(jìn)行，段與段間的交接處已砌好的條石容易粘污泥土，要特別注意清洗干凈，以保證接口質(zhì)量。5豎井設(shè)計(jì)施工本工程在4#土洞與5#土洞中各布設(shè)一口豎井，作為輔助施工坑道，以增加施工工作面和改善施工通風(fēng)條件。5.1豎井設(shè)計(jì)豎井平面尺寸為3.Om×4.5m，深度至洞底開(kāi)挖高程。豎井結(jié)構(gòu)型式如圖4。圖4豎井設(shè)計(jì)5.2豎井施工工豎井開(kāi)挖豎井開(kāi)挖前，先在在中心位置用用沖擊錐打一一個(gè)直徑900cm的機(jī)井井。機(jī)井安裝裝預(yù)制混凝土土井環(huán)，井底底比洞底低22m，成井后后用潛水泵抽抽水，使井壁壁周?chē)目紫断端饾u排出出，迫降地下下水位至洞底底附近。豎井開(kāi)挖采用人工工挖方，土方方用卷?yè)P(yáng)機(jī)起起吊，棄土要要遠(yuǎn)離井邊。分分層開(kāi)挖，每每層挖深l—1.5m，先先在中心位置置挖小井(約80cm×80cm)，用潛水泵泵排水稍干后后再進(jìn)行正常常的開(kāi)挖。開(kāi)挖的井壁不可暴暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)，邊開(kāi)挖邊邊安裝井架。開(kāi)開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)發(fā)生井壁坍，則則用鋼管打入入井壁，隔開(kāi)開(kāi)滑動(dòng)體。5.5.2升降機(jī)機(jī)