【摘要】输水洞总长609.173m，内径2.2m，衬砌厚度0.4m，洞子开挖外径3.2m，洞径较小，一般开挖设备难以进洞施工，且输水洞和已建成的泄洪冲沙洞的轴线中心相距16.85m，给施工带了一定的难度。
【关键词】输水洞 小断面 开挖
1、概述
亭口水库工程位于陕西省咸阳市长武县境内，属于综合利用的Ⅱ等大(2)型工程。水库正常蓄水位893.0m，最大坝高49m，总库容为2.47亿m3，设计供水流量为3.6m3/s，电站装机1.89MW，年发电量618万kW·h。该工程枢纽由大坝、溢洪道、泄洪排沙洞、输水洞、坝后电站等五部分建筑物组成。
输水洞总长609.173m，由进口引渠、进水塔、压力洞身段及4条岔洞等组成，输水洞0+060至0+150段采用钢衬，其余为钢筋砼衬砌，内径2.2m，衬砌厚度0.4m，洞外径3.2 m，输水洞进口紧邻泄洪排沙洞进口布置，两洞轴线中心相距16.85m，前20m平行于泄洪洞轴线，其后以30.872°转角从溢洪道泄槽底部穿过，设计最大引水流量11.1m3/s。工程计划开工日期为2011年10月28日，完工日期为2013年4月28日，其中放水塔2012年8月30前完成，总工期为549日历天。
2、施工总体规划
施工总体上分两个工作面，输水洞进口工作面和输水洞出口工作面。
输水洞进口工作面以放水塔为关键工作，保证在2012年8月30前完成放水塔(包括闸门安装)的施工，主要工作内容包括输水洞进口处的土石方开挖支护，进口段洞子开挖衬砌(考虑到进口段钢管衬砌施工的方便，将输水洞0+000至0+160洞的开挖及输水洞0+000至0+150段的衬砌安排在放水塔施工前完成)，该段洞子开挖衬砌完成后即进行放水塔的施工，并确保2012年8月30前节点工期的实现。
输水洞出口工作面以输水洞及支洞的开挖和衬砌为关键工作，为了做到资源的综合利用，在进口工作面明挖及洞挖完成后，及于2012年1月1日起开始出口段的开挖施工。为了增加工作面改善施工条件，结合现场实际情况，先开挖4#岔洞，4#岔洞完成后开挖1#岔洞及主洞，主洞开挖完成后开挖3#岔洞和2#岔洞，等输水洞后半段及各岔洞开挖全部贯通后，由内向外依次进行洞身及岔洞砼衬砌。
3、小断面、长隧洞开挖施工技术
3.1施工方案
本工程隧洞设一个开挖施工队，进场后先从进口工作面开挖，待挖至输0+000～0+160时(这样即方便了0+090至0+160钢衬段的施工，也不影响进水塔的施工进度)，再从出口工作面向中间掘进施工，先开挖4#岔洞，待4#岔洞贯通后再施工1#岔洞及主洞，这样为下一步主洞开挖出渣提供方便，主洞贯通后开挖2#、3#岔洞。
输水洞洞室主要为局部稳定性差的Ⅲ类微风化砾岩，岩层近水平，裂隙不发育，只有1#和4#岔洞位于Ⅳ类围岩中，根据围岩特点和开挖断面尺寸及现场施工条件，对开挖的方案进行了认真详细的分析比较后，最后确定采用YT28手风钻钻孔、非电毫秒微差爆破掘进方案，支护紧随开挖循环进行，周边光面爆破，出渣采用WZL-60型履带式挖掘装载机(外形尺寸4740×1550×1720mm)装渣，农用三轮车出渣至洞外集渣，3m3装载机配合15t自卸车洞外运输至弃渣场。对输水洞进口段在开挖前先进爆破试验，采用短进尺(初定为1m)，弱爆破，增加工作循环，减少装药量的开挖方案，施工时在泄洪排沙洞内进行振动测试，根据振动测试结果调整爆破进尺和装药量。
3.2 爆破设计
输水洞洞身段及4条岔洞开挖断面均为圆型，洞身的围岩主要是Ⅲ类围岩和Ⅳ类围岩，开挖直径为3.2m，采用人工手风钻全断面开挖，周边采用光爆，每循环进尺控制在3.0m左右，岩体较破碎时采用短进尺，强支护的方法，每循环进尺控制在2m以内。洞身喷锚支护根据岩石情况按设计图纸，针对不同围岩采用不同的支护方式，随开挖一并进行支护工作。开挖断面爆破布孔设计见图1，输水洞洞身段爆破参数见表1。
