淺析三類圍巖支護方式在地下工程中的應(yīng)用

陳成鋒 余威威

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004）

淺析三類圍巖支護方式在地下工程中的應(yīng)用

陳成鋒 余威威

（中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004）

在施工實踐過程中，二類及以上圍巖往往由于巖性較好，施工起來比較安全，四類及以下圍巖雖然巖性比較差，但往往支護的比較及時，基本上是一循環(huán)一支護，施工起來安全系數(shù)也比較高。而出現(xiàn)問題比較多的主要是三類圍巖，由于其在地下工程中所處的位置比較特殊，屬于穩(wěn)定到不穩(wěn)定階段的中間巖層，再加上以往施工過程中重視程度不夠，因此，如何對其進行合理、有效的支護就顯得尤為重要?，F(xiàn)結(jié)合工程實際，對該類圍巖的支護方式作一介紹，供類似工程借鑒。

三類圍巖；支護；地下工程；應(yīng)用

1 概述

杭州市第二水源千島湖配水工程從千島湖淳安縣境內(nèi)取水，通過輸水隧洞將水引至杭州市余杭區(qū)閑林水庫，為下游原水輸水工程提供優(yōu)質(zhì)千島湖水，同時在輸水線路途中向建德市、桐廬縣及富陽市部分區(qū)域供水。輸水隧洞全線總長約112km，共劃分為16個標段，其中的施工9標，包括2條施工支洞和1條輸水主洞，支洞分別為全長599m的沈家支洞和全長764m的井灣里支洞，開挖斷面呈城門洞型，凈寬為5.5m×6.0m（寬×高）；輸水主洞全長6630m，樁號為56+850m～63+480m，開挖標準斷面呈平底馬蹄形，洞徑7.4～8.0m不等，同時按不同的圍巖類別采取不同的支護方式，襯后洞徑統(tǒng)一為6.7m。

圖1 輸水隧洞平面布置示意圖

2 存在的問題

在施工實踐過程中，2類及以上圍巖往往由于巖性較好，施工起來比較安全，4類及以下圍巖雖然巖性比較差，但往往支護的比較及時，基本上是一循環(huán)一支護，施工起來安全系數(shù)也比較高。問題最多、安全問題比較突出的往往出現(xiàn)在3類圍巖，由于其在地下工程中所處的位置比較特殊，屬于穩(wěn)定到不穩(wěn)定階段的中間巖層。施工過程中，由于支護不及時或者隱形節(jié)理面沒有及時發(fā)現(xiàn)造成支護不到位，從而出現(xiàn)掉塊、局部塌方等現(xiàn)象時有發(fā)生，對安全生產(chǎn)造成一定的影響。在“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”以及“以人為本、安全生產(chǎn)”的今天，必須高度重視地下工程的安全生產(chǎn)管理工作。

同時，在支護方式確定的情況下，也要高度重視圍巖判定工作，由于工程勘察的局限性，往往設(shè)計的圍巖類別與實際相差很大。圍巖類別的不同直接影響圍巖的穩(wěn)定性，因此在施工過程中要隨時掌握圍巖的變化情況，根據(jù)實際的圍巖類別采取相應(yīng)正確的支護方式。為確保圍巖類別判定工作的準確性，采用四方聯(lián)合會簽的方法是比較妥當?shù)模从山ㄔO(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位的有關(guān)地質(zhì)、水工等方面的技術(shù)人員聯(lián)合進行地質(zhì)素描及會簽，這樣就大大降低了圍巖判定工作的失誤風險，為采取正確的支護方式提供了保障。

3 支護方案

3.1 調(diào)整前的安全支護方案

本工程起初三類圍巖支護方式分為2種，即3類偏好圍巖和3類偏差圍巖。3類偏好圍巖頂拱150°范圍內(nèi)隨機打設(shè)直徑25mm，長4.5m的砂漿錨桿，掛設(shè)直徑8mm，間距15cm×15cm隨機鋼筋網(wǎng)片，噴射15cm厚的C25砼；三類偏差圍巖采用全斷面系統(tǒng)支護形式，即全斷面系統(tǒng)打設(shè)直徑25mm，長4.5m，間距1.5m的砂漿錨桿，掛設(shè)直徑8mm，間距15cm×15cm鋼筋網(wǎng)片，噴射15cm厚的C25砼進行支護。

圖2 調(diào)整前三類圍巖支護斷面圖

該支護方案在實際施工過程中，一般往往采用的是先進行系統(tǒng)或隨機錨桿打設(shè)，開挖一段距離以后再進行剩余支護工作。由于開挖距離過長導(dǎo)致支護不及時（最大時達到15m左右）、支護方式不當、掌子面前方圍巖未能進行有效加固以及隱形節(jié)理面很難發(fā)現(xiàn)造成該打設(shè)錨桿的位置沒有打設(shè)等原因?qū)е碌魤K、局部塌方等現(xiàn)象時有發(fā)生，特別是拱頂位置尤為明顯。為了進一步確保施工安全，需要對三類圍巖的開挖進尺及支護距離做出嚴格的規(guī)定，同時對相關(guān)支護方式進一步予以調(diào)整、完善。

