隧洞開挖超前支護(hù)施工技術(shù)在吉林汪清縣西大坡水利樞紐工程中的應(yīng)用
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何 淼
(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林長春 130021)
【摘要】本文通過分析汪清縣西大坡水利樞紐輸水隧洞工程地質(zhì)情況,根據(jù)地質(zhì)情況分析確定隧洞開挖超前支護(hù)施工技術(shù),并對超前支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了論述 本次隧洞開挖超前支護(hù)施工技術(shù)非�？茖W(xué)、合理，能夠滿足隧洞工程施工要求，施工符合設(shè)計及規(guī)范要求
【關(guān)鍵詞】 隧洞開挖：超前支護(hù)施工技術(shù)；水利樞紐：應(yīng)用
1 工程實例
吉林汪清縣西大坡水利樞紐工程總庫容4375萬m3，屬于中型水庫，壩址距汪清縣19.0km。該工程主要建筑物包括：黏土心墻堆石壩大壩、輸水隧洞、溢洪道和輸水管線等。
黏土心墻堆石壩最大壩高為36. 4m，最大壩長為335. 5m，壩頂寬10. 0m，壩體上游坡比為1：1.5，下游坡比為1：2.0，下游布設(shè)兩條馬道，馬道寬3. 5m，壩體料為石渣。
溢洪道由引水段、控制段、漸變段、陡槽段及挑流式消能段組成，結(jié)構(gòu)形式為敞開式，溢洪道總長52m,寬5m，高8m，控制段堰型采用堰高1m的駝峰堰。
輸水隧洞布置在左岸山體內(nèi)，呈折線形，隧洞總長720m，工程建設(shè)期間輸水隧洞兼導(dǎo)流作用，工程建設(shè)完成后在輸水隧洞出口連接一個壓力鋼管用于工程灌溉及工業(yè)和城市用水。
該工程以灌溉供水、城市供水、防洪為主，其他綜合利用工程為輔.工程建設(shè)完成后，可為汪清縣城區(qū)供水2714.8萬n．3/a、農(nóng)田及煙地灌溉工程供水159.7萬m3/a、煙地灌溉供水23萬m3/a，汪清河下游兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)將由5年一遇提高到10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。，
2工程地質(zhì)情況分析
吉林汪清縣西大坡水利樞紐工程輸水隧洞工程主要圍巖類別為V類、Ⅳ類兩種，樁號10 +000. 00~LO+250. 00段，隧洞長250m，圍巖為褐紅色泥質(zhì)粉細(xì)砂巖為主，局部含有卵、砂礫巖層，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖層呈中厚層裝，圍巖弱風(fēng)化帶無地下水分布，常年呈干燥或局部潮濕狀態(tài)。樁號10+ 250. 00~10+ 720. 00段，隧洞長470m，圍巖微風(fēng)化或弱風(fēng)化巖層，受地質(zhì)構(gòu)造影響裂隙發(fā)育，部分張開泥巖膠結(jié)，地形破碎、沖溝發(fā)育，巖層產(chǎn)狀NE30。~50。NW/5。~10。。巖體呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，與隧洞平行，斷層破碎帶小于2m，局部呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)特征。
3隧洞開挖超前支護(hù)施工技術(shù)
3.1 隧洞口大管棚支護(hù)
超前管棚支護(hù)是對隧洞開挖前在洞石開挖周邊輪廓線上鉆孔、安裝鋼管、灌漿的一種預(yù)支護(hù)措施，將頂部巖石的變形壓力全部傳遞給了管棚支撐拱架，支撐拱架相互連接支撐為一個整體拱架，從而有效地保證了隧洞開挖與初支護(hù)安全，管棚支護(hù)為10 +000. 00~10 +045. 00段。
大管棚打孔按照設(shè)計圖紙進(jìn)行施工，打孔完成后安裝鋼管并注漿，鋼桁架要在每鉆完一孔立即進(jìn)行安裝。管棚施工技術(shù)參數(shù)見表1。
3.1.1 管棚施工工序（見圖1）
3.1.2施工方法
3.1.2.1 護(hù)拱施工