图1 开挖断面爆破布孔设计图(单位：cm)
表1 输水洞洞身段爆破参数表
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炮孔编号 |
T1-T6 |
B1-B12 |
D1-D3 |
G1-G16 |
合 计 |
|
炮孔名称 |
掏槽孔 |
崩落孔 |
底孔 |
光爆孔 |
|
|
炮孔个数 |
6 |
12 |
3 |
16 |
37 |
|
炮孔深度(m) |
3.2 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
|
|
炮孔间距(cm) |
70 |
60 |
70 |
50 |
|
每 孔
装药量 |
卷 数 |
9 |
8 |
8 |
4 |
|
|
重量(kg) |
1.8 |
1.6 |
1.6 |
0.8 |
|
|
总装药量(kg) |
10.8 |
19.2 |
4.8 |
12.8 |
47.6 |
|
说明：初选爆破参数根据实际爆破效果和岩石情况作调整。 |
注：炸药单耗：2.35kg/m3，每循环开挖自然方量：20m3;钻爆作业时，应根据地质条件随时修正爆破参数，以期达到最佳爆破效果。
每循环掘进时间见表2。
表2 掘进循环时间表(循环进尺3.0m)
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作业项目 |
测量 |
钻孔 |
装药起爆 |
通风排险 |
出渣 |
初期支护 |
合计 |
|
作业时间（h） |
0.5 |
2.0 |
1 |
1 |
4.5 |
2.5 |
11.5 |
3.3洞室开挖施工方法
采用手风钻钻孔时，提前设计加工1台钻爆台架，人工转运就位和撤离。作业前，先就位钻爆台架，在台架上完成布孔、施钻、装药、检查等工序。
采用人工操作手风钻造孔，造孔时加强洞内通风，以降低废气、粉尘;在钻机支架上设置高压水雾装置，钻孔过程中喷雾降尘;加强钻孔作业人员的劳动保护。
出渣采用WZL-60型履带式挖掘装载机装渣，农用三轮车出渣至洞外集渣，3m3装载机配合15t自卸车洞外运输至弃渣场。
3.4支护方案
洞内支护施工紧随开挖循环进行。锚杆钻孔用YT-28手风钻造孔，在自制的钻孔作业台车上操作，钻锚杆孔与爆破孔穿插进行。如遇岩体破碎带，采取随开挖、随支护。喷砼采用湿喷法，选用CPS2000型混凝土湿式喷射机;喷砼由人工现场编制挂网、喷射，混合料在洞外集中拌制，砼运输车运至洞内;型钢钢架在洞外综合加工厂分片制作，现场人工拼装、安设。拱顶部位先喷射一层3～5cm厚度的砼，再进行锚杆、挂网砼喷护。洞内支护先进行钢支撑后进行锚杆挂网砼喷射。
4、输水洞砼衬砌施工
输水洞衬砌时全断面砼一次浇筑，采模板用定型钢模板拼装，钢拱架支撑。定型钢模板由直径2.2m的两个半园形成的定型钢模拼装而成，面层厚度不小于4mm，每段定型钢模长度约1.5m，内部采用钢拱架支撑。钢拱架在施工现场加工，拱圈选用80mm槽钢(间距1m左右)，其余结构材料采用Φ48mm钢管，一副完整拱架由三等块小拱架组拼成，架设固定后，拱架之间利用钢管连接，使其成为统一刚体，然后测量校核微调加固，最后安装档头模板。模板安装前，首先测量放线，关键部位可多设控制点，依据测量成果和施工规范进行安装。经复测合格后加固稳定。每次安装模板前，将模板表面粘结的杂物清理干净并刷涂脱模剂。衬砌混凝土的堵头模板，采用组合木模板，现场拼装。
每浇筑段按9m控制，每3m在断面顶部处布置砼入仓孔，入仓孔直径0.2m。安装、校核、固定模板完成，最后安装档头模板。输水洞拱架结构图详见图2全断面圆洞拱架结构示意图。
输水洞砼采用JC6砼罐车(6m3)水平运输，HBT60砼泵入仓(输水洞长609m，前300m从输水洞进口位置处泵送，以后从输水洞出口位置处泵送)，插入式振捣器及附着式振捣器振捣。