3.2 調(diào)整后的安全支護方案

鑒于以上原因，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位多次召開有關(guān)會議進行探討，尋求合理有效的施工方案。最終提出了根據(jù)實際情況及時對3類圍巖的開挖進尺、支護距離、支護方式進行相應(yīng)調(diào)整的要求。

開挖進尺及支護距離要求3類偏好圍巖每排炮開挖進尺控制在3.0m以內(nèi)，支護距離控制在5～10m，不得超過10m；3類偏差圍巖開挖進尺控制在2.0m以內(nèi)，支護為隨挖隨支護，緊跟掌子面施工。

相應(yīng)的支護方式調(diào)整為在距掌子面0.3～0.8m、洞頂角度150°范圍內(nèi)設(shè)置7根圍巖加固錨桿（直徑25mm，L=4.5m，間距1.5m，排距3.0m），加固錨桿采用能夠及時發(fā)揮作用的藥卷錨桿進行施打，錨桿位置及角度根據(jù)圍巖條件設(shè)置，錨桿傾向掌子面前方，傾角不緩于45°；7根錨桿嚴禁與巖體結(jié)構(gòu)面小角度設(shè)置，并保證傾角不緩于45°，這樣就將掌子面前方的圍巖進行了有效的加固，從而確保了該部位的安全，施工過程中主要是加強對7根錨桿設(shè)置方向以及藥卷飽和度的重點控制。

必要時根據(jù)圍巖條件及時進行圍巖排險加固隨機錨桿施工，數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件設(shè)置，角度力求垂直于圍巖巖體危險控制主結(jié)構(gòu)面，嚴禁錨桿方向與巖石主結(jié)構(gòu)面平行。

除以上支護形式外，Ⅲ1類圍巖支護形式調(diào)整為頂拱150°范圍系統(tǒng)布置φ8@15cm×15cm鋼筋網(wǎng)，頂拱及側(cè)墻噴15cm厚C25砼，側(cè)墻也可視情況或地質(zhì)圍巖會簽單增加布置φ8@15cm×15cm掛網(wǎng)鋼筋，鋼筋網(wǎng)片需與已設(shè)錨桿焊接固定，同時根據(jù)需要設(shè)置φ8固定筋，保證噴砼時鋼筋網(wǎng)片固定；Ⅲ2類圍巖支護形式調(diào)整為全斷面系統(tǒng)布置φ8@15cm×15cm鋼筋網(wǎng)，噴15cm厚C25砼，鋼拱架部位加厚至20cm，全斷面增設(shè)I16鋼拱架，間距1.0m，鋼拱架每側(cè)拱腰、拱腳處各設(shè)置2根φ25鎖腳砂漿錨桿，錨桿長3.0m，排距1.0m，深入二次襯砌20cm，并與鋼拱架焊接。

以上方案最大的亮點是3類圍巖增設(shè)了超前7根圍巖加固錨桿，以及頂拱150°范圍內(nèi)全部改為系統(tǒng)掛網(wǎng)、噴混凝土支護，特別是3類偏差圍巖也增設(shè)了I16鋼拱架支撐，圍巖支護的安全性大大增加，同時，從工程經(jīng)濟性考慮，由于邊墻部位穩(wěn)定性較好，取消了該部位的錨桿系統(tǒng)支護。

圖3 調(diào)整后三類圍巖支護斷面圖

該支護方式由于增設(shè)了藥卷錨桿，為了確保該錨桿能夠及時有效的發(fā)揮作用，在確保藥卷錨固劑、鋼筋等原材料質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，保證藥卷錨桿的飽滿度是其中的關(guān)鍵所在。因此，2016年1月14日在監(jiān)理單位的見證下經(jīng)在沈家主洞上游段（K58+525-58+500）進行工藝性試驗以后，確定了4.5m長錨桿的藥卷數(shù)量不得低于20節(jié)。

表1 錨桿工藝性試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果，所有測試的錨桿飽滿度均在90%以上，說明受藥卷錨固作用的范圍內(nèi)錨桿、圍巖、錨固劑三者整體性較好。1～3號錨桿藥卷作用長度分別為2.39m、2.47m、3.09m， 說明隨著藥卷數(shù)量增加，藥卷錨固作用長度也隨之增加，且從20卷增加到22卷時，錨固作用長度增加程度更大。

圖4 藥卷錨桿工藝性試驗

4 實施安全監(jiān)測方案

為確保圍巖穩(wěn)定處于受控狀態(tài)，進行必要的施工期監(jiān)測對本工程安全施工有重要的指導(dǎo)意義。安全監(jiān)測工作是保證工程安全施工，減少塌方，避免各種安全事故發(fā)生的關(guān)鍵性措施；同時也是檢驗支護效果的重要措施。一般監(jiān)測工作由專業(yè)的監(jiān)測單位承擔，施工過程中要加強同其工作上的聯(lián)系，一旦有異常情況，要立馬采取應(yīng)急措施。

