淺析小斷面長(zhǎng)引水隧洞開挖及支護(hù)施工

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

開挖和襯砌平行作業(yè)是小斷面隧洞施工的難點(diǎn)，隧洞按先行開挖和初期支護(hù)，待洞身開挖貫通后再進(jìn)行混凝土襯砌的施工程序，投入配套的非標(biāo)機(jī)械設(shè)備組成開挖及混凝土襯砌作業(yè)線，提高單項(xiàng)工序的生產(chǎn)能力和設(shè)備利用率，可大幅壓縮工期，降低成本，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量安全和工期目標(biāo)。

1 工程概況

某引水隧洞長(zhǎng)8.85km，隧洞采用3個(gè)施工臨時(shí)支洞和隧洞進(jìn)出口共8個(gè)工作面進(jìn)行施工。

主要施工內(nèi)容有：石方洞挖、錨桿、錨筋束、鋼筋掛網(wǎng)、噴射混凝土、鋼筋混凝土襯砌、固結(jié)灌漿、回填灌漿等內(nèi)容。

2 引水隧洞開挖

(1)施工道路布置：洞挖施工道路結(jié)合明挖道路一起布置，隧洞基礎(chǔ)作為出碴道路，洞外與臨時(shí)施工便道連接，洞內(nèi)每間隔200m設(shè)置一個(gè)錯(cuò)車道。

(2)開挖施工設(shè)備選擇：手持式風(fēng)鉆鉆孔，移動(dòng)式空壓機(jī)供風(fēng)；翻斗車配合拖拉機(jī)出碴。

(3)施工供風(fēng)：洞挖施工供風(fēng)由設(shè)在洞口附近的集中供風(fēng)站移動(dòng)式空壓機(jī)供風(fēng)。

(4)開挖工作面：隧洞共設(shè)8個(gè)工作面同時(shí)開挖，以便節(jié)省工期。

3 隧洞支護(hù)施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中所提供的地質(zhì)情況，在本標(biāo)段引水隧洞開挖中圍巖類別分別為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖。Ⅲ類圍巖段采用φ25的錨桿支護(hù)L=3m，間排距為2m×2m，噴混凝土5cm～7cm(范圍：頂拱180°)；Ⅳ、Ⅴ類圍巖支護(hù)采用φ25錨桿L=5m，間排距1.5m×1.5m，噴C20混凝土10cm，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用花柵拱架進(jìn)行支護(hù)，Ⅳ類圍巖花柵拱架支護(hù)間距在0.6m～0.8m，Ⅴ類圍巖花柵拱支護(hù)間距在0.8m～1m。注漿用水泥砂漿經(jīng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，其基本配比范圍為水泥∶砂為1∶1～1∶2，水灰比為0.38～0.45。水泥砂漿隨拌隨用，拌制均勻，防止石塊或其他雜物混入。

3.1 噴射混凝土施工

在噴射混凝土前，對(duì)噴射面清洗處理，清除開挖面的浮石或其它堆積物；采用高壓風(fēng)槍沖洗巖面；埋設(shè)控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志；作業(yè)區(qū)應(yīng)具有良好的通風(fēng)條件和充足的照明設(shè)施，并對(duì)施工機(jī)械設(shè)備，風(fēng)、水管路及供電線路等進(jìn)行全面檢查和試運(yùn)行。在受噴面涌水部位埋設(shè)導(dǎo)管做好排水，導(dǎo)水效果不好的含水層可設(shè)盲溝排水，對(duì)淋水處可設(shè)截水圈排水。噴射混凝土使用的水泥、砂子、小豆石、外加劑等材料應(yīng)符合技術(shù)規(guī)范要求，噴射混凝土配合比按實(shí)驗(yàn)室提供的配合比并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后調(diào)整確定。

