中国水利水电第十一工程局有限公司
摘要：导流洞施工的技术对整个导流洞工程的质量、施工成本等均有非常重要的影响，而施工时的安全监测又可以及时发现施工中存在的安全隐患，为后期能够安全使用工程起到保障作用。本文以马相迪河水右岸导流洞工程为例，分析其施工技术以及安全监测情况。
关键词：马相迪河右岸；导流洞；施工技术；安全监测
导流洞布置在马相迪河右岸，用于大坝主体结构施工期间的导流，洞身长度300m。本工程拟定施工支洞为4m×4m城门洞型，支洞长度135.6m，与主洞相交于导流洞桩号52.5m处，支洞进口9.8m为水平直段，其后接圆弧段和下坡直段，自圆弧段起点处开始下坡，坡度i=0.0874。
一、施工方案及技术方法
（一）临时支护措施
1.1 支洞洞脸、洞口
支洞洞脸覆盖层薄，岩石整体性好、硬度高。清理覆盖层后，洞脸采用系统锚杆支护，洞口进行锚杆锁口，进洞口外2m范围设明拱，明拱上安装槽钢+钢筋防护网。具体支护措施如下：
（1）洞脸支护：采用系统支护，将锚杆布置在洞口两侧各5m、洞顶上方6m范围。根据岩石情况，增加布置随机锚杆。开挖后地质呈整体破碎或局部岩体整体性差，增加挂网喷砼支护。
（2）锚杆锁口：距离开挖轮廓线外50cm、顶拱与侧墙（拱肩以下1.5m）范围布置两排锁口锚杆，间排距40cm*40cm，梅花形交错布置。
（3）进洞口支护：根据洞脸部位开挖前岩体条件判断，进洞段岩石整体性较好，锚杆锁口后，不考虑进行钢拱架强支护。为预防上部滚石伤人，在洞口2m范围内架设3榀明拱，以保证施工安全。
1.2洞内开挖支护
本工程导流洞主要围岩为III类、IV类。III类围岩支护：采用系统锚杆+随机锚杆支护，局部增加挂网喷砼，岩石裂隙等缺陷处增加随机锚杆，局部围岩较破碎处增加挂网喷砼。IV类围岩支护：系统锚杆+挂网喷砼支护，破碎段增加钢拱架加强支护。
（二）洞室开挖
2.1 施工方法
导流洞施工支洞和主洞开挖均采用YT-28型手风钻造孔，“全断面一次爆破成型法”进行开挖，周边轮廓线采用光面爆破技术。导流洞爆破施工工艺流程图如下图所示：
导流洞爆破施工工艺流程图
支洞开挖段面较小，钻孔及装药联网时，采用在两侧洞壁布置钢筋、棚架钢管、上铺钢筋网片或马道板等形成作业平台，作业平台高度2～2.5m。主洞开挖钻孔及装药联网均在作业台架上进行，台架由型钢加工而成。
支洞长度较短，中间不设避车道，洞内出渣先运至洞口，再运至弃渣场；导流洞主洞断面较大，可以满足错车和装车要求，出渣直接运至弃渣场。
II、III类围岩段采用“开挖先行、支护跟进”的作业原则，每循环计划进尺为2.5m；IV类围岩及不良地质段采用“开挖一段、支护一段”的施工原则，计划循环进尺为1.5～2.0m，根据围岩情况使用系统锚杆+网喷砼或I16钢拱架支护；在导流洞进出口围岩较差部位，根据情况考虑砼衬砌跟进支护。
根据围岩渗水情况，在洞壁设置排水孔，孔径Φ42，间距根据渗水量而定。
（三）洞内渗水处理
支洞与主洞相交后，根据渗水量决定开挖顺序。如果渗水量不大，抽排设备满足使用需要，在下游面开挖完成50m后，进行上下游两个工作面同时开挖。当上游工作面渗水变大时，及时停止开挖，渗水通过在支洞与主洞交叉口处设置挡水坎、开挖集水坑抽排至洞外；如果渗水较多、抽排强度太大，对掌子面及洞室周边进行灌浆封闭截水，水泥浆中掺入5%～8%水玻璃，按0. 5~ 2MPa压力由小变大进行进行灌浆。
如果支洞进入主洞时渗水较大，首先对交叉处上游洞段进行固结灌浆、封闭截水，之后向下游单头掘进开挖，下游贯通之后进行上游洞段开挖，渗水通过下游出口排出洞外。开挖过程中遇渗水量太大，预先配置的Φ159排水钢管不能满足要求时，另外加设排水钢管和相应的水泵抽水，在开始导流洞施工前储备充足的Φ159排水钢管和水泵备用。
（四）导流洞进出口边坡开挖支护