護(hù)拱采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土固定端，形成管棚的護(hù)拱，護(hù)拱設(shè)置在洞石開挖邊線范圍以外，貼近掌子面，鋼筋混凝土護(hù)拱澆筑時埋設(shè)118工字鋼，且工字鋼鋼管焊接成整體。
護(hù)拱基礎(chǔ)開挖至基巖面后進(jìn)行（b25錨桿造孔安裝，安裝錨桿使?jié)仓蟮幕炷僚c基巖面鏈接牢固。118工字鋼環(huán)向埋設(shè)，埋設(shè)間距500mm，孔口管與工字鋼焊接牢固，確�；炷翝仓䲡r不發(fā)生移動。混凝土澆筑采用泵送混凝土，澆筑過程中人工搭設(shè)滿堂腳手架作為支撐，滿堂腳手架上鋪設(shè)竹夾板，作為人工操作平臺。
3.1.2.2鉆機(jī)安裝及造孔
超前洞口管棚支護(hù)鉆機(jī)布置在搭設(shè)完成的滿堂腳手架上，孔位的控制根據(jù)鉆機(jī)的高低鋪墊方木，放置鉆機(jī)平臺搭設(shè)一定要穩(wěn)固，鉆孔時防止鉆機(jī)擺動或振動導(dǎo)致鉆孔位置移動。鉆機(jī)采用輪式汽車吊吊裝，人工配合汽車吊安裝調(diào)整鉆機(jī)位置，保證鉆桿軸線與孔位軸線對應(yīng)（如圖2所示）。鉆孔鉆機(jī)采用120B潛孔式鉆機(jī)，鉆孔孔徑為qb110，鉆孔過程中認(rèn)真做好鉆孔記錄，對孔內(nèi)巖屑認(rèn)真觀察、分析、判斷，為后期隧洞開挖作為依據(jù)。鉆孔過程中出現(xiàn)巖層不好的情況，例如：卡鉆、塌孔時，應(yīng)立即停止鉆孔，進(jìn)行注漿待凝固后繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆孔速度要合理控制，一般情況下鉆機(jī)開始鉆進(jìn)時要緩慢低速鉆進(jìn)，成孔 1.0~1. Sm后可以適當(dāng)加速進(jìn)行鉆孔。鉆孔時及時r解成孔質(zhì)量情況，發(fā)現(xiàn)問題時及時處理解決。
3.1.2.3 清孔、驗孔、鋼管安裝及注漿
造孔完成后采用高壓風(fēng)槍在孔內(nèi)進(jìn)行沖洗，將孔內(nèi)雜物、碎石、石粉全部清理干凈，確�？變�(nèi)干凈，檢驗孔深和孔徑一定要符合要求。鉆孔驗收合格后開始安裝管棚鋼管，管棚鋼管根據(jù)編號順序依次進(jìn)行人工安裝，管棚接頭采用專用鋼管上加工好的絲扣加固，鋼管周圍鉆開1b25出漿孔。管棚鋼管安裝完成立即進(jìn)行注漿，注漿必須單根進(jìn)行注入，每成孔一根立即進(jìn)行注漿，注漿初壓為0. 3MPa，中壓為1.8MPa，注漿水灰比為0.8：1。
3.2 隧洞洞身分層開挖超前支護(hù)
該工程輸水隧洞洞身LO+045. 00~LO+250. 00段圍巖屬于V類圍巖，根據(jù)圍巖情況，該段采用分層開挖超前支護(hù)的施工技術(shù)，分層開挖支護(hù)長度不得大于5. Om。隧洞洞身自上而下依次為①層、②層、③層，第①層分層高度為2~4m，第②層分層高度為1~ 3m，第③層分層高度為0.5~ 1m，分層開挖支護(hù)施工順序為：①層開挖完成后立即進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)完成后開始第②層開挖，第②層支護(hù)完成后進(jìn)行第③層開挖。各層施工均采用平行作業(yè)施工工序，第①層利用下層進(jìn)行支護(hù)，①層在支護(hù)的同時②層進(jìn)行造孑L施工，第②層利用下層進(jìn)行支護(hù)，②層在支護(hù)的同時③層進(jìn)行造孔施工。
3.3 小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)
該工程輸水隧洞洞身LO+250. 00~LO+720. 00段圍巖屬于Ⅳ類圍巖，根據(jù)圍巖情況，該段采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)的施工技術(shù)。小導(dǎo)管采用人工利用手風(fēng)鉆進(jìn)行造孔，人工進(jìn)行安裝小導(dǎo)管鋼管，利用高壓壓漿泵進(jìn)行注漿，將一定濃度的水泥漿液通過小導(dǎo)管鋼管壓入圍巖的縫隙當(dāng)中，使圍巖形成整體固結(jié)狀態(tài)，具體小導(dǎo)管施工技術(shù)參數(shù)如表2所列。
3.3.1 施工工序（如圖3所示）
