CN116241269A - 深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构。它包括位于水下的钢筋混凝土结构和隧洞进口；钢筋混凝土结构包括进水口边墙、进水口底板和混凝土面板；进水口边墙分别设置在施工竖井两侧；进水口底板设置在施工竖井底部；混凝土面板沿山体边坡布置在间隔设置的进水口边墙下游端；混凝土面板一端设置在隧洞进口与进水口边墙的连接处、另一端向上伸出进水口边墙；隧洞进口设置在进水口边墙下部；隧洞进口与钢筋混凝土结构围成的喇叭形结构相连通；多功能消涡梁设置在间隔设置的二个进水口边墙之间。本发明具有在隧洞进水口水下施工简便，安全性高，投资少的优点。本发明还公开了深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法。

Description

深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种水下布置的隧洞进水口结构及施工方法。更具体地说它是一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构及其施工方法，主要适用于施工期水位无法降至隧洞进口底板高程以下，进口开挖支护及永久结构需要在水下进行的隧洞施工。

背景技术

在已建水库或天然湖泊中新建隧洞进水口通常采用降低库水位或进口修建临时围堰挡水的方式保证干地施工，由于新建隧洞进水口位于水面以下数十米深处，放空或降低水库水位将给社会、经济、环境、生态和旅游带来极大的负面影响和损失。若修建深水围堰，由于围堰高、工程量大、防渗处理难，同时还要考虑基坑的清淤、开挖、排水以及交通运输等问题，施工比较复杂、工期较长；进水口建成后，围堰的拆除也比较困难，工程造价高。有的工程(如隧洞进口地形较陡且地质条件较差的情况)受地形、地质、水深等因素限制，根本就没有建围堰的可能性，又不能放空水库或降低水位，往往只能采取水下施工。

目前隧洞进口水下施工常采用岩塞爆破法施工，但岩塞爆破存在以下缺点：①岩塞设计要求高，岩塞太厚难以一次爆通，太薄则结构不安全；②爆破施工技术难度大，开挖药室安全性差，爆破漏斗破裂线不易控制，爆破振动影响较大；③工程造价高；④岩塞爆破后，仅贯通了进水口与引水隧洞，进水口结构仍为岩石，未采取任何工程措施，存在岩体自身结构安全风险。

因此，开发一种施工振动影响小、工程造价低、施工安全性高、且能直接进行水下施工的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构及其方法很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了提供一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，施工振动影响小、工程造价低、施工安全性高，能直接在隧洞进水口水下施工、施工简便、安全性高、投资少，施工时无需通过降低库水位或进口修建临时围堰挡水；解决了干地施工方式需要在新建隧洞进水口通常采用降低库水位或进口修建临时围堰挡水的方式保证干地施工的缺陷；有效解决了深水条件下新建隧洞进水口水下施工及进水口结构成套技术，尤其适用于隧洞进口地形较陡且地质条件较差的情况。

本发明的第二目的是为了提供一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法，通过水下非爆破施工技术，形成水下新建隧洞进水口结构，适用于深水条件下新建隧洞的施工。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：在深水条件下开挖浇筑而成；深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构呈喇叭形；

