出山店北灌溉洞開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

□付瑩（河南省水利第二工程局）

出山店北灌溉洞開挖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

□付瑩（河南省水利第二工程局）

洞室暗挖技術(shù)在大型水利工程、市政工程、鐵路工程等都有廣泛應(yīng)用，常用的方法有噴錨暗挖法、盾構(gòu)法、新奧法等，但對于大型水庫的不良土質(zhì)灌溉洞應(yīng)用暗挖技術(shù)較少，大多以明挖的型式設(shè)計(jì)，工程是以出山店水庫施工1標(biāo)的北灌溉洞這一非常見暗挖設(shè)計(jì)為背景，介紹不良土質(zhì)暗挖支護(hù)技術(shù)，以期為今后類似設(shè)計(jì)的施工提供借鑒和參考。

土質(zhì)洞身；灌溉洞；管棚支護(hù)

1 工程概況

出山店水庫工程施工1標(biāo)段，主要建筑為2 690 m主壩、北灌溉洞及1#副壩。其中北灌溉洞是為灌溉淮北灌區(qū)和明港鎮(zhèn)供水而設(shè)置的，灌溉洞型式為無壓涵洞，灌溉洞斷面形狀為城門洞型，尺寸為3.80 m×3.00 m（高×寬），進(jìn)出口底部高程分別為81.50 m和81.00 m，消力池底板高程80.50 m。施工區(qū)地下水特點(diǎn)等同上層滯水。

2 施工工藝

2.1 洞臉的開挖與支護(hù)

洞臉的開挖：洞臉進(jìn)出口土方開挖采用常規(guī)挖機(jī)配合自卸車作業(yè)方式，自卸車采用20 t級，土方運(yùn)至指定棄渣場，此開挖過程由測量人員動態(tài)控制開挖輪廓，挖機(jī)作業(yè)需預(yù)留15 cm保護(hù)層，人工開挖至設(shè)計(jì)形狀。

邊坡支護(hù)：邊坡的支護(hù)工藝流程包括：測量放線、邊坡腳手架搭設(shè)、布設(shè)鉆孔、布設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、鎖口梁支護(hù)等工藝，其中最核心的是布設(shè)鉆孔、布設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、鎖口梁支護(hù)，在此介紹核心施工工藝，其他不贅述。

2.1.1 鉆孔

測量人員首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測量布孔，布孔完成后，使用YT27型氣腿式風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔作業(yè)，將鉆頭對準(zhǔn)開孔位置，控制上傾角1.50°，慢慢開動鉆機(jī)，鉆進(jìn)過程中應(yīng)及時(shí)校正鉆孔方向，保證鉆孔平直且與設(shè)計(jì)方向相同，鉆孔深度達(dá)到施工圖紙的規(guī)定。

根據(jù)鉆孔位置開始打入土釘，土釘安裝采用“先插后注”方式施工，先將土釘插入孔內(nèi)，保證土釘在中心區(qū)域，安裝時(shí)注意水泥砂漿對土釘周圍的包裹均勻度、厚度。注漿時(shí)將注漿管插至孔底，并隨著水泥砂漿的注入緩慢勻速地往外拔，漿液借助自身重力逐漸將土釘孔灌滿，確保錨固堅(jiān)實(shí)。

工程進(jìn)出口洞臉垂直部分土釘采用鋼筋直徑25 mm，長9 m，間距1.50 m×1.50 m；進(jìn)口洞臉邊坡高程91.10 m以下部分，出口洞臉邊坡高程90.60 m以下部分土釘采用鋼筋直徑25 mm，長7 m，鋼筋間距3 m×3 m，土釘布置形式采用梅花形展布，如圖1所示。

圖1洞口支護(hù)鉆孔土釘布設(shè)圖

2.1.2 布設(shè)鋼筋網(wǎng)

在鋼筋加工廠將鋼筋加工成φ6@200 mm鋼筋網(wǎng)片，待錨桿安裝完成后，用5 t載重汽車運(yùn)輸鋼筋網(wǎng)片，人工運(yùn)至工作面開始掛設(shè)。鋼筋網(wǎng)安設(shè)時(shí)隨受噴面的起伏鋪設(shè)，與受噴面間隙64 mm，并用焊接法把鋼筋網(wǎng)與錨桿或架立筋聯(lián)結(jié)在一起，鋼筋網(wǎng)固定在錨桿外端，用勾頭固定于噴射面上，保證在噴射混凝土作業(yè)時(shí)不顫動。安裝時(shí)保證鋼筋網(wǎng)片搭接長度為1個(gè)網(wǎng)格。

2.1.3 噴射混凝土

鋼筋網(wǎng)掛設(shè)完成后，采用移動式拌合機(jī)拌合混凝土，移動式拌合機(jī)布置于進(jìn)口洞臉左岸處。噴射混凝土采用C25混凝土（水膠比0.43，砂率55%），噴射厚度12 cm，噴射鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度50 mm。噴射混凝土作業(yè)按分區(qū)進(jìn)行，噴射順序自下而上。斜坡面一次噴射完成，垂直面分兩次噴射完成，分層噴射時(shí)，后一次噴射應(yīng)在前一次混凝土終凝后進(jìn)行。