图2.2.4.5-4 全断面圆洞拱架结构示意图
5、施工难点重点的解决措施
5.1 输水洞进口段的开挖措施
本标段输水洞进水塔与目前已建成的泄洪排沙洞放水塔平行布置,塔身距离仅5.75m;输水洞进口段紧邻泄洪排沙洞进口布置，两洞轴线中心相距16.85m，开挖断面洞壁相距仅10.4m，前20m平行于泄洪洞轴线，目前泄洪排沙洞全部钢筋砼衬砌和灌浆施工已经结束。根据规范邻最近建筑物最小爆破安全距离不小于30m的规定，进水塔基础和输水洞前20m的洞身石方开挖不能采用常规的爆破开挖方法。
解决措施：根据目前现场的实际情况，我公司针对这种特殊作业环境，洞口明挖采用液压破碎锤破碎和反铲挖除、小药量控制爆破相结合的开挖方法，尽量减少爆破振动对泄洪建筑物的影响。
对输水洞平行于泄洪洞段在开挖前先进爆破试验，采用短进尺(初定为1m)，弱爆破，增加工作循环，减少装药量的开挖方案，施工时在泄洪排沙洞内进行振动测试，根据振动测试结果调整爆破进尺和装药量。
5.2主洞与岔洞交叉部位的开挖
输水洞出口段1#～4#岔洞，位于不稳定的Ⅳ类围岩中，4条岔洞在平面上平行布置，在立面上均处于同一高程面，且开挖断面洞壁距离仅为6.1m～9.6m，另外4条岔洞与主洞在平面上均为斜向相交，在交接部位下游侧均为锐角，容易坍塌、不利于成洞和洞身开挖安全。
对此采用的对策为：4个岔洞分别开挖，先进行4#岔洞的开挖、完成后进行1#岔洞的开挖，待主洞开挖贯通后进行2#岔洞开挖，2#岔洞开挖支护完成后进行3#岔洞开挖。并采用如下的施工措施：
(1)在洞中开岔洞口时，采取超前锚杆预支护、小导洞超前，浅孔多循环爆破,浅孔密孔小药量逐层扩大开挖等措施，及时做好支护，并加强监测。
(2)合理应用光面爆破等控制爆破技术，确保开挖轮廓，减少开挖对围岩及相邻建筑物的影响。
(3)加强围岩变形观测，正确指导施工。
(4)为降低爆破对围岩的影响，施工中需采用预留保护层、预裂缝保护以及合理安排施工间隔时间等施工措施，开挖前应进行爆破测试，指导爆破设计，确保围岩安全。
(5)当遇到不良地质时，及时根据围岩情况调整循环进尺，先按1～2m进尺进行开挖。如果仍不能保证稳定时，采取两侧开挖，中间预留支撑岩柱的方案进行开挖施工。中间岩柱在两侧支护完成后，先进行顶部开挖并完成支护后再进行下部岩体开挖。
如果预留岩柱强支护仍不可以保证稳定时，向监理提交详细的施工及地质资料，申请缩小断面开挖方案以保证洞室开挖稳定。每循环炮爆破后进行安全处理。
(6)在洞与洞的交叉部位进行以超前锚杆为主的支护，在交叉口二倍洞径的洞段范围内采用浅孔多循环短进尺的方式开挖。隧洞口、洞室交叉口均进行锁口加固，并对先开挖的隧洞进行加强支护。
(7)加强隧洞口、洞室交叉口和紧临洞室围岩原型观测资料的收集、分析，适时支护和加强支护提供科学依据，在严密的施工安全监测控制下展开施工，确保岔洞口稳定。
6、结束语
小断面输水洞开挖的关键问题是解决出渣问题，本文出渣采用WZL-60型履带式挖掘装载机(外形尺寸4740×1550×1720mm)装渣，农用三轮车出渣至洞外，又提前开挖4#支洞，提高了工作效率，加快了施工进度，成功的解决了小断面输水洞出渣问题。
输水洞进口段前20m和已建泄洪排沙洞轴线中心相距仅16.85m，开挖断面洞壁相距仅10.4m，在施工中采用短进尺(初定为1m)，弱爆破，增加工作循环，减少装药量的开挖方案，施工时在泄洪排沙洞内进行振动测试，根据振动测试结果调整爆破进尺和装药量。保证了施工安全。
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某小断面水工输水洞施工组织设计
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