深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构包括位于水下的钢筋混凝土结构和隧洞进口；

钢筋混凝土结构包括进水口边墙、进水口底板和混凝土面板；

进水口边墙分别设置在施工竖井两侧；

进水口底板设置在施工竖井底部、且位于进水口边墙底部；

混凝土面板沿山体边坡布置在间隔设置的进水口边墙下游端；混凝土面板一端设置在隧洞进口的上方、另一端向上伸出进水口边墙；

隧洞进口设置在进水口边墙下部、且位于混凝土面板外侧下端；

隧洞进口与钢筋混凝土结构围成的喇叭形结构相连通；

多功能消涡梁设置在间隔设置的二个进水口边墙之间。

在上述技术方案中，多功能消涡梁有多排，多排多功能消涡梁沿进水口边墙的纵向呈间隔设置；

每排多功能消涡梁包括一根或多根多功能消涡梁。

在上述技术方案中，进水口边墙呈直角梯形结构；进水口边墙上端的长度大于下端的长度。

在上述技术方案中，隧洞进口的底板与进水口底板齐平。

在上述技术方案中，进水口边墙的下游端设置滑槽；滑槽位于进水口边墙与混凝土面板的连接处；

滑槽的长度与进水口边墙的下游端长度相等；

拦污栅设置在滑槽上、且与滑槽滑动连接。

为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法，包括如下步骤，

步骤一：在水下预留岩坎的下游侧、隧洞进口边坡明挖，形成施工平台；在施工平台上根据隧洞进水口结构尺寸确定施工竖井开挖的范围；

步骤二：在步骤一确定的施工竖井的四周进行单排或双排帷幕灌浆，形成封闭的帷幕灌浆结构；

步骤三：在步骤一确定的施工竖井开挖范围内进行施工竖井开挖与支护；

开挖前，在施工竖井四周设置锁口；按照从上往下的顺序开挖施工竖井；

施工竖井施工过程中，采用系统锚杆和钢筋混凝土一次衬砌进行支护；

步骤四：隧洞进水口结构施工；

在施工竖井内按照从下往上的顺序浇筑钢筋混凝土结构、并通过系统锚杆和钢筋混凝土一次衬砌支撑；

步骤五：隧洞进口段开挖及衬砌支护；

在隧洞进口处开挖隧洞进口段，并通过衬砌支护；

步骤六：隧洞进口段施工完毕后，关闭隧洞闸门，对隧洞进口进行充水平压；

步骤七：切断施工竖井迎水面侧初期支护的钢筋，并在帷幕灌浆结构的上游侧开口，以便上游的水流穿过帷幕灌浆结构、进入深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构；

根据施工水深选择长臂挖掘机进行水下预留岩坎拆除。

在上述技术方案中，在步骤一中，施工平台在水位以上，施工平台的大小满足施工作业场地需要。

本发明所述的深水条件，是指新建隧洞进水口位于水面以下数十米深处。

本发明具有如下优点：

本发明针对隧洞进水口水下施工困难的问题，通过进水口永久结构与施工竖井结合，施工竖井开挖前，采取帷幕灌浆进行防渗处理，减少竖井开挖后的渗水；竖井开挖过程中，采取边开挖边支护的方式，有效保障施工安全；预留岩坎待永久结构施工完成后进行岩坎水下非爆破开挖拆除，这种进水口结构及施工方法既满足水下干地施工要求，又保证了结构安全。

本发明提出的一种隧洞进水口结构及施工技术方法，施工简便，安全性高，投资少，能够有效避免爆破开挖带来一系列问题，为水下非爆破开挖提供新的思路。

附图说明

图1为本发明隧洞进水口开挖支护及结构纵剖面图。

图2为本发明隧洞进水口开挖支护及结构横剖面图。

图3为本发明深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的立体结构示意图。

在图1中，A1表示隧洞的上游；A2表示隧洞的下游；A3表示施工期水位；箭头A4表示水流方向；

图中1-施工平台，2-施工竖井，3-帷幕灌浆，4-系统锚杆，5-钢筋混凝土一次衬砌，6-水下预留岩坎，7-钢筋混凝土结构，7.1-进水口边墙，7.11-滑槽，7.2-进水口底板，7.3-混凝土面板，8-隧洞进口，9-多功能消涡梁，10-拦污栅。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，在深水条件下开挖浇筑而成；深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构呈喇叭形；

深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构包括位于水下的钢筋混凝土结构7和隧洞进口8；

钢筋混凝土结构7包括进水口边墙7.1、进水口底板7.2和混凝土面板7.3；

进水口边墙7.1分别设置在施工竖井2两侧；

进水口底板7.2设置在施工竖井2底部、且位于进水口边墙7.1底部；

混凝土面板7.3沿山体边坡布置在间隔设置的进水口边墙7.1下游端；混凝土面板7.3一端设置在隧洞进口8的上方、另一端向上伸出进水口边墙7.1；

隧洞进口8设置在进水口边墙7.1下部、且位于混凝土面板7.3外侧下端；

隧洞进口8与钢筋混凝土结构7围成的喇叭形结构相连通；

多功能消涡梁9设置在间隔设置的二个进水口边墙7.1之间(如图2、图3所示)。

进一步地，多功能消涡梁9有多排，多排多功能消涡梁9沿进水口边墙7.1的纵向呈间隔设置；

每排多功能消涡梁9包括一根或多根多功能消涡梁9。每排多功能消涡梁9中的多功能消涡梁9的数量相同或不同(如图3所示),多功能消涡梁9用于对钢筋混凝土结构7进行支撑，同时消除漩涡。

进一步地，进水口边墙7.1呈直角梯形结构；进水口边墙7.1上端的长度大于下端的长度；混凝土面板7.3呈倾斜设置。

进一步地，隧洞进口8的底板与进水口底板7.2齐平(如图2、图3所示)。

更进一步地，进水口边墙7.1的下游端设置滑槽7.11；滑槽7.11沿进水口边墙7.1下游端设置；滑槽7.11与混凝土面板7.3呈平行设置、且位于混凝土面板7.3上游侧；

