快速支護技術在洞室開挖初期的應用

韓秀祺

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北省宜昌市　443002)

?

快速支護技術在洞室開挖初期的應用

韓秀祺

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北省宜昌市443002)

金沙江向家壩灌區工程北總干渠首部取水隧洞工程為長隧洞暗挖工程，地質條件以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，爆破后，圍巖的自穩時間極短，傳統的支護方式難以保證施工人員的安全和支護施工質量，優先施工鋼拱架再進行其他聯合支護的快速支護技術，取得了良好的效果。

快速支護；隧洞開挖；初期支護；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，兼顧城鄉生活、工業供水。涉及四川省宜賓、自貢、內江4市21個縣(區)，規劃設計灌溉面積150 313.33 hm2(225.47萬畝)，并向自貢、內江市區供水。取水口與向家壩水電站左岸14號非溢流壩段結合，取水口閘室底板高程357.00 m，設計流量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，樁號范圍北取0+536.000 m～10+128.404 m，樞紐建筑物由進口閘室段、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。初期支護形式主要有錨桿、鋼筋網噴混凝土、鋼拱架和鋼筋格柵等。

1.2地質概況

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泥巖夾砂巖、泥質粉砂巖，以中厚～薄層狀為主，巖性軟弱，強度低，圍巖分類均為Ⅳ～Ⅴ類，占本標段的98.3%。洞室最大埋深達365 m(樁號北取2+050 m附近)，其余洞段埋深一般為45～200 m。巖性為泥巖、粉砂質泥巖的洞段，因洞周應力較大，圍巖收斂變形量將較大，同時，考慮地下滲水、涌水等復雜情況，必須及時進行初期支護才能保證圍巖的穩定。

根據相關技術資料，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、涌水現象經常發生，地下水沿著裂隙不斷滲出，浸泡巖石裂隙間的泥化夾層，頂部的巖體就會失穩脫落，脫落塊體的直徑為30～80 cm不等；而且圍巖失穩的時間較短，若采取傳統的支護工藝，會對下方的作業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險，結合長期總結的經驗，研究制定了快速支護技術，確保了施工人員的安全，同時，也提高了工作效率[1-6]。

3　快速支護技術的研究與實施

3.1傳統支護方式

在北總干渠工程開始掘進施工的初期，采用的是傳統的支護工藝，每個循環各個工序施工的先后順序及耗時情況如下：

鉆孔、爆破(4 h)→出碴(5 h)→掌子面排險(1 h)→對圍巖進行素噴(4 h)→錨桿施工(3 h)→架立鋼拱架、鋼筋網片的綁扎、拱架連接筋的焊接(4 h)→噴混凝土(6 h)→(進入下一個循環的鉆孔作業)。

根據上述的工序流程安排，每個循環的施工時間共計27 h，在進行錨桿和架立鋼拱架的施工時段，為爆破后的14～17 h之間，經常出現頂拱部位巖石脫落的情況。同時，素噴混凝土后，巖面的裂隙情況就無法看到，施工隨機錨桿時就無法準確判斷造孔方向，導致造孔時經常有塊體脫落的情況。

3.2快速支護方式

3.2.1快速支護的技術要求

快速支護技術既要體現“快”，又要滿足安全要求，還不能違背設計原則，主要有以下幾個方面：

(1) 快速支護施工必須在圍巖的自穩時間內施工完成；

(2) 制定的快速支護方案能夠保證頂拱部位小塊脫落體不傷及施工人員。

(3) 快速支護方案確保遇到局部較大塊體的掉塊時，能夠不被壓垮。

(4) 快速支護方案要符合設計單位的支護參數要求，能夠承受后期因圍巖產生的承載力(以不改變設計要求為原則)。

3.2.2快速支護技術的實施

根據長時間的總結，發現巖石脫落現象大多發生在爆破后的14～15 h以后，超過了這個時間，小塊體脫落情況就非常明顯。因此，如何在14 h以內形成初期支護，為下方的支護作業人員提供安全保障，是快速支護的關鍵。

研究的快速支護技術的施工流程如下：

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

按照快速支護工藝流程，每個循環的施工時間為23 h，鋼拱架的施工時段為爆破后的7～11 h，能夠保證在圍巖失穩前將鋼拱架施工完成，形成一個堅固的整體結構，確保了下方施工人員的安全。能夠將每個循環的施工時間控制在24 h之內，縮短了施工時間，又有利于進度控制。

同時，為了將鋼拱架的施工時間盡量縮短，同時確保工程質量，現場還采取了以下措施：

提前進行鋼拱架的加工質量檢查，制作鋼拱架工字鋼的內外弧長度、弦長、半徑應符合設計要求，確保鋼拱架在現場的拼接能夠順利進行。

將鋼拱架提前運至洞內鄰近的會車道內，以縮短運輸時間。

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

嚴格控制爆破質量，確保圍巖范圍內不出現欠挖，影響鋼拱架的安裝速度。

鋼拱架安裝前，應再次測量檢查欠挖情況并清除松動巖石，保證架設過程中的施工安全。

鋼架立柱嚴禁置于浮渣或松動塊石上；鋼架與壁面之間必須楔緊,相鄰鋼架之間按設計要求連接牢靠。

通過上述措施，可以將支護時間縮短0.5～1.0 h，這在一定程度上既增加了施工安全系數也提高了施工進度。

4　結　語

在隧洞施工過程中，支護質量的好壞直接關系到洞室圍巖的穩定和施工期的安全，因此，要把質量工作當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間相對較長，支護的質量至關重要。支護質量的前提是支護參數和工法的選擇，工程技術人員必須結合隧洞地質不斷變化的實際情況認真分析，制定合理的、切實可行的技術方案，做到防患于未然，確保工程的順利實施。

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

[2]謝紹澤,何淑芬.公伯峽水電站導流隧洞支護施工技術[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中的應用[J].科技信息，2011(31)：200,227.

[4]張繼雄,劉大宏.關于西龍池電站施工運碴交通洞工程設計的研究[J].西北水電，2013(04)：40-42.

[5]關寶樹.隧洞工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[6]楊靜安,楊鑫平.導流隧洞襯砌結構計算分析研究[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與管理工作.

TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.012