河曲引黃灌溉工程隧洞圍巖破碎帶快速支護措施

閆國平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

河曲引黃灌溉工程隧洞圍巖破碎帶快速支護措施

閆國平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

以河曲引黃灌溉工程5號隧洞圍巖破碎帶支護為例，介紹了小斷面隧洞破碎帶的快速支護措施及支護施工中需注意的問題，有效縮短了作業人員在洞室破碎裸巖下的暴露時間，有利于施工安全，可為類似工程的施工提供參考。

隧洞；引黃灌溉工程；圍巖；支護

1 工程概況

河曲引黃灌溉工程從龍口水利樞紐左岸壩段取水，采用隧洞、暗涵、管道等方式向下游引水，線路全長33.96km。其中5號隧洞線路總長3345m，設計過水流量2.24m3/s，縱坡1/1000，斷面為城門洞形，凈尺寸1.7m×1.8m。整條隧洞埋深60～70m，處于地下水位以下，穿越黃土層、砂礫料層、泥巖層等軟弱地帶，施工難度較大。

2 工程地質情況

5號隧洞出口段圍巖巖性為泥巖，磚紅色，灰紫色，泥質結構，塊狀構造，產狀平緩，質地軟弱，具可塑性，遇水膨脹、變形，節理裂隙發育，裂隙內多處滲水、滴水。16+281處節理裂隙特別發育，裂隙密集分布，間距30～50cm，相互交叉，裂隙內有薄層泥質充填物，導致此段圍巖極為破碎，結構不穩定，洞壁支撐能力差，拱頂有掉塊、塌落現象。在支護過程中，由于洞頂頻繁掉塊，且最大塌落石塊達70cm×60cm×40cm，無法保證作業人員安全，施工中存在較大的安全隱患。因此，為保證施工安全，需改進支護措施，做到快速支護，盡量縮短施工人員在裸露圍巖下的暴露時間。

3 原設計方案

根據技施圖紙，V類圍巖采用超前錨桿、雙層鋼筋網、噴混凝土、格柵拱架支護。隧洞開挖前，先施工兩排超前錨桿，開挖過程中每掘進一次，出碴后立即掛網，安裝鋼拱架支護，噴混凝土施工可根據現場酌情確定。拱架洞外制作，洞內拼裝。格柵拱架排距1.0m，每榀拱架之間采用直徑16mm鋼筋焊接連接，環向間距1.0m，拱架在頂拱腳節點板處設兩根八字錨桿，與拱架主筋焊接。

由于洞內初期支護形成的能夠抵擋掉塊的支護圈工序多、耗用時間長，因此該設計支護方案不利于此類破碎圍巖條件下的支護。主要表現在：一是圍巖整體破碎，超前錨桿作用不大。二是開挖完成后掛第一層鋼筋網，在洞壁及洞頂上用風鉆打孔插錨釘，以便掛住鋼筋網片，但打錨釘時會擾動破碎的圍巖。同時，鋼筋網無骨架支撐，不能抵擋石塊墜落。三是每榀格柵拱架有3個連接節點，洞內安裝時間長。拱架之間的連接筋采用洞內現場焊接，需耗用一定時間。四是在連接筋上鋪設第二層鋼筋網，并用鐵絲綁扎，該道工序完成后，才能形成防止掉塊傷人的支護圈。

4 快速支護措施

快速支護措施能夠在工作面快速形成防護棚架，同時加強支護結構承載力。圍巖破碎段每茬炮進尺控制在1.5m左右，鋼拱架支撐間距為0.75m，每循環安裝2榀鋼拱架。

首先，按加強支護要求測量放線，確定開挖輪廓線。洞挖放炮后，先排煙、處理危石，再出碴。整個出碴過程人員不直接暴露在裸露的巖石下面。出碴完成后，觀察圍巖情況，發現松動巖石及時處理。

