大管棚進洞技術(shù)在涔天河水庫擴建工程中的應(yīng)用

李光傳 楊志明

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院 長沙市 410007）

1 工程及項目概況

涔天河水庫擴建工程位于湖南省永州市江華瑤族自治縣境內(nèi)的湘江支流瀟水上游峽谷出口處，系瀟水流域開發(fā)的第一梯級，下距江華縣城12 km。該工程是具有灌溉、防洪、下游河道補水和發(fā)電，兼顧航運等綜合利用的大型水利水電樞紐工程，水庫正常蓄水位313.0m，防洪庫容2.5億m3，總庫容15.1億 m3，電站裝機容量 200MW，為Ⅰ等大（I）型水利水電樞紐工程。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、泄洪洞、放空洞、發(fā)電引水洞、電站廠房和灌溉渠首工程等主要建筑物組成。

左岸臨時交通隧洞工程是為了解決涔天河樞紐施工期間，庫區(qū)數(shù)萬人對外出行問題，屬于臨建工程,施工后期進口部分改造為至左岸灌溉渠首交通入口，設(shè)計開挖拱半徑6.9m，開挖最大洞高8.0 m、底寬12.5m。原設(shè)計進口處，掘進40m未見洞臉基巖出露（明挖近6萬m3）；由于表土植被清除、順層切腳和軟化夾層影響，加之2013年8月15~19日的連日暴雨，造成圍巖受泡富水飽和，仰坡地表多處產(chǎn)生裂縫，最終該交通洞進口洞臉EL315m以上邊坡出現(xiàn)大面積滑坡、垮塌，致使施工進洞困難，該洞口被迫廢棄，重新選擇洞口進洞，既浪費建設(shè)成本，也影響了工期。結(jié)合新洞口的地形、地質(zhì)條件，設(shè)計采納交通鐵路系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，采用大管棚超前支護施工進洞。

2 超前大管棚支護進洞原理簡介

大管棚超前支護主要是沿隧洞襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管作為灌漿管棚，通過鋼管上的孔向圍巖灌漿，利用漿液滲透作用填充圍巖裂隙，使管棚與周邊圍巖固結(jié)緊密，并堵住巖體裂隙水，提高管棚的強度和剛度，從而提高圍巖的整體承載能力，增大洞室圍巖自穩(wěn)能力。另外，在管棚進口端一般設(shè)有導(dǎo)向墻基礎(chǔ)，另一端深入到隧洞圍巖，這樣可以對上部的破碎軟弱圍巖形成一個穩(wěn)定的“簡支梁”支撐結(jié)構(gòu)，此簡支梁可承受上部松動壓力或者傳遞上部荷載，起到承載、擴散和傳遞開挖釋放荷載的作用。

3 超前大管棚支護進洞措施

為保證順利進洞和施工安全，本工程采用了超前大管棚支護進洞方式：首先在預(yù)進洞位置處測量放樣，確保進洞洞頂部位基巖最小厚度（1～2）m，然后洞臉外側(cè)槽挖兩側(cè)導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻長度為4m；導(dǎo)向墻開挖到位后澆筑混凝土至圓拱腳部位，半挖半填（利用土石渣料）形成圓拱內(nèi)模，拱圈內(nèi)布置結(jié)構(gòu)鋼筋、3榀I18鋼拱架、導(dǎo)向管，然后澆筑混凝土，混凝土與內(nèi)側(cè)山體巖壁間不留縫隙。待頂拱混凝土達到設(shè)計強度75%以上，采用管棚鉆機快速成孔，插入管棚支護鋼管并灌漿，最后挖除明拱段預(yù)留巖體，進而進洞開挖施工，進洞后視圍巖破碎情況和灌漿固結(jié)情況及時進行鋼支撐等初期支護。

（1）導(dǎo)向墻及導(dǎo)向管施工。進洞前充分利用明拱段預(yù)留巖體阻滑，后期利用明拱段襯砌混凝土阻滑并“抬撐”管棚，同時兼做超前大管棚導(dǎo)向墻。在洞口管棚施工前，應(yīng)先澆筑導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻采用C25鋼筋混凝土澆筑，長（3～4）m，厚1m。導(dǎo)向墻在洞口襯砌外輪廓線以外施工，導(dǎo)向墻內(nèi)預(yù)埋Φ144mm、δ=6mm、L=4m間距40 cm導(dǎo)向鋼管，導(dǎo)向管的外插角為1°（偏角過小會侵入設(shè)計斷面造成欠挖，偏角過大可能造成大超挖）,為準確控制導(dǎo)向管沿拱圈環(huán)向布設(shè)間距、位置及方向，現(xiàn)場要求用全站儀或精密水準儀進行管棚和導(dǎo)向墻位置的放樣，采用經(jīng)緯儀以坐標法在工字鋼架上定出導(dǎo)向孔口套管的平面位置，用激光導(dǎo)向儀設(shè)定孔口管的傾角，用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。導(dǎo)向管牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移。

