第八章-引水隧洞施工辅助洞室土建工程施工

第八章引水隧洞施工辅助洞室土建工程施工8.1概述8.1.1工程概况1、施工横通道规划布置西端1＃、2＃引水隧洞在布置上为两个相对独立的单元，隧洞单洞洞线较长，施工难度较大。为保证引水隧洞施工的顺利进行，各隧洞开挖期间出渣通道畅通、施工期排水、通风以及混凝土施工通道畅通，将两条相对独立的隧洞联系为一个有机的整体进行统一的综合施工组织规划，并根据西端1＃、2＃引水隧洞的布置特性及施工特性，进行了施工横通道的规划设计布置。西端1＃、2＃引水隧洞平面上两洞平行布置，隧洞轴线间距离60m。施工横通道的布置，从西引1＃施工支洞与1＃、2＃引水隧洞相交处沿洞轴线下游方向，原则上按500m的间距进行布置。施工横通道垂直引水隧洞轴线横向连接两条隧洞，两端底板高程与相交处各引水隧洞底板开挖高程相同为8m×7m城门洞型断面。施工横通道布置位置及长度见下表8-1，详细的布置位置及断面形式详见图8-1、8-2。表8-1西端1＃、2＃引水隧洞施工横通道特性表横通道编号布置桩号长度断面尺寸纵坡备注1＃横通道引（1）1+05047.0m8m×7m0％2＃横通道引（1）1+55047.0m8m×7m0％3＃横通道引（1）2+05047.0m8m×7m0％4＃横通道引（1）2+49047.0m8m×7m0％施工横通道暂按西端1＃引水隧洞的暂定分标桩号进行布置，共布置4条。实际施工过程中，根据1＃引水隧洞的开挖长度和施工需求，按上述布置原则进行增加布置。2、横向排水洞规划布置根据招标文件，西端1＃、2＃引水隧洞开挖施工过程中，将遇到大流量的地下涌水。为利于排水布置，及时将地下涌水排除，确保隧洞开挖安全施工，拟按如下原则进行引水隧洞横向排水洞布置。施工排水洞开挖底高程低于同一垂直截面处4#引水隧洞底高程1.5m。横向排水洞平面上按与引水隧洞轴线120°夹角从1＃引水隧洞穿过2＃、3＃、4＃引水隧洞按5％纵坡下降连接到施工排水洞。横向排水洞断面形式为5m×5m城门洞型，起点为1＃引水隧洞轴线，底高程低于1＃引水隧洞底板高程67cm，终点底高程为施工排水洞底板高程。首条横向排水洞布置于引（1）1+300位置，按1000m的间距沿顺水流方向布置。横向排水洞布置位置及长度见下表8-2，详细的布置位置及断面形式详见图8-1、图8-2。表8-2西端1＃、2＃引水隧洞施工横向排水洞特性表横通道编号布置桩号长度断面尺寸纵坡备注1＃横向排水洞引（1）1+300255.14m5m×5m5％起点为1＃引水隧洞2＃横向排水洞引（1）2+300255.14m5m×5m5％起点为1＃引水隧洞3＃横向排水洞引（1）3+300185.84m5m×5m5％起点为2＃引水隧洞4＃横向排水洞引（1）4+300185.84m5m×5m5％起点为2＃引水隧洞横向排水洞暂按西端1＃、2＃引水隧洞的暂定分标桩号进行布置，共布置4条。实际施工过程中，根据1＃、2＃引水隧洞的开挖长度和施工需求，按上述布置原则进行增加布置。引水隧洞开挖施工过程中，根据开挖施工的进展及地质情况，在合适的洞段、或预计单洞汇总出水量大于1m3/s时以及监理工程师指定的地方，开挖横向排水洞，将西端1＃、2＃引水隧洞开挖施工过程中揭露出来的大流量地下水，从主要工作区或交通要道引排至施工排水洞或相邻洞室排除，确保施工开挖掘进的顺利进行。3、引水隧洞施工辅助洞室主要工程量根据上述规划布置的引水隧洞施工辅助洞室，按照暂定的分标桩号，其土建工程主要工程量如下表8-3。