2.1.4 鎖口梁支護(hù)

邊坡噴護(hù)完成后，進(jìn)行灌溉洞鎖口支護(hù)，鎖口方式采用超前錨桿鉆孔支護(hù)，支護(hù)錨桿與洞口周邊及洞頂上部范圍內(nèi)布置的鋼筋網(wǎng)片相連，并使用鋼筋將洞臉以上錨桿連成整體。洞口處設(shè)置鋼拱架支撐并澆筑C25混凝土鎖口梁，保護(hù)進(jìn)出洞安全。

2.2 洞身管棚超前支護(hù)

本工程地質(zhì)情況有土洞段和泥質(zhì)砂巖洞段，土洞段采用管棚做超前支護(hù)，不進(jìn)行注漿施工；泥質(zhì)砂巖洞段在管棚的基礎(chǔ)上進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿。

2.2.1 土洞段管棚施工

管棚施工工藝流程分為：測定孔位、鉆機(jī)就位、實(shí)施鉆孔、清孔、鉆孔驗(yàn)收、頂入管棚等。

測定孔位（管棚）：由測量人員采用全站儀和水準(zhǔn)儀定出拱頂位置，及兩個(gè)拱底位置，并配合木制R2500 mm弧度尺定出每根管棚的準(zhǔn)確位置，管棚間距300 mm。每個(gè)斷面20根，管棚的管徑為42 mm，每根長6 m。

鉆孔：鉆孔前，搭設(shè)鋼管腳手架，鋪設(shè)腳手板。高處作業(yè)前，應(yīng)檢查排架、腳手板、通道、馬道、梯子和防護(hù)設(shè)施，符合安全要求方可作業(yè)。高處作業(yè)使用的腳手板平臺，應(yīng)鋪設(shè)固定腳手板，臨空邊緣應(yīng)設(shè)高度不低于1.20 m的防護(hù)欄桿。

鉆孔采用YT27型氣腿式風(fēng)鉆進(jìn)行，鉆機(jī)使用的鉆頭直徑略＞42 mm，鉆孔順序由下向上。將鉆頭對準(zhǔn)開孔位置，控制上傾角1.50°，慢慢開動鉆機(jī)，鉆進(jìn)過程中應(yīng)及時(shí)校正鉆孔方向，保證鉆孔平直且與設(shè)計(jì)方向相同，鉆孔深度達(dá)到施工圖紙的規(guī)定。

管棚頂入：鉆孔由質(zhì)檢人員檢查合格后，人工將Dg42 mm管棚鋼管旋進(jìn)孔內(nèi)，頂進(jìn)鋼管時(shí)要保證導(dǎo)管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進(jìn)的傾角和方位角一致。鉆完一個(gè)孔后立即將該孔的導(dǎo)管頂入孔內(nèi)，安裝好導(dǎo)管后，再移開鉆機(jī)進(jìn)行下一孔的鉆進(jìn)。

2.2.2 泥質(zhì)砂巖洞段小導(dǎo)管注漿支護(hù)

小導(dǎo)管注漿施工工藝流程分為：測定孔位（管棚、小導(dǎo)管）、鉆機(jī)就位、實(shí)施鉆孔、清孔、鉆孔驗(yàn)收、頂入管棚、頂入小導(dǎo)管、注漿等。主要施工工藝如下：

測定孔位（小導(dǎo)管）：孔位的測定同進(jìn)出口管棚定位。小導(dǎo)管間距為400 mm，每個(gè)斷面17根，小導(dǎo)管管徑42 mm，按規(guī)范要求，對鋼管沿長度方向每500 mm鉆兩個(gè)Φ10 mm孔，梅花型布置。

鉆孔及管棚的安裝：鉆孔方法同土洞段鉆孔。按照上述的方法將鋼管旋進(jìn)孔內(nèi)，在鋼管的外端安裝法蘭盤和閥門，用于管棚注漿。

注漿：鋼管安裝完畢后，按設(shè)計(jì)要求用HBW50型注漿機(jī)注漿，成孔一根注漿一根，施工順序從下向上依次進(jìn)行，待水泥漿液凝固后，卸掉法蘭盤和閥門循環(huán)使用。注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。

2.3 灌溉洞洞身噴錨支護(hù)

噴錨支護(hù)主要工藝流程：測量放樣、錨鉆就位、打孔、清孔、成孔檢查、注漿、插入錨桿、安裝鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土等。核心工序?yàn)樽{和插入錨桿，其他工序在此不贅述。