（2）管棚鋼管制作。大管棚采用熱軋無縫鋼管Φ108mm、δ=6mm、L=30m，環(huán)向中至中間距 40 cm，管壁加工梅花狀灌漿花孔，孔眼直徑10mm，間距50 cm，前端管頭加工成錐形方便送入，管錐頭亦留有灌漿孔隙,以便灌漿加固巖體，其中大管棚尾部4.5m范圍不鉆孔，防止漏漿。管棚鋼管由現(xiàn)場反鏟直接送入或打入；鋼管接長部位為現(xiàn)場焊接（相鄰鋼管的接頭位置在環(huán)向相互錯開）。

（3）鉆孔。鉆孔采用管棚鉆機鉆孔，鉆孔直徑130mm。為控制鉆孔過長后，鉆頭自重下垂或與孤石鉆進方向漂移，鉆進過程應(yīng)隨時用測斜儀量測角度和鉆進方向控制鉆孔的偏斜度，確保不侵占設(shè)計斷面也不偏離設(shè)計斷面過大；為防止周邊孔鉆孔震動造成先成孔局部塌孔，原則上要打一孔裝一管，鉆孔方向一般由高孔位向低孔位隔孔分序進行。

（4）灌漿。 初擬水泥漿水灰比 1∶1（重量比），灌漿初壓（0.5～1.0）MPa，終壓（2.0～2.5）MPa（漿液擴散半徑不小于0.5m），灌漿結(jié)束后采用砂漿封孔；全面灌漿前有必要對先灌孔進行灌漿試驗，并根據(jù)試驗的情況調(diào)整相應(yīng)灌漿參數(shù)。灌漿采用孔口密封，灌漿順序則由兩側(cè)對稱自下而上逐孔灌漿；灌漿結(jié)束標準：灌漿壓力持續(xù)升高，接近或達到灌漿預(yù)定壓力時且無明顯進漿量結(jié)束。一般地下水豐富時可摻用水玻璃；對吸漿量大的巖體宜用水泥砂漿灌注，節(jié)約材料并可提高增強鋼管強度和剛度。灌漿情況見圖1。

圖1 洞內(nèi)大管棚及灌漿情況

（5）洞內(nèi)初期支護。大管棚超前支護后，洞內(nèi)視具體開挖情況仍需做必要的洞內(nèi)初期支護。本工程洞口段初期支護為系統(tǒng)錨桿梅花布置L=4m@1.5×1.5m+I18鋼拱架 （間距 0.5m～1.0m， 連 接 鋼 筋Φ25@1 000mm）+Φ8@200mm 鋼筋網(wǎng)+噴護 0.2m厚C20混凝土+永久支護0.5m厚C25鋼筋襯砌混凝土；除此，由于進口部位頂拱上部巖體較薄，為防止爆破松動，現(xiàn)場要求進洞后的首段5m范圍內(nèi)禁止爆破，采用破碎錘撬挖方式掘進。

圖2為超前大管棚支護進洞施工流程圖。

4 施工注意事項

（1）疏排地表水、引排地下水、導(dǎo)向墻及鉆孔位置精度、灌漿都是制約大管棚超強支護進洞的關(guān)鍵因素；進洞開挖后，初期及時輔助支護也是大管棚支護成敗的關(guān)鍵，尤其是在巖體破碎、裂隙發(fā)育部位。

圖2 超前大管棚支護進洞施工流程圖

（2）導(dǎo)向墻澆筑前宜在隧洞進口臨空掌子面噴護一層素混凝土做止?jié){墻，防止壓力灌漿時出現(xiàn)漏漿浪費。

（3）鉆孔要求精度高，鉆孔偏差直接影響硐室開挖的超欠挖情況，故而要求開孔位置和終孔位置的準確性和同軸度，以免管棚送入時受卡，若出現(xiàn)局部卡鉆、塌孔，宜先灌漿再掃孔鉆進。

（4）采用控制爆破技術(shù)，如果爆破后超前支護的頂部被掏空，將會大大削弱其超前支護的效果。因此，在爆破時，須控制藥料、嚴禁超挖，以便使超前支護起到應(yīng)有的作用。

（5）掌子面前方正面的坍塌往往會導(dǎo)致超前支護的失效。在選擇開挖方法時，應(yīng)盡量降低開挖高度，采用半斷面正臺階法開挖，以保證掌子面的穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

超前支護措施在涔天河水庫擴建工程左岸臨時交通洞施工過程中效果顯著，洞臉頂部開挖高度1 m，幾乎不破壞植被及原狀土，進洞過程中洞臉無變形，掘進順利，大大縮短了進洞的工期，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益,為涔天河水庫擴建工程今后施工的泄洪洞、發(fā)電引水洞積累了成功經(jīng)驗，值得在類似工程中借鑒和推廣。