滑槽7.11位于进水口边墙7.1与混凝土面板7.3的连接处；混凝土面板7.3为拦污栅10提供支撑及限位作用；

滑槽7.11的长度与进水口边墙7.1的下游端长度相等；

拦污栅10设置在滑槽7.11上、且与滑槽7.11滑动连接(如图3所示)，拦污栅10用于对进入深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的上游水流进行拦污处理。

参阅附图可知：所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法，包括如下步骤，

步骤一：在水下预留岩坎6的下游侧、隧洞进口边坡明挖，形成施工平台1；在施工平台1上根据隧洞进水口结构尺寸确定施工竖井开挖的范围；岩坎6为施工竖井2提供支撑及防水作用，保证施工期间的施工安全；

步骤二：在步骤一确定的施工竖井的四周进行单排或双排帷幕灌浆，形成封闭的帷幕灌浆结构3，帷幕灌浆结构3为施工竖井2提供防渗作用，保证施工期间的施工安全；

步骤三：在步骤一确定的施工竖井开挖范围内进行施工竖井2开挖与支护；

开挖前，在施工竖井四周设置锁口；按照从上往下的顺序开挖施工竖井2；

施工竖井施工过程中，采用系统锚杆4和钢筋混凝土一次衬砌5进行支护；

步骤四：隧洞进水口结构施工；

在施工竖井2内按照从下往上的顺序浇筑钢筋混凝土结构7、并通过系统锚杆4和钢筋混凝土一次衬砌5支撑；

步骤五：隧洞进口段开挖及衬砌支护；

在隧洞进口8处开挖隧洞进口段，并通过衬砌支护；

步骤六：隧洞进口段施工完毕后，关闭隧洞闸门，对隧洞进口8进行充水平压；

步骤七：切断施工竖井2迎水面侧初期支护的钢筋，并在帷幕灌浆结构3的上游侧开口，以便上游的水流穿过帷幕灌浆结构3、进入深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构；

根据施工水深选择长臂挖掘机进行水下预留岩坎6拆除，便于上游的水流进入深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构(如图1、图2、图3所示)。

进一步地，在步骤一中，施工平台1顶高程应在施工期控制水位以上按《水利水电工程围堰设计规范》考虑安全超高(如图1所示)，即施工平台1在水位以上，施工平台1的大小需满足施工作业场地需要。

为了能够更加清楚的说明本发明所述的深水条件下非爆破施工的进水口结构及其方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表1所示：

表1对比结果

从上表1可知：本发明所述的深水条件下非爆破施工的进水口结构及其方法与现有技术相比，施工程序简便、安全性能高、工程投资低。

实施例

现以本发明试用于湖北某水库的隧洞进水口施工为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工同样具有指导作用。

本实施例中，湖北某水库投入运行50余年，除险加固过程中将原坝下涵管封堵后，在大坝右岸山体新建隧洞。隧洞进口迎水面山体坡度较陡，平均坡度40°左右，岸坡基岩裸露，由泥质粉细砂岩、砂质粘土岩组成，岩层倾南西西，倾角17°左右，岸坡为斜～横向坡。水库施工期水位高于隧洞进水口底板高程12m，同时受地形条件限制，无法修建临时挡水围堰，无法采用常规的岩塞爆破法施工，或即使采用岩塞爆破法施工，会大大增加工程投资成本。

现采用本发明所述水下非爆破施工结构及方法对本实施例进行深水条件下隧洞进水口结构的施工。

如图1、图2所示，本实施例采用本发明所述深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法对湖北某水库的隧洞进水口结构进行施工，包括如下步骤：

步骤(1)：根据边坡开挖坡比开挖出施工平台1，施工平台1的长度及宽度需结合进水口结构及施工竖井尺寸确定，同时满足预留岩坎6的厚度；施工平台1高程根据预留岩坎6顶高程确定，需按《水利水电工程围堰设计规范》考虑安全超高。

步骤(2)：在已经实施步骤(1)形成的施工平台1处确定施工竖井2的范围，施工竖井2的尺寸根据进水口结构尺寸确定；在施工竖井2的边线范围外3～5m处进行帷幕灌浆、形成封闭的帷幕灌浆结构3，灌浆排数根据岩层透水率确定，灌浆深度深入相对不透水层且不得高于进水口结构的底高程。

步骤(3)：开挖施工竖井2，开挖前对施工竖井2周边进行锁口，开挖采用铣挖机配合挖掘机进行开挖，开挖过程中采取边开挖边支护的方式，采用系统锚杆4及钢筋混凝土一次衬砌5进行支护。

步骤(4)：在已经实施步骤(3)形成的施工竖井2中进行隧洞进水口钢筋混凝土结构7浇筑，多功能消涡梁9结构可对钢筋混凝土结构7进行支撑连接，同时起到消除漩涡的作用。