表1 噴射混凝土配合比

采用高壓風(fēng)槍將噴射面清理干凈，并在施工部位建立截流排水系統(tǒng)后可進(jìn)行混凝土噴射。

混凝土嚴(yán)格按配合比進(jìn)行拌制。噴射混凝土?xí)r對(duì)作業(yè)面進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)長(zhǎng)度在4m～6m。噴混凝土遵從自下而上、螺旋形劃圈(直徑為30cm左右)的噴射方式，且混凝土噴射的方向應(yīng)盡量垂直于受噴面，噴射的距離在1m左右，以減少混凝土回彈損失。第二層的噴射應(yīng)在第一層混凝土終凝后再進(jìn)行，噴射前應(yīng)做好前一層混凝土表面的清洗濕潤(rùn)。噴射完后對(duì)噴射機(jī)進(jìn)行清洗，以方便下一次施工。

3.2 管棚法支護(hù)施工

管棚法施工流程：準(zhǔn)備工作(加工制作鋼花管)→鉆孔→清孔→頂進(jìn)管棚→焊接注漿管、制作排氣孔→注漿管路檢查→壓水試驗(yàn)→漿液制作→注漿→堵口→下一工序。

3.2.1 施工方法

(1)鉆孔：采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，施工前控制好孔位、立軸方向及打設(shè)角度。經(jīng)檢查合格后才能開鉆，鉆孔大管棚孔徑以108mm為宜，施鉆過程中隨時(shí)記錄好每一段的圍巖情況。施鉆完畢后用高壓風(fēng)清孔。檢查鉆孔、打管質(zhì)量時(shí)，畫出草圖，對(duì)孔位編號(hào)，逐孔、逐根檢查并認(rèn)真填寫記錄。

(2)送管：鉆孔完畢并清孔后，及時(shí)頂進(jìn)鋼管。鋼管按設(shè)計(jì)要求加工制作，現(xiàn)場(chǎng)安裝成型。鋼管接長(zhǎng)采用絲扣連接，同時(shí)安裝過程中注意同一截面接頭錯(cuò)開。

(3)管口注漿孔加工：管口注漿孔采用30cm長(zhǎng)φ20鍍鋅鋼管，一頭與管棚堵頭鋼板焊接(鋼板先加工一與鍍鋅管內(nèi)徑相同的圓孔)，另一頭接注漿管。排氣孔亦采用鍍鋅管置于鋼管內(nèi)側(cè)上方。

(4)壓水試驗(yàn)：注漿前，先調(diào)試好注漿設(shè)備，檢查管路是否暢通，并做壓水試驗(yàn)，記錄好用水量、壓力、流量等參數(shù)。

(5)注漿：注漿材料采用水泥砂漿，水泥漿液水灰比1∶1，最大注漿壓力采用2MPa。注漿壓力應(yīng)逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后繼續(xù)注漿10min以上，并記錄好每孔進(jìn)漿量、注漿持續(xù)時(shí)間等數(shù)據(jù)。注完漿的鋼管要立即堵塞孔口，防止?jié){液外流。

3.2.2 工藝要求

(1)工程材料控制措施：水泥、鋼材等材料必須三證(出廠證、合格證、檢驗(yàn)證)齊全，進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)定抽檢，合格后方可使用。施工前鋼管施工員必須對(duì)施工順序、操作方法和要求向操作人員詳細(xì)交底，施工過程中對(duì)鋼管規(guī)格、數(shù)量、位置隨時(shí)進(jìn)行復(fù)核檢查。同一截面鋼管的接頭數(shù)量應(yīng)符合規(guī)范要求。

(2)管棚加工及安裝：管棚鋼管應(yīng)按設(shè)計(jì)要求分節(jié)加工，現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)，應(yīng)控制接頭位置的準(zhǔn)確及對(duì)接牢固，對(duì)不符合要求的重新加工安裝。管棚在開挖輪廓線上按設(shè)計(jì)位置及角度打入?？孜徽`差≤5cm；角度誤差≤2°。