表8-3引水隧洞施工辅助洞室主要工程量表序号项目单位工程量备注1横通道开挖m1413横向排水洞开挖m8824锚筋Φ22，L=3.0m根107含外露1.0m5锚筋Φ25，L=4.5m根585含外露1.5m6锚筋Φ28，L=6.0m根78含外露1.5m7堵头封堵混凝土C25W8（二）m3150618二期混凝土C30（二）m399轻烧MgOt129310钢筋制安t41411止水铜片（δ=1.0mm，B=50cm）m31612固结灌浆钻孔（L=6~8m）m1581314固结灌浆钻孔（L=4m）m164215固结灌浆水泥（单耗≤100kg/m）t74416固结灌浆水泥（100kg/m＜单耗≤300kg/m）t10517回填灌浆m2426418回填灌浆预埋管φ42mmm1438.1.2施工重点、难点及对策1、施工重点难点根据本合同引水隧洞的布置特点，以及施工辅助辅助洞室的布置特点及施工特性，施工辅助洞室施工重点难点为：（1）施工辅助洞室连接两条引水隧洞，与引水隧洞同时施工，施工干扰大，施工通风困难；（2）横向排水洞断面较小，开挖出渣难度大；（3）施工辅助洞室同样存在地下水处理问题，地下水丰富，处理难度大。2、施工技术对策（1）根据引水隧洞施工进度安排，在优先保证引水隧洞施工的前提下，适时组织进行辅助洞室施工，减小辅助洞室施工对引水隧洞施工的影响；（2）横向排水洞安排在施工排水洞贯通之前适当时机组织施工，能与施工排水洞同时贯通，起到及时排水的作用。（3）施工辅助洞室施工时，架设好排水管路，提前准备好应急排水设施，一旦出现较大的地下涌水，立即抽排至引水隧洞排水管路，排除涌水，保证施工安全。8.2施工总程序安排8.2.1施工总程序安排说明1、施工横通道，安排在1＃引水隧洞开挖经过横通道位置约30～50m后组织施工，由于1＃引水隧洞进度超前2＃引水隧洞约50m，故从1＃引水隧洞向2＃引水隧洞方向施工，保证施工横通道及时贯通，起到辅助主洞施工的作用。2、1＃、2＃横向排水洞，安排在1＃引水隧洞开挖经过横通道位置约30～50m后组织施工，与施工排水洞间预留10m左右岩塞，待2009年9月30日施工排水洞具备排水条件后，立即将岩塞挖除，贯通1＃、2＃横向排水洞，起到及时排水的作用。3＃、4＃排水洞安排在2＃引水隧洞开挖经过横向排水洞位置约30～50m后立即组织施工，及时贯通，起到引水隧洞开挖地下突（涌）排除的作用。8.2.2施工总程序框图根据以上施工程序安排原则，结合引水隧洞及施工排水洞水工进度辅助洞室施工总程序框图安排如下框图。施工准备引水隧洞开挖1施工准备引水隧洞开挖1#引水隧洞开挖至1+0801#引水隧洞开挖至1+3301#横向排水洞开挖支护（预留岩塞）1#横通道开挖支护1#引水隧洞开挖至1+5802#横通道开挖支护1#引水隧洞开挖至2+0803#横通道开挖支护1#引水隧洞开挖至1+3302#横向排水洞开挖支护（预留岩塞）1#引水隧洞开挖至2+5004#横通道开挖支护2#引水隧洞开挖至3+0501#、2#横向排水洞预留岩塞段开挖支护施工排水洞贯通2#引水隧洞开挖至3+3303#横向排水洞开挖支护2#引水隧洞开挖至4+3304#横向排水洞开挖支护2#引水隧洞开挖至4+7002#引水隧洞砼衬砌1#引水隧洞砼衬砌1#横通道封堵1#横向排水洞封堵2#横通道封堵3#横通道封堵2#横向排水洞封堵4#横通道封堵3#横向排水洞封堵4#横向排水洞封堵引水隧洞具备充水条件本标工程完工8.3洞室开挖及支护方法8.3.1引水隧洞施工辅助洞室开挖1、引水隧洞施工横通道开挖本标施工横通道，按暂定桩号共设置4条，断面为8m×7m城门洞型。