某输水隧洞10号施工支洞设计与施工

宋昊

摘 要：施工支洞的选型、结构稳定性、施工进度等直接影响主体工程的安全及进度，在不同围岩强度及类型情况下的支护型式、衬砌厚度、特殊段处理应根据具体情况进行调整。输水总干线工程由隧洞、PCCP管、预应力涵等结构型式组成，隧洞编号1至10根据输水工程10号施工支洞的基本情况，对支洞进入不同地质条件下的支护、衬砌型式及施工方法进行阐述与分析，以期完善施工支洞的设计及施工方法。

关键词：施工支洞 设计 施工

中图分类号：TV672 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（c）-0043-02

1 工程概况

吉林省中部城市引松供水工程从丰满水库取水，供水范围为长春市、四平市、辽源市及所属的多个地区等。工程主要由输水总干线、分水枢纽和输水支线等组成。

输水总干线工程由隧洞、PCCP管、预应力涵等结构型式组成，隧洞编号1至10，其中10号隧洞桩号为总干线99+703～109+565.79m，10号施工支洞（以下简称支洞）与10号隧洞中心线交点桩号为总干线107+775m。支洞与10号隧洞水平夹角37°，支洞水平投影长度549m，支洞进口底高程258.00m，支洞与主洞交点成洞底高程218.08m。

2 支洞地质条件

支洞口地貌为丘陵，地势平缓，地形坡度5°，植被较发育，洞口位于缓坡上。支洞口表层为粘性土含少量碎块石，黑褐～黄褐色，稍湿，稍密，碎块石占15%～20%，块径大小混杂，一般5～10cm，棱角状，基岩为燕山早期花岗岩，中粗粒结构，块状构造，坚硬。支洞洞身段围岩分为土洞段、II类围岩（微风化）、Ⅲ类围岩（弱风化），IV类围岩（弱风化），V类围岩（强风化）。

3 支洞设计

3.1 支洞洞脸设计

洞脸开挖边坡为1∶1.5，为了洞脸边坡稳定及施工安全，洞脸采用混凝土拱圈（混凝土明洞）锁口。明洞段两侧与开挖边坡之间采用浆砌石砌筑。洞脸边坡采用挂网喷混凝土砂浆锚杆支护。锚杆为φ22，L=2.5m，间距2.5m，挂φ8@200×200钢筋网，喷C20混凝土，厚10cm。在洞脸仰坡设排水孔，孔深0.5m，间排距2m，排水孔采用φ50PVC管，并将排水孔伸到浆砌石挡墙外。

3.2 支洞洞身设计

通过综合比较，确定支洞纵坡为8.5%。纵坡水平长度每150m设一水平段，水平段长20m。主、支洞交叉处设置20m长缓台。施工支洞断面采用城门洞型，支洞断面净尺寸为5.1m×5.1m（宽×高）。

支洞土洞段顶拱采用管棚加固，管棚环向间距30cm，排距2.5m，管棚采用φ42无缝钢管，管壁厚3.5mm，L=4m，钢管与洞壁倾角5°。采用I16钢拱架临时支护，钢拱架外挂φ8@200×200钢筋网。拱架之间设纵向连接筋，直径为22mm，钢筋采用HRB400钢筋，连接筋布置在工字型内圈侧，单排环向间距1.0m。钢拱架间距为0.5m。每榀拱架安装后喷射c20砼，跟进砼（C25F200W4）二次衬砌。

支洞V类围岩段采用钢筋格栅挂φ8@200×200钢筋网，喷C20混凝土支护，支护厚度30cm，格栅间距为0.5m，格栅由2半顶拱、2边侧壁共计4部分组成。采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度20cm。每榀格栅安装后喷射c20砼，跟进砼（C25F200W4）二次衬砌。

V类围岩段如局部围岩松散无法成洞，顶拱160°增设超前锚杆，超前锚杆采用水泥砂浆锚杆，φ25螺纹钢，长4m，锚杆入岩长度3.9m，岩面外裸露0.1m，尾部与拱架焊接，锚杆与洞轴线倾角5°，超前锚杆环向间距30cm，排距2.5m。

支洞IV类围岩段采用钢筋格栅挂φ8@200×200钢筋网，喷C20混凝土支护，支护厚度20cm，格栅间距为0.8m，格栅由2半顶拱、2边侧壁共计4部分组成。采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度30cm。每榀格栅安装后喷射c20砼，跟进砼（C25F200W4）二次衬砌。

