快速支護(hù)技術(shù)在洞室開挖初期的應(yīng)用

韓秀祺

(中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北省宜昌市　443002)

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快速支護(hù)技術(shù)在洞室開挖初期的應(yīng)用

韓秀祺

(中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北省宜昌市443002)

金沙江向家壩灌區(qū)工程北總干渠首部取水隧洞工程為長隧洞暗挖工程，地質(zhì)條件以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，爆破后，圍巖的自穩(wěn)時(shí)間極短，傳統(tǒng)的支護(hù)方式難以保證施工人員的安全和支護(hù)施工質(zhì)量，優(yōu)先施工鋼拱架再進(jìn)行其他聯(lián)合支護(hù)的快速支護(hù)技術(shù)，取得了良好的效果。

快速支護(hù)；隧洞開挖；初期支護(hù)；向家壩水電站

1　概　述

1.1工程概況

向家壩水電站北總干渠工程以灌溉為主，兼顧城鄉(xiāng)生活、工業(yè)供水。涉及四川省宜賓、自貢、內(nèi)江4市21個(gè)縣(區(qū))，規(guī)劃設(shè)計(jì)灌溉面積150 313.33 hm2(225.47萬畝)，并向自貢、內(nèi)江市區(qū)供水。取水口與向家壩水電站左岸14號(hào)非溢流壩段結(jié)合，取水口閘室底板高程357.00 m，設(shè)計(jì)流量98.0 m3/s，總長120.83 km。

北總干渠首部取水隧洞工程，全長9.592 km，樁號(hào)范圍北取0+536.000 m～10+128.404 m，樞紐建筑物由進(jìn)口閘室段、取水隧洞段及出口豎井、控制閘室及消力池段組成。洞身開挖形式為馬蹄形斷面，采用鋼筋混凝土全斷面襯砌。初期支護(hù)形式主要有錨桿、鋼筋網(wǎng)噴混凝土、鋼拱架和鋼筋格柵等。

1.2地質(zhì)概況

向家壩水電站北總干渠取水隧洞圍巖為新鮮紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，以中厚～薄層狀為主，巖性軟弱，強(qiáng)度低，圍巖分類均為Ⅳ～Ⅴ類，占本標(biāo)段的98.3%。洞室最大埋深達(dá)365 m(樁號(hào)北取2+050 m附近)，其余洞段埋深一般為45～200 m。巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖的洞段，因洞周應(yīng)力較大，圍巖收斂變形量將較大，同時(shí)，考慮地下滲水、涌水等復(fù)雜情況，必須及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)才能保證圍巖的穩(wěn)定。

根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，北總干渠取水隧洞圍巖分類長度見表1所示。

表1　北總干渠取水隧洞圍巖分類長度表

2　技術(shù)背景

由于北總干渠取水隧洞圍巖的特殊性，裂隙密集且夾泥，而且地下滲水、涌水現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，地下水沿著裂隙不斷滲出，浸泡巖石裂隙間的泥化夾層，頂部的巖體就會(huì)失穩(wěn)脫落，脫落塊體的直徑為30～80 cm不等；而且圍巖失穩(wěn)的時(shí)間較短，若采取傳統(tǒng)的支護(hù)工藝，會(huì)對(duì)下方的作業(yè)人員造成很大的安全隱患。為了解決這一難題，降低施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合長期總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，研究制定了快速支護(hù)技術(shù)，確保了施工人員的安全，同時(shí)，也提高了工作效率[1-6]。

3　快速支護(hù)技術(shù)的研究與實(shí)施

3.1傳統(tǒng)支護(hù)方式

在北總干渠工程開始掘進(jìn)施工的初期，采用的是傳統(tǒng)的支護(hù)工藝，每個(gè)循環(huán)各個(gè)工序施工的先后順序及耗時(shí)情況如下：

鉆孔、爆破(4 h)→出碴(5 h)→掌子面排險(xiǎn)(1 h)→對(duì)圍巖進(jìn)行素噴(4 h)→錨桿施工(3 h)→架立鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片的綁扎、拱架連接筋的焊接(4 h)→噴混凝土(6 h)→(進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的鉆孔作業(yè))。

根據(jù)上述的工序流程安排，每個(gè)循環(huán)的施工時(shí)間共計(jì)27 h，在進(jìn)行錨桿和架立鋼拱架的施工時(shí)段，為爆破后的14～17 h之間，經(jīng)常出現(xiàn)頂拱部位巖石脫落的情況。同時(shí)，素噴混凝土后，巖面的裂隙情況就無法看到，施工隨機(jī)錨桿時(shí)就無法準(zhǔn)確判斷造孔方向，導(dǎo)致造孔時(shí)經(jīng)常有塊體脫落的情況。

3.2快速支護(hù)方式

3.2.1快速支護(hù)的技術(shù)要求

快速支護(hù)技術(shù)既要體現(xiàn)“快”，又要滿足安全要求，還不能違背設(shè)計(jì)原則，主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 快速支護(hù)施工必須在圍巖的自穩(wěn)時(shí)間內(nèi)施工完成；

(2) 制定的快速支護(hù)方案能夠保證頂拱部位小塊脫落體不傷及施工人員。

(3) 快速支護(hù)方案確保遇到局部較大塊體的掉塊時(shí)，能夠不被壓垮。

(4) 快速支護(hù)方案要符合設(shè)計(jì)單位的支護(hù)參數(shù)要求，能夠承受后期因圍巖產(chǎn)生的承載力(以不改變?cè)O(shè)計(jì)要求為原則)。