设计图纸中显示洞顶上方边坡开挖为1：0.3坡面，但现场地形为导流洞进出口洞口均为陡峭的岩壁，洞口两侧开挖边坡的难度大，且开口线高。因此，结合目前利用施工支洞进行主洞开挖的计划安排，确定导流洞进出口从洞内开挖贯通，贯通前沿现在的岩壁坡面从洞口布置超前锚杆进行洞口的锁固，贯通后洞口边坡根据洞脸稳定情况初拟按1：0.3的坡面进行适当修整开挖（根据目前的边坡揭露岩体整体性较好，初步考虑边坡不进行明挖爆破），洞室开挖贯通后安排人员上至坡顶，对洞上方松动岩石撬挖清理。
挖掘完成后，对洞口上方边坡危石、松动石块进行人工清理，对洞口上方边坡高度10m、宽度15m范围进行系统锚杆+随机锚杆支护。
（五）支洞与主洞相交处开挖与支护
支洞高度4m，主洞高度7m，距相交分界线10m处支洞开始对顶拱扩挖，与主洞拱肩线相接。支洞进入主洞处先进行拱肩线开挖（宽度同支洞），之后向下游逐渐扩挖顶拱，10范围内扩挖完成，再往回进行相交处顶拱二次爆破。主洞后开挖方式见下图：
主、支洞相交处采用系统锚杆+挂网喷砼支护。主洞段支护为相交处15m，洞顶拱范围；支洞段支护支洞段5m，全断面范围。支洞支护完成后进行主洞爆破。
（六）支护施工
6.1 锚杆施工
采用“先注浆、后插锚杆”的施工工艺，工艺流程图如下：
6.2喷混凝土
本工程采用“湿式喷射法”施工工艺，遵循“自下而上、分段分区”原则。
施工工艺及工序：喷射混凝土要在砂浆锚杆完成并验收合格后进行，施工时先将喷射面用高压风、水枪联合冲洗干净。运送至现场后进行钢筋网现场人工绑扎，先布置环向网格钢筋，间距1m，再进行顺洞子方向钢筋布置，钢筋网与开挖面锚杆焊接，分排分行间隔点焊形成主网，并使其紧贴岩面；布置完成后按照设计要求的间距再加密环向钢筋，然后将钢筋网纵横加密成型。
混凝土喷射采用湿式喷法，混凝土混合料在混凝土拌和站集中拌制后，再利用混凝土搅罐运输车运至工作面，卸入喷射机受料斗内。施工按照分片分层自下而上、先凹后凸的顺序进行，喷射时喷嘴与岩面大致垂直，距岩面距离控制在60～120cm左右。为减少回弹量，要不断调整气压，确保喷射混凝土与岩面紧贴。喷射混凝土采用分层喷射，每层控制厚度不大于5cm，后一层在前一层混凝土终凝后立即进行。若终凝1h后再行喷射，须把喷层表面的乳膜，浮尘等杂物用高压风和水枪冲洗干净，再二次喷射，以确保混凝土质量。喷射过程中，严格控制混凝土填满钢筋网与岩面之间的空隙，并确保钢筋网表面混凝土厚度不小于5cm。
喷射完毕后，清除掉粘附在喷射表面上的喷射溅落物。喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间不得少于7昼夜；气温低于+5℃时，不得喷水养护。当喷射混凝土周围的空气湿度达到或超过85%时，经现场工程师同意，可准予自然养护。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
喷射混凝土缺陷修复和质量检查全部完成以后，及时拆除一切喷射混凝土的设施，并将所有金属露头切除并采用水泥砂浆予以封闭，对回弹材料进行彻底清理，做到“工完、料净、场地清”。
6.3 钢拱架支护
IV类围岩及不良地质段钢拱架采用I16工字钢，根据开挖断面的大小每榀分为二至四节，每节两端设端板，用M16的螺栓连接。钢拱架在加工厂进行弯曲制作，加工好并编号后，运至现场用螺栓连接成榀，根据开挖分段安装固定。
钢支撑装设在设计断面以外，安装时由人工配合机械安装钢支撑的附件，测量就位合格后，将所有附件与钢支撑焊牢。
根据现场实际围岩地质情况，钢拱架沿隧洞轴线每80～100cm安装1榀，其底部必须放置于坚硬岩石上并设支撑钢板，节间连接钢板采用螺拴连接并焊接牢固；固定锚杆规格Φ22mm，L=2.0m@1.5m，紧贴钢拱架两侧对称布置并焊接，钢拱架之间使用Ф20连接筋，间距1m，连接筋与拱架接触满焊。
（七）混凝土施工
导流洞砼包括进出口段全断面衬砌砼、底板素砼、封堵段砼。进口段砼浇筑利用支洞道路；出口段和封堵段砼（主洞）浇筑使用砼泵，砼泵布置在导流洞出口对岸，砼泵管跨河接到浇筑仓号，泵送浇筑。