其次，洞外制作拱架。鋼拱架采用I14工字鋼，依據開挖斷面尺寸和設計要求加工成城門洞形。為便于洞內運輸，每榀拱架按中心線分對稱的兩片分別加工，頂端焊20cm×20cm連接板，連接板打4個直徑20mm的孔洞，以備在洞內用螺拴連接；拱架底部焊20cm×20cm鋼板，以擴大拱腳受力面積。拱架頂拱部位和拱腿部位分別按10cm和15cm間距焊接長8cm、外徑48mm的鋼管，用于穿插直徑25mm的鋼筋。

第三，確定洞內鋼拱架安裝位置，做好標記。鋼拱架洞外制作完成后進行組裝。組裝時，將任意兩片拱架立起，用4條M18×100螺栓插入連接板孔內緊固，組成一榀完整的拱架。由于每榀拱架只有一個連接口，因而組裝簡單快捷。每組裝好一榀拱架后，迅速將直徑25mm的插筋插入拱架外側焊接的鋼管內，快速形成一個簡易的防護棚架。

第四，在鋼管內間隔穿插直徑25mm的插筋，頂拱間距為20cm。側墻布置直徑25mm的鋼筋，間距為30cm。為防止鋼筋受壓彎折脫口，插筋穿出鋼管6cm。同時，為防止拱架傾覆，穿插完畢后，在拱架I14工字鋼頂拱部位下緣內側焊接直徑20mm的鋼筋，作為拱架之間的連接筋和內側掛網的支撐筋。

第五，頂拱和側墻初噴C20混凝土，厚度6～8cm，封閉裸露巖面。同時將直徑25mm的插筋包裹，使其與洞頂巖石成為一個整體。

第六，全斷面掛網，直徑6mm鋼筋網單層，網格20cm×20cm，以拱架之間的連接筋作為鋼筋網的支撐筋，網筋和支撐筋之間用鐵絲綁扎連接。

第七，主洞室側墻錨桿，與鋼拱架焊接，以鎖定側墻巖體并增加拱架的穩定性，同時全斷面分層噴C20混凝土，直至達到要求厚度20cm。

5 支護施工中需注意的問題

一是開挖要按照該工程爆破設計中V類圍巖爆破參數進行布眼、裝藥。在實際施工中要根據圍巖實際情況進行適當調整，總體原則是多布眼，少裝藥，盡量少撓動圍巖，并使開挖輪廓面盡可能平整，以便支護施工。

二是根據實際情況，圍巖軟弱帶盡量采用風鎬和鐵鍬開挖。因爆破會產生較強的震動和沖擊波，從而加速和擴大圍巖松動圈的形成，使洞室周圍巖體處于不穩定狀態，容易產生掉塊和塌方。

三是嚴格按照快速支護方案確定的施工順序進行施工，保證施工質量。

四是對于裂隙發育、自穩能力差的圍巖，洞室開挖后變形和破壞發展很快，因此應及時支護，以保證圍巖穩定。同時，應快速封閉圍巖，縮短圍巖暴露時間，減小圍巖受空氣和滲水的侵蝕程度。

五是支護過程中一定要注意安全。從開挖后處理危石到支護結束前，一定要有專職安全員現場值班，并保證洞內的照明，發現不安全情況立即撤出。

6 結語

快速支護措施可以在洞內很快形成一個簡易的防護棚架，拱架連接點少，安裝迅速，插筋快捷。從兩榀鋼拱架運輸進入工作面開始到插筋結束形成防護棚架，整個過程用時40min左右。而原設計方案從拱架開始安裝到形成防護圈耗時約3.5h。因而，采用快速支護措施，大大縮短了施工人員在裸巖下的暴露時間，使隧洞開挖順利通過了45m長的破碎帶，施工期間未發生任何安全事故。

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1004-7042（2011）07-0033-02

閆國平（1974-），男，2003年畢業于華北水利水電學院水利工程建筑專業，工程師。

2011-05-18；

2011-06-23