施工横通道开挖采用钻架台车手风钻造孔，全断面开挖，周边光爆，排炮循环进尺1.8~3.0m，系统支护滞后开挖掌子面15～20m；不良地质段排炮循环进尺控制在2.0m以内，每排炮后及时进行系统支护，必要时采用钢支撑加强支护，开挖前视实际地质情况，采用砂浆锚杆进行超前支护。开挖渣料采用3.4m3装载机配15t自卸车倒运至指定渣场。开挖施工程序及施工方法详见图8-3、图8-4。2、引水隧洞横向排水洞开挖本标横向排水洞，按暂定桩号共设置4条，断面为5m×5m城门洞型。实际施工时，当1＃、2＃引水隧洞开挖超前于3＃、4＃引水隧洞时，3＃引水隧洞通向施工排水洞的横向排水洞由本标开挖；当1＃、2＃引水隧洞开挖滞后于3＃、4＃引水隧洞时，由3＃、4＃引水隧洞标开挖。横向排水洞开挖采用钻架台车手风钻造孔，全断面开挖，周边光爆，排炮循环进尺1.8~2.5m，系统支护滞后开挖掌子面15～20m；不良地质段排炮循环进尺控制在2.0m以内，每排炮后及时进行系统支护，必要时采用钢支撑加强支护，开挖前视实际地质情况，采用砂浆锚杆进行超前支护。横向排水洞开挖渣料，采用在横向排水洞与2＃、3＃、4＃引水隧洞交叉位置扩挖装渣场地，3.4m3装载机抬渣，在装渣场地装15t自卸车倒运至指定渣场。开挖施工程序及施工方法详见图8-5、图8-6。8.3.2特殊部位、不良地质洞段的开挖1、特殊部位开挖支护本工程中，在辅助洞室与引水隧洞平交口施工过程中遵循相关规范规定，并采取如下的措施：（1）平交口开挖按照短进尺、多循环的原则施工；（2）平交口支护紧跟开挖作业面，根据开挖揭示的地质条件，采用长锚杆、钢筋网喷混凝土、钢支撑、混凝土衬砌等方式加强支护，加强支护范围要大于平交口应力影响区域（一般平交口外6m左右）；（3）平交口施工尽量减小对主洞运行的影响；（4）平交口布置、开挖、支护措施等需经监理人批准后才能实施。（5）质点振动速度满足技术条款的要求；（6）平交口施工过程中，根据具体情况进行必要的安全监测，根据监测数据分析成果，指导开挖、支护。2、不良地质段开挖支护及地质缺陷处理根据招标文件地质资料，引水隧洞辅助洞室不良地质段处理按如下原则组织施工：（1）不良地质段处理原则：①调查地质条件，必要时可采用打勘探孔、勘探洞等方法进一步了解地质情况，做好地质预报，预先采取有针对性的安全有效的施工方案。②减少对围岩的扰动，采用短钻孔、弱爆破、多循环；③做好排水，减少渗水，增加围岩的自稳；④分部开挖、分区支护；⑤加强监测，勤检查、勤巡视并且及时分析监测成果和检查情况，根据监测信息反馈，及时调整后续开挖支护方案。（2）不良地质段处理措施：①不良地质洞段开挖支护，采取先护后挖，边挖边扩或先对岩体进行加固后再开挖等方法。或者采取一掘一支护，稳步前进，即开挖爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，再打锚杆、挂网、喷混凝土，必要时安设钢支撑增加支护能力；②做好超前支护，主要采用超前锚杆等进行超前支护，必要时采用预灌浆加固措施，为了保证边墙稳定，边墙部位增加部分外插角30°左右的超前锚杆支护；③采取严格的控制爆破和强支护措施，分部开挖，分区支护，开挖循环进尺按0.8~1.0m控制，一般破碎带尽量用挖掘机开挖或人工撬挖。根据断层分布特点，横向通道开挖按照“先软后硬”的开挖原则；④开挖后及时实施喷混凝土初封闭及系统锚杆支护，并采用型钢拱架强支护，钢支撑之间采用钢筋纵向连接，钢支撑或岩石锚条与围岩结合紧密，并及时挂钢筋网混凝土支护封闭。8.3.3涌水处理措施施工辅助洞洞室开挖施工时，引水隧洞已开挖经过，地下水已揭露并进行处理，仅有部分较小的涌水。