支洞Ⅲ类围岩段顶拱挂φ8@200×200钢筋网，喷C20混凝土12cm，顶拱局部打φ22随机锚杆，锚杆长2.5m。

支洞Ⅱ类围岩段喷C20混凝土10cm，顶拱局部打φ22随机锚杆，锚杆长2m。

4 支洞施工

4.1 支洞洞口施工

（1）洞口覆盖层清除。液压挖掘机开挖范围外，洞口高处的土方采用人工开挖，人工清理。支洞口周围低处覆盖层、全风化层清除，采用2m3液压挖掘机开挖。2m3挖掘机配15t自卸汽车运输。

（2）洞口石方开挖。洞口开挖过程中，局部残留的岩体需要爆破时，采用预裂爆破，当开挖进入设计坡面线1m范围时，改用人工修坡。石方开挖采用风钻钻孔爆破，人工辅助撬挖，人工清理工作面，2m3装载机配15t自卸汽车运输。

（3）洞脸锚喷支护。混凝土初喷前搭设脚手架平台，对喷射作业区各种松动岩块、岩粉、岩渣等进行清理和冲洗，采用0.8m3混凝土搅拌机拌和混凝土，喷射混凝土采用4～5m3混凝土喷射机。初喷后紧接着进行砂浆锚杆施工，锚杆采用人工风钻钻孔，人工挂网安装砂浆锚杆。

4.2 支洞洞身段施工

（1）支洞石方开挖。采用新奥法（NATM）光面爆破施工。选择全断面开挖方式，Ⅱ、Ⅲ类围岩循环进尺为3.5m。Ⅳ、Ⅴ类围岩循环进尺为1.0m。开挖采用三臂液压凿岩台车钻孔，全断面开挖，人工平台车装药爆破，采用配有耐磨轮胎和废气净化装置的2m3轮胎式装载机装15t环保型自卸汽车运输。

（2）一次支护。锚杆钻孔采用三臂液压凿岩台车钻孔，局部采用汽腿式风钻配合，采用快硬水泥卷锚杆，人工安装锚杆并挂网。喷射混凝土采用0.8m3混凝土搅拌机拌和混凝土，采用6～10m3/h混凝土喷射机喷射混凝土。

（3）二次衬砌。二次衬砌模板采用针梁钢模台车，混凝土拌制采用0.8m3混凝土搅拌機，自卸汽车运输混凝土，混凝土输送泵泵送混凝土入仓，插入式振捣器振捣混凝土。

4.3 特殊段施工

（1）涌水问题。针对钻爆法施工可能发生的局部涌水问题，先做好超前地质预报，再根据实际情况采取适当的措施。对涌水量较小的洞段，在拱顶部位打一定数量的超前钻孔作为排水减压孔，根据估算的涌水量选择水泵，将水集中引出洞外。对涌水量较大的突发涌水洞段，采用引堵结合的办法处理，采用导管引流，治分散为集中，用排水管集中引水，然后再喷射混凝土。即围岩出现淋水应首先根据地质情况，在穿越透水层部位布置一定数量的排水孔，用长40～70cm，直径20～25mm的钢管插入排水孔内，插入深度为30～60cm，钢管与岩壁间的空隙用棉纱封紧，再用1∶1加速凝剂的水泥砂浆堵在棉纱外部，以迫使地下水沿钢管排出。

（2）围岩稳定问题。为防止隧洞在施工开挖工程中出现塌方，对围岩破碎地段采用超前小导管注浆的措施。对V类围岩节理裂隙密集等地段，沿开挖外轮廓线，以10°～30°角度，打入管壁带孔的小导管，并以一定压力向管内压注浆液的施工措施。小导管采用φ32热轧无缝钢管，长度4.5m。小导管排间距为500m，行间距为500m 。对Ⅳ类围岩节理裂隙密集等地段，沿隧洞纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜5°～30°，打入砂浆锚杆。砂浆锚杆直径选用φ22，锚杆长度2.5m，排间距为1000m，行间距为1000m 。

5 结语

施工支洞的选型、结构稳定性、施工进度等直接影响主体工程的安全及进度，在不同围岩强度及类型情况下的支护型式、衬砌厚度、特殊段处理应根据具体情况进行调整。支洞施工应短进尺，合理调整临时支护型式及参数，采用格栅拱架或钢拱架支护时，可根据排距及顶拱的整体处理方式取消系统锚杆，仅对特殊地质段进行加强支护。

参考文献

[1] 水利水电工程施工组织设计手册[S].中国水利水电出版社，2009.

[2] 刘建国.富水复杂地质浅埋暗挖隧洞修建技术[M].人民交通出版社，2012.