7.1全断面衬砌砼
导流洞进出口C1型断面（C25、50cm）和C2型断面（C25、70cm）进行全洞段混凝土衬砌施工，浇筑时采取“先底板、后边墙顶拱的分期浇筑”方式。
1）衬砌砼施工，使用¢48mm、δ3.5mm的钢管搭设模板支撑架，预留4m×3m通道作为施工交通道路；钢管间排距为60cm×80cm，步距1.0m，间隔两根立杆布置剪刀撑，顶部设置顶托丝杆。2）采用3015型和6015型钢模现场组装，保证浇筑圆弧顺接美观，两侧边墙预留0.3*0.3m砼振捣孔。3）3m3砼罐车运输，HB60砼泵进行泵送入仓。4）混凝土由HZS90混凝土拌和系统供应，水平运输由8m3混凝土运输罐车通过临时钢桥运至导流洞进口围堰。5）两侧边墙砼使用50软轴振动棒振捣，顶拱模板上安装附着式振动器进行顶拱砼振捣。6）全断面混凝土衬砌初拟按照10～15m一段进行衬砌。
7.2 洞内素砼底板
洞内底板混凝土施工按照30m~50m一段进行浇筑；底板石渣人工清除后，使用高压风水枪清洗工作面；利用8m3混凝土罐车或小型三轮车进行洞内水平运输；采用自制的滚动式钢管（Ф159mm）进行高程面控制，平板振捣器振动，最后人工收面。
7.3混凝土封堵段施工
封堵段砼包括支洞封堵和导流洞封堵，采用C20微膨胀素砼封堵，顶拱部位进行回填灌浆。导流洞封堵长度为12m，支洞封堵长度取10m；封堵段洞身周边布置插筋，插筋规格为：Φ25，L=3.0m，入岩2.0m，外露1.0m，间距2*2m梅花形交错布置；砼浇筑前在拱顶预埋灌浆管，砼浇筑后7d进行顶拱回填灌浆。
封堵段砼施工工艺程序如下：插筋安装→底板、基岩面清理→模板安装→预埋灌浆管安装→泵管架设→混凝土浇筑→拆模→回填灌浆→完工验收。
（1）插筋安装施工按照“先注浆、后插杆”的方法进行。（2）底板及洞身基岩面清理，首先清除浮渣、松动石块，然后使用高压风水枪清洗，要求清洗洁净、无积水、积渣，渗水妥善截、排。（3）模板使用12mm厚竹胶模板，10*10cm方木间距30cm竖带加强，横带使用Φ48钢管，间距60cm，Ф14mm拉杆内拉固定，拉杆间排距60cm；砼和仓侧堵头模板顶部预留0.6*0.6m进人孔洞。模板外侧搭设双排施工脚手架，立杆间排距为1.5m，在3m、6m层处设置排斜支撑钢管，40～60度。（4）预埋排气、灌浆管共3根，均采用Φ50钢管。排气管1根，布置在拱顶位置，尾部端头使用钢板焊接封口，距模板面10cm；两根灌浆管距离中间排气管1m对称布置，尾部距模板面30cm。排气管顶部（朝向岩石面）开口，间距1m；灌浆管每间隔1m进行开口，每处开口3个均布在钢管截面上（其中1个位于管顶）；管径8mm。排气管待浆液灌满后兼为回浆管作用。钢管使用Φ14钢筋锚固在岩体表面，锚筋间距1.5m，与钢管焊接。（5）砼入仓泵管安装在拱顶下方约50cm处，底部使用Φ48钢管托架支撑、固定，仓外泵管附着于施工脚手架上，脚手架、钢管托架不与模板、模板加固件相接触。（6）砼浇筑使用3m3砼罐车运输，HB60砼泵泵送入仓，分层浇筑，层厚不大于50cm。仓内下料高度不超过1.2m，出料泵管处接下料溜槽、或溜管。混凝土振捣使用70、50型软轴振动棒，模板边使用50型振动棒振捣。人工进行砼平仓、铺料，严禁骨料集中，局部骨料集中时人工进行处理。（7）砼浇筑结束24h后拆除模板，模板拆除时防止对砼损坏。（8）砼浇筑7d后进行洞顶回填灌浆施工，灌浆压力0.2～0.3Mpa，使用预埋的两根回填灌浆管分别进行灌浆，一根灌浆管灌浆时另外一根进行临时封堵。灌浆压力达到0.3Mpa后，继续灌浆10min，如果压力稳定，且排气管回浆均匀连续，停止灌浆。最后进行排气管、灌浆管割除、封堵。
7.4混凝土养护
砼终凝之后开始进行砼养护，封堵砼立面和全断面衬砌段砼墙体养护方式使用在立面顶部安装洒水花管洒水养护，顶拱由人工洒水，保持砼面湿润；底板砼养护方式使用麻袋片覆盖、洒水养护。养护时间不少于14天。