施工过程中，预先准备好排水设施及排水管路，出现涌水时及时抽排至主洞排水管路，排出洞外。8.3.4洞身钻爆设计施工辅助洞室典型断面钻爆设计详见图8-7、8-8。8.3.5洞室支护施工1、施工程序支护施工与开挖跟进平行交叉作业，各工序间交替流水作业，并根据围岩情况，支护施工程序如下：（1） 一般类围岩施工准备→砂浆锚杆→喷混凝土→下一循环开挖。（2）不良地质洞段施工准备→超前空锚杆→初喷3~5cm厚混凝土→砂浆锚杆施工→挂网或钢支撑→复喷混凝土至设计厚度→下一循环开挖。2、施工方法施工辅助洞室系统支护滞后开挖掌子面15～30m；不良地质洞段支护紧跟开挖掌子面，钢管脚手架搭设施工平台。锚杆采用手风钻造孔，人工在施工平台上安插锚杆，注浆机注浆。TK500型喷射机湿喷工艺分层施喷。施工程序及施工方法详见图8-2、图8-3。8.3.6施工进度分析及安排1、施工横通道施工进度分析及安排（1）进度分析根据施工横通道的布置情况，以及施工特性，施工横通进度分析如下：表8-4施工横通道开挖排炮作业循环时间工序部位时间单位测量放线超前支护钻孔装药爆破通风散烟安全处理围岩支护出渣清底排炮循环时间良好地质段h105221030.5=SUM(LEFT)14.5不良地质段h1441.52172.50.5=SUM(LEFT)23.5=SUM(LEFT)施工横通道良好地质段系统锚杆及喷混凝土支护不占排炮循环时间；不良地质段超前支护结束后的待凝时间可进行钻孔、装药作业，开挖循环时间中不加钻孔、装药用时；根据作业循环时间，并考虑不良地质段及支护影响、时间利用系数等，预计综合月进尺为80m/月，单条施工横通道长47m，预计15天贯通。（2）施工进度安排为保证每条施工横通道尽早的贯通，起到辅助引水隧洞施工的作用，为引水隧洞施工通风、施工排水、开挖出渣等创造有利条件，将每条横通道安排在引水隧洞开挖经过30m左右安全距离后，立即组织施工。其施工进度安排如表8-5。表8-5施工横通道施工进度安排表序号施工横通道进度计划安排实际所需工期（天）工期富余系数备注施工时段工期（天）11＃横通道2007.12.01～2007.12.3131181.7022＃横通道2008.05.01～2008.05.3131181.7033＃横通道2008.10.01～2008.10.3030181.6744＃横通道2009.03.01～2009.03.3030181.672、横向排水洞施工进度分析及安排（1）进度分析根据横向排水洞的布置情况，以及施工特性，施工横通进度分析如下：表8-6施工横通道开挖排炮作业循环时间工序部位时间单位测量放线超前支护钻孔装药爆破通风散烟安全处理围岩支护出渣清底排炮循环时间良好地质段h1041.520.5431=SUM(LEFT)17不良地质段h1331.52172.50.5=SUM(LEFT)21.5横向排水洞良好地质段系统锚杆及喷混凝土支护不占排炮循环时间；不良地质段超前支护结束后的待凝时间可进行钻孔、装药作业，开挖循环时间中不加钻孔、装药用时；根据作业循环时间，并考虑不良地质段及支护影响、时间利用系数等，预计综合月进尺为80m/月。其中1＃、2＃横向排水洞单条长255m，预计95天贯通；3＃、4＃横向排水洞单条长186m，预计70天贯通。（2）施工进度安排1＃、2＃横向排水洞，安排在1＃引水隧洞开挖经过横通道位置约30～50m后组织施工，与施工排水洞间预留10m左右岩塞，待2009年9月30日施工排水洞贯通后，立即将岩塞挖除，贯通1＃、2＃横向排水洞，起到及时排水的作用。