3.2.2快速支護(hù)技術(shù)的實(shí)施

根據(jù)長時(shí)間的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)巖石脫落現(xiàn)象大多發(fā)生在爆破后的14～15 h以后，超過了這個(gè)時(shí)間，小塊體脫落情況就非常明顯。因此，如何在14 h以內(nèi)形成初期支護(hù)，為下方的支護(hù)作業(yè)人員提供安全保障，是快速支護(hù)的關(guān)鍵。

研究的快速支護(hù)技術(shù)的施工流程如下：

鉆孔、爆破(4 h)→出碴(5 h)→掌子面排險(xiǎn)(1 h)→架立鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片的綁扎、拱架連接筋的焊接(4 h)→錨桿施工(3 h)→噴混凝土(6 h)→(進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的鉆孔作業(yè))。

按照快速支護(hù)工藝流程，每個(gè)循環(huán)的施工時(shí)間為23 h，鋼拱架的施工時(shí)段為爆破后的7～11 h，能夠保證在圍巖失穩(wěn)前將鋼拱架施工完成，形成一個(gè)堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)，確保了下方施工人員的安全。能夠?qū)⒚總€(gè)循環(huán)的施工時(shí)間控制在24 h之內(nèi)，縮短了施工時(shí)間，又有利于進(jìn)度控制。

同時(shí)，為了將鋼拱架的施工時(shí)間盡量縮短，同時(shí)確保工程質(zhì)量，現(xiàn)場還采取了以下措施：

提前進(jìn)行鋼拱架的加工質(zhì)量檢查，制作鋼拱架工字鋼的內(nèi)外弧長度、弦長、半徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，確保鋼拱架在現(xiàn)場的拼接能夠順利進(jìn)行。

將鋼拱架提前運(yùn)至洞內(nèi)鄰近的會(huì)車道內(nèi)，以縮短運(yùn)輸時(shí)間。

鋼筋網(wǎng)沿開挖面鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)(或機(jī)編網(wǎng))的規(guī)格尺寸應(yīng)滿足施工圖紙要求，與壁面的距離控制在3～5 cm左右。

嚴(yán)格控制爆破質(zhì)量，確保圍巖范圍內(nèi)不出現(xiàn)欠挖，影響鋼拱架的安裝速度。

鋼拱架安裝前，應(yīng)再次測量檢查欠挖情況并清除松動(dòng)巖石，保證架設(shè)過程中的施工安全。

鋼架立柱嚴(yán)禁置于浮渣或松動(dòng)塊石上；鋼架與壁面之間必須楔緊,相鄰鋼架之間按設(shè)計(jì)要求連接牢靠。

通過上述措施，可以將支護(hù)時(shí)間縮短0.5～1.0 h，這在一定程度上既增加了施工安全系數(shù)也提高了施工進(jìn)度。

4　結(jié)　語

在隧洞施工過程中，支護(hù)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到洞室圍巖的穩(wěn)定和施工期的安全，因此，要把質(zhì)量工作當(dāng)成是安全工作的頭等大事來抓；尤其是較長的水工隧洞施工，隧洞開挖距混凝土襯砌的時(shí)間相對(duì)較長，支護(hù)的質(zhì)量至關(guān)重要。支護(hù)質(zhì)量的前提是支護(hù)參數(shù)和工法的選擇，工程技術(shù)人員必須結(jié)合隧洞地質(zhì)不斷變化的實(shí)際情況認(rèn)真分析，制定合理的、切實(shí)可行的技術(shù)方案，做到防患于未然，確保工程的順利實(shí)施。

[1]柴海.淺析小斷面引水隧洞開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)[J].河南水利與南水北調(diào)，2013(16)：50-51.

[2]謝紹澤,何淑芬.公伯峽水電站導(dǎo)流隧洞支護(hù)施工技術(shù)[J].西北水電，2013(02)： 30-33.

[3]何開朝,陳樹華.快速施工和并行施工在小斷面隧洞開挖支護(hù)中的應(yīng)用[J].科技信息，2011(31)：200,227.

[4]張繼雄,劉大宏.關(guān)于西龍池電站施工運(yùn)碴交通洞工程設(shè)計(jì)的研究[J].西北水電，2013(04)：40-42.

[5]關(guān)寶樹.隧洞工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6]楊靜安,楊鑫平.導(dǎo)流隧洞襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算分析研究[J].西北水電，2012(03)： 62-66.

Application of Quick Support Technology at Tunneling Beginning

HAN Xiuqi

(Three Gorges Construction Engineering Co., Ltd., China Gezhouba Group, Yichang, Hubei443002,China)

The diversion tunnel at the head of the northern main canal of the irrigation work of Xiangjiaba on the Jinsha River is of the underground excavation one of the long tunnel. Its surrounding rock is of Class Ⅳ and Class Ⅴ mainly. After blasting operation, duration of self stability of the surrounding rock is very short. The conventional support mode hardly secure both construction workers' safety and support construction quality. Application of quick support of steel arch frame in association with other supports achieves the required effect.Key words:quick support; tunneling; primary support; Xiangjiaba Hydropower Project

1006—2610(2016)04—0048—02

2016-07-02

韓秀祺(1984- )，男，湖北省宜昌市人，助理工程師,從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.012