（八）衬砌段回填灌浆施工
8.1基本要求
钢筋混凝土衬砌段顶拱位置进行回填灌浆施工，灌浆孔排距2m，“3根-2根-3根”梅花型布置，灌浆孔深入围堰0.1m，预埋管使用D38钢管，灌浆压力0.3Mpa。
8.2灌浆施工
（1）在砼达到设计强度的70%后进行回填灌浆，采用纯压式灌浆法。（2）灌浆前应对衬砌混凝土的施工缝和混凝土缺陷等进行全面检查，对可能漏浆的部位应及时处理。（3）顶拱回填灌浆分区段进行，每区段长度与衬砌砼段相同，分两个次序进行，先灌Ⅰ序孔，后灌Ⅱ序孔，后序孔应包括顶孔。（4）灌浆施工应自较低的一端开始，向较高的一端推进。同一区段内的同一次序孔全部或部分钻出后，再进行灌浆。（5）浆液水灰比：一序孔灌注水灰比为0.6（或 0.5）：1的水泥浆，二序孔可灌注1：1和0.6（或0.5）：1两个比级的水泥浆。空隙大的部位应灌注水泥砂浆，掺砂量不宜大于水泥重量的2倍。（6）灌浆压力应视混凝土衬砌厚度和配筋情况等确定，按照设计要求钢筋混凝土衬砌段灌浆压力按照设计要求使用0.3Mpa。（7）灌浆结束标准：在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注10min即可结束。（8）灌浆时密切监视衬砌混凝土的变形，监理人认为有必要时，安设变形监测装置，定时进行监测并作好记录。
8.3灌浆质量检查
质量检查采用单孔注浆法，在回填灌浆结束7d后进行。即向孔内注入水灰比2：1的浆液，在与灌浆灌浆压力相同的压力下，初始10min内注入量不超过10L为合格。检查孔应布置在顶孔中心线、脱空较大、串浆孔集中以及灌浆情况异常的部位。每一个灌浆段设检查孔一个。灌浆孔灌浆和检查孔检查结束后，使用水泥砂浆将钻孔封填密实，孔口压抹齐平。
8.4导流洞封堵
导流洞封堵时泄洪闸坝具备过流条件，应提前疏通河道，让河水靠近左侧河道通过，然后采取导流洞洞口截流封堵措施，再利用支洞（或导流洞出口）进行主洞封堵。
二、安全监测
为了能够对导流洞开挖后所引起的围岩状态变化过程有清楚的了解，在施工中进行了安全监测，主要监测内容包括施工情况、掌子面的地质情况、初期支护出现的变形、裂缝、稳定情况、地面是否出现一定范围内的沉降等。
在确定监测断面后即刻进行了埋点安装仪器，从而对围岩拱顶和周边的收敛变形情况进行监测。以该工程某断面为例，在监测时共埋入5个测点，刚开始埋设元件，每天测量3次，当围岩已基本上稳定，每三天测量1次，连续测量两周，围岩无明显变形，停止测量。
从监测结果中来看，从埋设之日起近三个月的时间内，周边的收敛变形均存在不同程度的变化。为防止其出现进一步变形导致坍塌，对其进行了有效的支护措施，各边的收敛程度明显降低，从而保障了工程的顺利实施。
三、结束语
为确保导流洞汛期安全、顺利施工，本工程从马相迪河临时桥右岸桥台处直接设置施工支洞，由支洞进入主洞施工，取消进水口闸室结构，枯水期开挖贯通预留岩塞段、最后采取洞口截流技术。并通过对工程进行安全监测，保障了工程的安全性，该工程按施工进度计划圆满完成，可为类似工程的施工提供参考。
参考文献：
[1]李成龙.浅析导流洞口工程施工技术[J].甘肃农业，2017，（20）：50-51.
[2]龚明鹏，李宏祥.老挝南欧江六级水电站导流洞施工技术[J].水力发电，2016，（5）：71-73.
[3]胡占鸿.水库导流洞开挖施工优化[J].城市建筑，2017，（9）：371.
[4]肖旻.水电站导流洞开挖的施工技术[J].建材与装饰，2016，（46）：268-269.
论文作者:赵景飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/21
标签：混凝土论文; 围岩论文; 断面论文; 洞口论文; 钢管论文; 锚杆论文; 钢筋论文; 《防护工程》2018年第22期论文;