小断面、长隧洞施工技术

小断面、长距隧洞施工技术
摘要：引水隧洞是输水工程的主要组成项目之一，长期以来由于输水隧洞断面小，长隧方案难以实施，常成为项目方案比选的重点，也是项目施工的控制点。

六盘水市玉舍供水工程嘎木隧洞全长235.4m，衬砌后净空为1.6m×1.9m马蹄形断面。

小断面隧洞施工难以实现开挖与衬砌平行作业，嘎木隧洞按先行开挖和初期支护，待洞身开挖贯通后再进行混凝土衬砌的施工程序，投入配套的非标机械设备组成开挖、混凝土衬砌作业线，提高单项工序的生产能力和设备利用率，大幅压缩了工期、降低了成本，实现了预期的质量、安全和工期目标。

关健词：小断输水隧洞长距离独头施工综合配套技术
一、工程概况
六盘水市玉舍供水工程嘎木隧洞长4235.4m，是玉舍供水工程的输水道组成之一。

隧洞进口位于珠江流域北盘江支流舍嘎河下方，出口与下游方发塘隧洞相连。

坡降1/1500，设计流量1.2 m3/ 秒，最大流量1.8m3/ 秒；隧洞为无压隧洞，衬砌后净空为1.6m×1.9m 马蹄形断面，隧洞穿过地层进口端735m 为煤系地层，其余为软质岩类，局部破碎稳定性差。

二、问题的提出
嘎木隧洞横断面净空小，最大独头施工长度在2km左右，若采用开挖与衬砌逐段顺序作业，则工效低，工作面转换时间长，且难以选配机械设备；仅靠小型机具操作，进度慢，随着洞身的延伸，运输困难，施工难度更大。

针对这种状况，寻找一种快速的施工组织模式，采用配套的专项机械设备组成机械化施工作业线，形成较高的、均衡的生产能力是确保项目按期完成的关键。

在小断面引水隧洞内采用机械设备配套技术组成隧洞开挖与混凝土衬砌作业线，在以下难点：
1、要求洞内运输设备容量大、运输能力大，如此可以减少工序衔接时间；要求运输设备横截面小、机动性强，减小与洞内其它设施之间的干扰；
2、嘎木隧洞开挖净空为2.4 ｍ ×2.7ｍ，衬砌后净空为1.6ｍ ×1.9 ｍ（马蹄形断面），洞身衬砌为全断面一次成型，因此难以组织开挖与衬砌实施平行作业。

3、若采取洞身开挖完成后再进行混凝土衬砌，则从洞身开挖成型到混凝土衬砌完成间隔时间过长，期间为确保洞身围岩稳定，需加强日常监控量测，及时对洞身变形地段采取临时补强支护措施。

经过对嘎木隧洞的多方案比较分析，确定的基本施工顺序为：洞身开挖完成
后再进行混凝土衬砌，在洞身开挖成型后辅以补强临时支护措施保证在隧洞未衬砌之前的洞身稳定，如此可以避开洞身开挖与衬砌作业两条施工作业线之间的运输干扰。

总体施工顺序为隧洞开挖期间组织开挖及初期支护两条作业线，两工作面平行向纵深掘进；洞身开挖及初期支护结束后再进行混凝土衬砌作业，期间由里向外组织混凝土衬砌、钢筋绑扎、工作面清理三个工作面向外退出。

选用有轨运输设备组成开挖、衬砌运输作业线，经比选确定开挖作业线的组成为：气腿式凿岩机钻孔，60m3/h 耙斗式装岩机装渣，12ｔ电瓶车牵引8m3梭式矿车出渣；洞身混凝土衬砌作业线组成为：模型采用2～3套定型组合钢模交替倒及，用12ｔ电瓶车牵引6m3轨行式混凝土输送车运输混凝土至工作面，泵送混凝土入模。

通过设备的选型和配套，以实现了较高的、稳定的生产能力。

三、嘎木隧洞总体施工布置
总体施工方案；长隧短做，按“两平一斜、三工区、四工作面”布置，即；设进口工区、出口工区、斜井工区，其中；斜井工区、进口工区主攻向为进口端及煤系地层。

整个隧道地质复杂、埋深大、工作面狭小、单口施工距离较长，如何组织实现快速施工，选配适当的机械设备、确定正确的施工方法，十分关键。

我们选用有轨运输模式，组配轨行式机械设备施工，组建开挖装运、喷锚支方护、混凝土衬砌机械化作业线；遵循“地探超前、控制爆破成型、临时支护紧跟、监控量测反馈”的作业方针；总体施工顺序为全隧开挖完成后，从中间开始向两端衬砌。