3＃、4＃排水洞安排在2＃引水隧洞开挖经过横向排水洞位置约30～50m后立即组织施工，及时贯通，起到引水隧洞开挖地下突（涌）排除的作用。其施工进度安排如表8-7。表8-7横向排水洞施工进度安排表序号施工横通道进度计划安排实际所需工期（天）工期富余系数备注施工时段工期（天）11＃横向排水洞2008.02.15～2008.05.25101951.0622＃横向排水洞2008.12.15～2009.03.25101951.0633＃横向排水洞2009.11.01～2010.01.1576701.0944＃横向排水洞2010.09.15～2010.11.3077701.108.3.7施工人员及设备配置1、施工机械设备配置根据施工进度安排计划和施工强度，完成施工辅助洞室开挖支护所需只要施工机械设备如表8-8。表8-8施工辅助洞室开挖支护主要设备配置表序号名称型号单位数量备注1手风钻YT28台122锚杆注浆机UH4.8台13混凝土喷射机TK500台14反铲挖掘机CED460-6，1.4m3台1与引水隧洞开挖共用5轮式反铲ZAXIS130W台16装载机L150E，3.4m3台1与引水隧洞开挖共用7混凝土搅拌运输车HTM604，6m3台1与引水隧洞开挖共用8自卸汽车斯太尔，15t台59载重汽车东风，8t辆1与引水隧洞开挖共用2、劳动力配置施工辅助洞室开挖施工劳动力配置计划见表8-9。表8-9施工辅助洞室开挖支护劳动力计划表工种管理人员技术员安全员测量工风钻工炮工修理工驾驶员喷锚工普工合计人数11121242546=SUM(LEFT)388.4辅助洞室混凝土施工辅助洞室混凝土工程施工主要有西引1＃施工支洞封堵、施工横通道封堵、横向排水洞封堵施工。8.4.1辅助洞室混凝土施工方案1、辅助洞室混凝土封堵施工工艺辅助洞室封堵混凝土施工工艺流程框图如下：施工准备测量放线施工准备测量放线岩面处理清仓、验收混凝土分层入仓、振捣脱模、养护通水冷却架立模板、安装止水混凝土拌制、运输2、辅助洞室混凝土封堵施工方法各辅助洞室按设计要求和施工图纸进行封堵。施工横通道封堵段从1＃引水隧洞向2＃引水隧洞方向浇筑；横向排水洞从1＃引水隧洞向3＃引水隧洞方向浇筑。为保证永久工程衬砌混凝土的整体性，与主洞相接的1.5m范围内的封堵混凝土与永久工程衬砌混凝土一起浇筑。施工辅助洞室封堵混凝土为大体积混凝土，采用采用分层分段的方式进行浇筑，其中底部约束区分层厚度不大于2m，其余不大于3m。根据辅助洞室封堵混凝土的结构形式，实心封堵段为一段，廊道段分为2段进行划分。在混凝土浇筑过程中采取温控措施，并在混凝土中埋设冷却水管，削减混凝土初期水化热温升。封堵混凝土采用普通组合钢模板，φ47mm钢管脚手架支撑固定，灌浆廊道顶拱模板采用φ47mm钢管脚手架和木拱架模板支撑固定。混凝土由拌和系统进行拌制，6.0m3搅拌运输车运至施工现场，HBT60A混凝土泵入仓，插入式振捣器振捣密实。当混凝土浇到超过隧洞顶拱后，泵管出口埋在混凝土面以下适当的深度，以保证能填满。止水片施工采用风镐沿堵头围岩凿，将止水片安装在槽内，并用C25细石混凝土填实，为了保证混凝土与岩石紧密结合，在混凝土中掺入适量MgO微膨胀剂。施工辅助洞室混凝土封堵施工程序及施工方法详见图8-9、图8-10、图8-11。8.4.2洞室混凝土施工温控措施1、裂缝控制措施施工辅助洞室封堵混凝土为大体积混凝土，根据以往大体积混凝土的施工经验，在施工过程中，因为各种原因，容易出现温度裂缝。根据施工时段的不同，分为早期裂缝和后期裂缝。早期裂缝主要与混凝土因水泥水化热引起的内外温差和干燥引起的内外湿差有关。