錨桿注漿：鉆孔成型后，先對成孔注入水泥砂漿（水泥砂漿配合比如表1），砂漿采用風(fēng)動壓氣罐進(jìn)行壓注，灌漿時(shí)先將砂漿裝入罐內(nèi)，將輸料軟管與罐底的鐵管連上，然后打開進(jìn)氣閥，使壓縮空氣進(jìn)入罐內(nèi)，砂漿即沿軟管和注漿管壓入鉆孔內(nèi)。注漿時(shí)必須將注漿管插至距孔底10～20 cm，靠砂漿的注入壓力將注漿管徐徐壓出，以確保孔內(nèi)注漿飽滿密實(shí)。注滿砂漿的鉆孔，用帶孔橡皮球?qū)⒖卓诙伦。乐股皾{外流，如圖2所示。鉆孔內(nèi)注滿漿后立即將?22鋼筋從橡皮球孔內(nèi)徐徐插入，以免將砂漿過量擠出，造成孔內(nèi)砂漿不密實(shí)，影響錨固力。錨桿插到孔底以后，立即在孔口用木楔楔緊，24 h后才能拆除楔塊。

表1 錨桿注漿砂漿配合比表（單位：m3）

圖2 先漿后桿法錨桿孔注漿示意圖

3 質(zhì)量保證措施

質(zhì)量保證主要措施是監(jiān)控量測。監(jiān)控量測項(xiàng)目包括：洞內(nèi)外觀察，周邊收斂量監(jiān)測，拱頂下沉監(jiān)測、洞內(nèi)空氣檢測等。

3.1 洞內(nèi)、外監(jiān)測

洞內(nèi)外觀察可以預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件，為判斷圍巖的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的支護(hù)狀態(tài)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可度。

開挖施工時(shí)，每次開挖后，對掌子面的巖性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀，掌子面自穩(wěn)情況、涌水量大小、涌水位置等進(jìn)行觀察，觀察中發(fā)現(xiàn)圍巖條件惡化時(shí)，立即采取相應(yīng)處理措施。觀察時(shí)，使用相機(jī)記錄開挖工作面地質(zhì)狀況，并填寫記錄表，與勘察資料進(jìn)行對比；已施工地段每天進(jìn)行一次觀察，記錄噴射混凝土是否發(fā)生裂隙和剝離現(xiàn)象、錨桿的受力變形情況、鋼架是否壓曲變形和二次襯砌的工作狀態(tài)等；洞外主要觀察洞口段及洞身淺埋段，記錄地表開裂、變形、邊坡及仰坡穩(wěn)定狀態(tài)、地表水滲漏情況等。

3.2 周邊收斂量監(jiān)測

周邊收斂即位移，它是洞身圍巖應(yīng)力狀態(tài)最直觀的反映，周邊位移量可推測空間穩(wěn)定性；通常根據(jù)變位速度判斷圍巖穩(wěn)定程度、二次襯砌施工時(shí)間。

周邊收斂監(jiān)測點(diǎn)按照5 m間距布設(shè)，每斷面設(shè)置一對。監(jiān)測點(diǎn)采用長35 cm，φ25的鋼筋，鋼筋頂切割成斜面。鋼筋在鋼拱架上牢固焊接，切割的斜面朝洞外方向，初噴完混凝土后，對附著在鋼筋斜面上的混凝土進(jìn)行清理，在斜面上貼方形十字反射片（規(guī)格20 mm×20 mm），為防止機(jī)械碰撞測樁，測樁外露不超過5 cm。監(jiān)測點(diǎn)設(shè)立完成后，利用全站儀的無棱鏡反射，讀取初始數(shù)值。施工期間，每天進(jìn)行一次量測，用同樣的方法讀取數(shù)值，將讀取數(shù)值與初始數(shù)值對比，兩次讀數(shù)差即為周邊收斂值。

3.3 拱頂下沉監(jiān)測

拱頂下沉量監(jiān)測的目的是判斷圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)效果，便于動態(tài)施工糾偏，預(yù)防拱頂坍塌，保證施工質(zhì)量和安全。

為了方便數(shù)據(jù)分析，拱頂下沉檢測點(diǎn)的埋設(shè)方法同周邊收斂檢測點(diǎn)埋設(shè)的方法一致，且與周邊收斂點(diǎn)布置在同一斷面上。通過正倒鏡3測回反復(fù)量測來控制水準(zhǔn)點(diǎn)到反射片高差，使每測回高差值＜0.50 mm，取平均數(shù)作為拱頂下沉量測數(shù)據(jù)結(jié)果。

4 結(jié)語

土洞開挖支護(hù)技術(shù)是保證土質(zhì)隧洞安全穩(wěn)定的關(guān)鍵，其核心的施工技術(shù)為管棚和小導(dǎo)管超前支護(hù)以及噴錨支護(hù)，在水利工程排水、引水隧洞中有很重要的應(yīng)用，工程為特殊的土洞地質(zhì)情況在大型水利工程灌溉洞中應(yīng)用較少，文中所述施工工藝望為今后水利工程不良圖紙洞身施工提供實(shí)施性參考。

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1673-8853（2017）10-0051-03

2017-8-2

編輯：劉 青