主要技术难点有：洞身开挖快速施工的组织与实施、防坍、临时支护补强及稳定性监测、洞身砼衬砌快速施工的组织与实施四、洞身开挖程序和施工方法。

1、施工方法
全断面开挖一次爆破成型、有轨运输出渣。

使用YT－28 气腿式凿岩机钻孔，光面（预裂）爆破开挖成，耙斗式装岩机装渣，12t电瓶车牵引8m3梭式矿车运渣至洞外弃渣场。

选用8m3梭式矿车，该矿车容量大横截面小，能满足行车界限要求，若每循环进尺2ｍ、渣量21m3，仅装4矿车，出渣速度大为提高。

采用耙斗式装岩机装渣可以利用调车间隙或先行清理出开挖面的弃渣，实现出渣与钻孔平行作业。

2、施工工艺流程
开始→进入工作面→洒水找顶→装渣→画断面及钻孔准备→钻孔（爆破孔、
锚杆孔）→装药爆破→进入下一作业循环。

3、施工辅助措施
①采用激光指向仪控制隧洞中线、高程，确定开挖轮廓。

②根据开挖地质情况调整爆破参数。

③按三班制六循环组织施工，实行以岗定人，一专多能的用工制度。

④采用收敛量测监控围岩度变形，必要及时进行付补强，通过监控防止围岩变形、危及洞身稳定。

4、主要施工设备及料具
钻孔设备：YT-28 气腿式凿岩机
装渣设备：60m3/h耙斗式装岩机
转渣设备：皮带转渣机运渣设备：s8梭式矿车
牵引设备：SCD-12ｔ电瓶车
轨道：采用24kg/m 钢轨铺设
通风设备：NKJ-NO5通风机
通风管：PVC软管、拉链式接头
5、临时支护施工方法说明
嘎木隧洞全长4235.44 m，将穿越Ⅲ～Ⅳ类围岩地段，进口段735米属煤系地层及出口段235米属软弱围岩．根据总体施工方案要在洞身开挖全部贯通后，再由中间向两端衬砌，因此从洞身开挖成型后到洞身衬砌完成间隔时间较长，必须采用切实可行的临时支护措施来确保未衬砌之前的洞身稳定。

根据隧洞的围岩类别，采用的支护形式如下：
① 0+000 ～ 0+735；0+935 ～ 4+235 段属Ⅳ～v围岩，支护形式拱部预设超前小导管、预注浆；设系统锚杆φ22、l-2ｍ，网喷、喷砼10 ～ 15cm。

② 0+735～ 3+900段属于Ⅲ～Ⅳ类围岩，喷砼厚5 ～ 10cm，必要时挂网、设局部锚杆。

五、洞身混凝土浇筑施工
嘎木隧洞为钢筋混凝土衬砌，共需模注混凝土10950m3。

我们对混凝土衬砌施工方案进行了比选。

目前国内外采用的钢模混凝土衬砌台车大体上有两种；一种是平移式，一种是穿行式。

平移式台车是车体与模板一体，待衬砌完成并达到一定
强度后脱模移至下一待衬砌地段作业。

穿行式钢模台车配两套以上模板，台车与模板各自成独立系统，混凝土浇筑完毕后，台车即可脱离模板，至下一待装模处与另一套模板联接并收拢，然后台车连同模板一起，从刚完成灌注的模板内穿行到下一待衬砌处，准备进入下一循环施工。

在小断面隧洞中，机械式整体模板台车受狭窄的施工环境限制，难以投入使用。

经过多项施工方法的比较和选择，采用灵活轻便、少占空间定型组合钢模替代整体式台车，采用专用小型机具来完成移动及现场组装就位。

本项隧洞衬砌施工中，共投入四套定型组合钢模从隧洞中间开始向两端衬砌，通过相邻两套模板的交替倒移实现均衡的混凝土灌注生产能力。

1、施工方法
人工完成定型组合钢模的移动及现场组装，12ｔ电瓶车牵引6m3轨行式混凝土输送车将砼送到灌注点，混凝土输送泵泵送砼入仓。

砼入仓后采用插入或附着式捣固器捣固，砼灌注完毕后养生至强度达到2.5MPa 后脱模，洒水养护28 天。

采用泵送砼入模，配备二套定型组合钢模交替倒益，一方面可以有足够的入仓工作面，另一方面减小了相邻两环衬砌之间的干扰。

选用6m3轨行式混凝土输送车，车体可以满足行车界限的要求，该车运送混凝土能力较大，满足了泵送入模的要求，保证衬砌砼的整体性。

2、施工程序
①混凝土衬砌施工程序
测量定位→处理欠挖、清除杂物→钢筋绑扎成型→移动模型就位→养生→脱模→进入下一循环的施工。

②钢筋施工程序
进料→抽样送检→放样加工、分类堆放→运输→工作面定位、绑扎成型。

3、施工工艺流程
准备→钢筋绑扎→模板安装就位→安设泵送混凝土管路→生产、运输、灌注混凝土→养生→进入下一循环施工
4、施工辅助措施
①使用激光指向仪控制断面修整、钢筋绑扎以及衬砌台车就位，特点是工效高，定位误差小。

②洞口布设45m3/h 生产能力的混凝土拌合系统，满足混凝土入仓力的要求。

5、主要施工设备及料具
模型：组合式定型钢模
混凝土生产设备：45m3/h拌合系统
混凝土运输设备：6m3轨行式罐车
牵引设备：SCD-12t电瓶车
输送设备：混凝土输送泵
四、结束语
传统的小断面输水隧道施工主要依赖小型机具施工，工效低、工期长，受狭小工作面、劳动生产率低的制约，一直以来长大小断面输水隧洞是制约项目成败的关键，解决专用机械设备配套的问题，形成专项机械化作业线一直在探索中。

输水隧洞是水利水电工程的重要组成部分之一，探索与实践综合施工配套技术的组织与实施，促进非标机械配设备的开发是十分必要的。

本文为小断面隧洞施工方案的选择提供参考。