3.3.2施工方法
小導(dǎo)管超前支護(hù)施工造孑L完成后安裝小導(dǎo)管，小導(dǎo)管安裝完成后準(zhǔn)備對小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，注漿之前首先將小導(dǎo)管管口周圍的縫隙全部采用摻和速凝劑的水泥砂漿進(jìn)行填塞，并對作業(yè)面噴護(hù)150mm摻和速凝劑的水泥砂漿形成止?jié){墻。停止約2h后連接小導(dǎo)管和注漿管開始注漿，注漿時10根小導(dǎo)管為一組進(jìn)行注漿。小導(dǎo)管注漿由下而上注入漿液，先注入無水的導(dǎo)管，后注入有水的導(dǎo)管，漿液由稀逐漸調(diào)整到濃，注漿完成后立即進(jìn)行小導(dǎo)管管口堵塞。
小導(dǎo)管注漿壓力控制在1.0~1. SMPa，注漿采用水泥單漿液，注漿量采用下列公式計算（如表3所列）。
4施工技術(shù)效果分析
吉林汪清縣西大坡水利樞紐工程輸水隧洞工程圍巖類型主要為Ⅳ類、V類，巖性軟弱、穩(wěn)定性差、裂隙發(fā)育，施工過程中難度增加。該工程施工過程中根據(jù)工程地質(zhì)條件情況，輸水隧洞采用了三種開挖超前支護(hù)施工技術(shù)，分別為洞口管棚預(yù)支護(hù)施工技術(shù)、分層開挖超前支護(hù)施工技術(shù)、小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)施工技術(shù)。三種施工技術(shù)在該工程應(yīng)用過程中效果都很明顯，管棚預(yù)支技術(shù)難度稍大，但是為后期隧洞開挖支護(hù)奠定了基礎(chǔ)，使后期隧洞開挖支護(hù)過程安全可靠。分層開完支護(hù)技術(shù)在工程進(jìn)度』：比較快，但是安全隱患比較大，第一層支護(hù)的過程確保支護(hù)合理、方案可行，一旦支護(hù)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致后面工作無法繼續(xù)進(jìn)行。小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)在該工程中應(yīng)用最多，施工技術(shù)與前兩者比較，具有經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠、質(zhì)量達(dá)標(biāo)、工期合理的優(yōu)點，是值得推廣的一項能供類似圍巖隧洞工程參考的施工技術(shù)方案。
輸水隧洞工程開挖超前支護(hù)施工技術(shù)效果整體良好，工程遵循“先支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動、快封閉”的施工原則進(jìn)行隧洞施工，隧洞支護(hù)工程施工技術(shù)具有先進(jìn)性、科學(xué)性，能夠確保工程質(zhì)量、安全、工期。
5.結(jié)語
吉林汪清縣西大坡水利樞紐工程輸水隧洞工程完成隧洞支護(hù)施工后立即進(jìn)行了隧洞鋼筋混凝土襯砌施工比設(shè)計工程施工進(jìn)度提前完成了近1個半月。洞管棚預(yù)支護(hù)技術(shù)、分層開挖超前支護(hù)技術(shù)、小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)技術(shù)在該工程中的正確應(yīng)用，確保了安全、順利、保質(zhì)量地完成施工任務(wù)。隧洞掘進(jìn)過程中安全、迅速地通過了不良地質(zhì)地段，避免了塌方事故的發(fā)生，并且工程整體上減少了超欠挖現(xiàn)象發(fā)生，使得工程質(zhì)量得到了有效的控制。
綜上所述，超前支護(hù)技術(shù)在該工程應(yīng)用過程中非常成功，在后期鋼筋混凝土襯砌施工過程中經(jīng)過對圍巖變形進(jìn)行觀測，未發(fā)現(xiàn)有明顯的變化現(xiàn)象，錨桿應(yīng)力未發(fā)生任何異�，F(xiàn)象。小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)后的隧洞爆破開挖施工對圍巖影響較小，從而證明了該工程使用的超前支護(hù)施工技術(shù)是科學(xué)合理的。