此外，為了將安全監(jiān)測工作做的更細，施工單位也要承擔一部分的監(jiān)測任務(wù)，主要包括收斂變形和拱頂沉降2項內(nèi)容的監(jiān)測工作，監(jiān)測斷面與專業(yè)監(jiān)測單位布設(shè)的斷面錯開布置。相關(guān)的監(jiān)測要求及監(jiān)測數(shù)據(jù)如下所示：

表2 開挖期施工單位安全監(jiān)測項目及頻次

圖5 主洞K61+510斷面周邊收斂時程曲線（2016年3月25日埋設(shè)，Ⅳ1類圍巖）

圖6 主洞K62+000斷面拱頂下沉時程曲線（2016年2月25日埋設(shè)，III1類圍巖）

通過目前布設(shè)監(jiān)測斷面的監(jiān)測結(jié)果以及監(jiān)測單位提供的反饋信息來看，各斷面收斂及拱頂下沉均處在可控范圍之內(nèi)，說明只要按照以上支護方式進行施工，3類圍巖就能夠在確保安全的條件下進行施工。

5 質(zhì)量保證措施

嚴格實行質(zhì)量驗收“三檢”制度。錨桿安裝、鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)、鋼拱架安裝、噴混凝土施工前須經(jīng)驗收，確認合格后方可進行下道工序施工。

嚴格控制施工原材料的質(zhì)量，未經(jīng)試驗及監(jiān)理工程師批準不得進場使用，噴射混凝土施工嚴格按照經(jīng)批準的配合比進行施工。

鋼筋及鋼拱架的種類、型號、直徑等均應(yīng)符合施工圖紙規(guī)定，在材料加工場下料加工，同時編號掛牌，有序堆放與運輸。

錨桿施工前測量配合布設(shè)孔位，確保錨桿數(shù)量及間距達到設(shè)計要求。錨桿造孔時，注意控制入巖角度，確保達到支護效果。

混凝土拌和時，嚴格按照配合比進行施工，并有專人負責監(jiān)督實施；在噴射作業(yè)面，試驗人員按照要求進行大板取樣，控制噴射質(zhì)量使其符合設(shè)計要求。

噴混凝土施工前，先對洞壁周邊進行檢查清理，確保洞壁無欠挖現(xiàn)象，巖壁的松動巖石、破碎帶清除干凈，確保巖壁質(zhì)量符合設(shè)計要求，同時設(shè)置噴層厚度控制標志，確保厚度符合設(shè)計要求。

6 安全保證措施

加強監(jiān)控量測，嚴格按照監(jiān)測方案進行數(shù)據(jù)采集、匯總及分析工作，發(fā)現(xiàn)變形及時采取變被動為主動的施工措施，消除安全隱患。

加強員工安全教育，增強安全意識，避免在施工過程中出現(xiàn)違章操作、違章指揮現(xiàn)象，把一切安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。

嚴格按各項安全操作規(guī)程、安全技術(shù)交底進行施工，確保施工安全。

在較差洞段開挖時必須采取“短進尺、弱爆破、早支護、快封閉、勤量測”的施工措施，避免發(fā)生塌方現(xiàn)象，保證施工安全。

加強洞內(nèi)通風，對洞內(nèi)破損的風管及時進行修補和更換，加強管理，隨時保持通風管的平順。

加強洞內(nèi)有毒有害氣體的監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)問題及時撤出人員，以免造成人員傷害。

做好排水系統(tǒng)，當出現(xiàn)涌水等水量比較大的突發(fā)事件時，能夠及時排水。

項目管理人員要加強巡視力度，發(fā)現(xiàn)不按照方案進行施工時，應(yīng)立即進行制止。同時，做好應(yīng)急物資儲備工作，確保在發(fā)生意外情況時能夠滿足施工需要。

7 結(jié)語

通過采取調(diào)整以后的支護措施，并在安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的指引下施工至今，該工程三類圍巖在開挖施工過程中均能夠安全通過，以往出現(xiàn)的掉塊及局部塌方等現(xiàn)象得到了有效控制，施工安全風險大大降低。由此可見，該種支護方式現(xiàn)場可操作性強，施工安全可靠，因此對其他類似工程有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[1]蔡建偉.淺析引洮供水期工程較差圍巖隧洞施工中的安全支護[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2010(2).

TV554

A

10.11974/nyyjs.20161108001

陳成鋒（1983-），男，大學學歷，工程師，項目總工，主要從事水利水電工程施工管理工作；余威威（1989-），男，大學學歷，助理經(jīng)濟師，主要從事水利水電工程施工管理工作。