(3)注漿：注漿前先進(jìn)行壓水試驗(yàn)，得出部分施工參數(shù)，用以指導(dǎo)施工。注漿壓力應(yīng)由小到大，先采用小壓力注漿，待孔滿后封閉排氣孔加壓至設(shè)計(jì)終壓持續(xù)10min以上。必須保證孔眼漿液飽滿密實(shí)，擴(kuò)散范圍達(dá)到設(shè)計(jì)要求。注漿過程中，要逐管填寫記錄，標(biāo)明注漿壓力、注漿量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。注漿效果檢查在洞身開挖后進(jìn)行，主要檢查注漿量偏少和有懷疑的鋼管，認(rèn)真填寫檢查記錄。通過鉆孔檢查注漿范圍及厚度，小于30cm時(shí)，補(bǔ)打小導(dǎo)管并注漿。

3.3 掛網(wǎng)施工

固定掛網(wǎng)的錨筋一般利用錨桿或另打插筋，鋼筋網(wǎng)沿開挖面鋪設(shè)，并在巖面噴射一層混凝土后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的安裝，鋼筋網(wǎng)與壁面的距離是3cm～5cm，在有錨桿的部位，將掛網(wǎng)采用焊接方法固定在錨桿尾部，人工整理平整，使其緊貼初噴層，之后采用噴射混凝土覆蓋，鋼筋網(wǎng)混凝土保護(hù)層厚度≥2cm。鋼筋網(wǎng)片在鋼筋加工廠制作，用5t載重汽車運(yùn)至工作面，采用簡(jiǎn)易鋼筋臺(tái)車安裝。

3.4 注漿小導(dǎo)管施工

在不良地質(zhì)條件下，用4m長(zhǎng)φ40mm注漿小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)。小導(dǎo)管與開挖洞面成10°角，斷面間距為1m。小導(dǎo)管用手風(fēng)鉆完成φ42mm成孔，成孔完后用壓力水進(jìn)行沖洗。沖洗壓力為80%灌漿壓力，且≤1MPa。沖洗直至回流水變清為止。灌漿水灰比采用0.5和0.6兩種水灰比進(jìn)行灌注，灌漿壓力在0.2MPa～0.3MPa之間。

3.5 花柵格構(gòu)架施工

對(duì)于地質(zhì)條件較差的洞段，為保證洞室開挖過程中和已成型斷面的圍巖穩(wěn)定，在開挖過程中，根據(jù)圍巖情況，Ⅳ類、Ⅴ類圍巖采用花拱架方法進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，其中Ⅳ類圍巖支護(hù)間距為0.6m～0.8m，Ⅴ類圍巖支護(hù)間距為0.8m～1.0m，以保證洞室圍巖穩(wěn)定。花拱架采用φ22mm的螺紋鋼筋制作，花拱架寬約17cm，高約12cm，中間采用“S”形螺紋鋼筋焊接，使其成為一個(gè)柔性支撐體，長(zhǎng)度根據(jù)拱周長(zhǎng)進(jìn)行加工制作，花拱架底座采用200mm×200mm×20mm鋼板。拱角開挖時(shí)，需超挖一定范圍，以便形成拱座安放花拱架或鋼支撐底座；對(duì)無(wú)法形成拱座的部位，采用打插筋和填補(bǔ)混凝土的方法進(jìn)行修補(bǔ)；花拱架的連接方式采用焊接?；殴凹苤g用φ22或φ25鋼筋連接，間距為1m?；殴凹苓B接盡量利用錨桿，若不能利用則布設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿長(zhǎng)2.5m，用φ22鋼筋制作，間距為1.0m～1.5m，視現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

中小型水利水電工程引水隧洞襯砌施工因斷面小、施工方案難以實(shí)施常成為施工的主要困難之一，在施工時(shí)解決好小斷面引水隧洞的開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，并對(duì)此進(jìn)行良好的控制，才能為小斷面引水隧洞的預(yù)期施工質(zhì)量和工期目標(biāo)提供基礎(chǔ)。