混凝土浇筑后，因水泥水化热作用，引起温度升高较快，加上混凝土的导热性能很差，导致混凝土内外出现温差。由于材料的热胀冷缩性，引起内部受压、外部受拉。当混凝土此时的抗拉强度小于外部温度拉应力时就要出现裂缝。后期裂缝主要由基础温差引起，与施工分块尺寸、混凝土弹模/基岩弹模等因素有关。对于底板或边墙混凝土，当混凝土块温度由最高降至最低（或稳定温度）时，由于受基岩的强约束，产生较大的拉应力，如果基础温差较大或分块尺寸较大，产生的拉应力大于混凝土抗拉力，混凝土就会产生裂缝。根据以往的施工经验，采取如下措施控制裂缝的产生：（1）优化配合比在满足强度等设计指标要求的情况下，尽量减少水泥用量，选用水化热较低的水泥，降低混凝土水化热温升，提高混凝土的后期强度及抗裂能力。（3）降低水灰比混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大，干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。（4）提高施工质量加强混凝土浇筑过程中的振捣控制，保证混凝土内部组织密实，达到提高混凝土极限拉伸值的目的。（5）及时养护混凝土浇筑后，及时养护，防止混凝土开裂。（6）减小分块长度和分层高度减小封堵混凝土浇筑分块长度和分层高度可在一定程度上减少裂缝数量。（7）温度控制措施在混凝土施工时降低浇筑温度，也就是降低最高温升和初始温差，达到降低表面拉应力的目的。这对防止早期温度裂缝非常有效。降低浇筑温度要控制3个环节：控制骨料温度、控制水泥水化热温升；混凝土运输中采用搅拌车，减少运输途中的温度回升；减少入仓振捣时的温度回升。2、温控措施针对施工辅助洞室封堵混凝土的温控要求，计算出相应的混凝土出机口温度及入仓温度作为温控指标，并考虑混凝土浇筑后的绝热温升，结合混凝土上下温差、内外温差等指标，对混凝土进行温度控制。混凝土施工过程中，将采取以下措施，以满足施工要求：（1）降低混凝土浇筑温度①保证所使用的混凝土出机口温度控制在17℃以下；②采用混凝土搅拌运输车水平运输，缩短运输路线，减少混凝土曝晒时间，并定时用冷水冲洗车罐降温；③尽量避免在高温时段施工，选择夜间等低温时段施工，混凝土浇筑完后及时养护。（2）降低混凝土水化热温升①选用水化热低的普通硅酸盐水泥；②在满足施工图纸要求的强度、耐久性、和易性的前提下，改善混凝土骨料级配，添加优质的掺合料和外加剂以减少混凝土单位水泥用量；③根据施工图纸所示的建筑物分缝、分块尺寸，在保证结构整体性的基础上，合理进行分缝；控制浇筑层（段）最大高度（长度）和间歇时间，基础约束区部位浇筑层高≤2.0m，基础约束区以外最大浇筑高度严格按招标文件执行；④为避免混凝土内部早期温升过高，避免少使用胶凝材料多的泵送混凝土和高流态混凝土；⑤混凝土浇筑采取薄层、短间歇、均匀上升的浇筑方法，并加强混凝土的湿养护等措施，以避免养护面出现干湿交替，并将混凝土浇筑尽量安排在早晚和夜间施工；⑥在混凝土浇筑过程中采取温控措施，并在混凝土中埋设冷却水管，削减混凝土初期水化热温升。冷却水管布设平面示意图见图8-12。8.4.3施工进度分析及安排根据各所及施工辅助洞室混凝土封堵布置及施工特性，单条封堵施工进度分析如下表8-10。表8-10施工辅助洞室单条封堵进度分析表序号封堵部位施工分段施工分层单段浇筑时长（天）混凝土浇（天）回填、固结灌浆（天）封堵总时间（天）备注1西引1＃施工支洞实心段3段3183650104以1＃、2＃引水隧洞之间的封堵段为控制性进度。廊道段5段318