步骤(5)：进行隧洞进口8及隧洞开挖。

步骤(6)：隧洞施工完毕后，关闭隧洞闸门，对隧洞进口8进行充水平压。

步骤(7)：进行拦污栅10安装。

步骤(8)：切断迎水面竖井侧初期支护的钢筋，根据施工水深选择长臂挖掘机进行岩坎水下拆除(其中，岩坎水下拆除方法为现有技术)。

结论：本实施例采用本发明方法对湖北某水库的隧洞进水口结构进行施工，施工程序简便高效，无需进行专项爆破设计、专项审批，且在施工过程中无需监测爆破振动速度，节省时间成本及投资成本；本实施例通过发明方法采用机械开挖施工，安全性更高；本实施例采用本发明方法的工程投资约为369万元，同样的施工采用现有爆破施工方法的工程投资约为498万元，相对于爆破施工方法，本实施例通过发明施工方法的技术方案的创新、节省工程投资约35％，取得了商业上的成功。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (7)

1.一种深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：在深水条件下开挖浇筑而成；深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构呈喇叭形；

深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构包括位于水下的钢筋混凝土结构(7)和隧洞进口(8)；

钢筋混凝土结构(7)包括进水口边墙(7.1)、进水口底板(7.2)和混凝土面板(7.3)；

进水口边墙(7.1)分别设置在施工竖井(2)两侧；进水口底板(7.2)设置在施工竖井(2)底部、且位于进水口边墙(7.1)底部；

混凝土面板(7.3)沿山体边坡布置在间隔设置的进水口边墙(7.1)下游端；混凝土面板(7.3)一端设置在隧洞进口(8)的上方、另一端向上伸出进水口边墙(7.1)；

隧洞进口(8)设置在进水口边墙(7.1)下部、且位于混凝土面板(7.3)外侧下端；

隧洞进口(8)与钢筋混凝土结构(7)围成的喇叭形结构相连通；

多功能消涡梁(9)设置在间隔设置的二个进水口边墙(7.1)之间。

2.根据权利要求1所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：多功能消涡梁(9)有多排，多排多功能消涡梁(9)沿进水口边墙(7.1)的纵向呈间隔设置；

每排多功能消涡梁(9)包括一根或多根多功能消涡梁(9)。

3.根据权利要求1或2所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：进水口边墙(7.1)呈直角梯形结构；进水口边墙(7.1)上端的长度大于下端的长度。

4.根据权利要求3所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：隧洞进口(8)的底板与进水口底板(7.2)齐平。

5.根据权利要求4所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构，其特征在于：进水口边墙(7.1)的下游端设置滑槽(7.11)；滑槽(7.11)位于进水口边墙(7.1)与混凝土面板(7.3)的连接处；

滑槽(7.11)的长度与进水口边墙(7.1)的下游端长度相等；

拦污栅(10)设置在滑槽(7.11)上、且与滑槽(7.11)滑动连接。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：在水下预留岩坎(6)的下游侧、隧洞进口边坡明挖，形成施工平台(1)；在施工平台(1)上根据隧洞进水口结构尺寸确定施工竖井开挖的范围；

步骤二：在步骤一确定的施工竖井的四周进行单排或双排帷幕灌浆，形成封闭的帷幕灌浆结构(3)；

步骤三：在步骤一确定的施工竖井开挖范围内进行施工竖井(2)开挖与支护；

开挖前，在施工竖井四周设置锁口；按照从上往下的顺序开挖施工竖井(2)；

施工竖井施工过程中，采用系统锚杆(4)和钢筋混凝土一次衬砌(5)进行支护；

步骤四：隧洞进水口结构施工；

在施工竖井(2)内按照从下往上的顺序浇筑钢筋混凝土结构(7)、并通过系统锚杆(4)和钢筋混凝土一次衬砌(5)支撑；

步骤五：隧洞进口段开挖及衬砌支护；

在隧洞进口(8)处开挖隧洞进口段，并通过衬砌支护；

步骤六：隧洞进口段施工完毕后，关闭隧洞闸门，对隧洞进口(8)进行充水平压；

步骤七：切断施工竖井(2)迎水面侧初期支护的钢筋，并在帷幕灌浆结构(3)的上游侧开口，以便上游的水流穿过帷幕灌浆结构(3)、进入深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构；

根据施工水深选择长臂挖掘机进行水下预留岩坎(6)拆除。

7.根据权利要求6所述的深水条件下非爆破施工的隧洞进水口结构的施工方法，其特征在于：在步骤一中，施工平台(1)在水位以上，施工平台(1)的大小满足施工作业场地需要。

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