李家灣水電站隧洞進口段支護設計

冀飛

（漢中市水利水電建筑勘測設計院　陜西漢中　723000）

1　工程概況

李家灣水電站引水隧洞沿燕子砭河右岸布置，全長5294.3m，圓形斷面，內徑3.8m，坡比1/500，設計引水流量14m3/s。隧洞處于李家灣背斜構造的東南翼，沿洞線地層巖性有：寒武系下統鈣質細砂巖與斑紋狀泥質灰巖互層，白云質灰巖；奧陶系中上統灰色、紫紅色龜裂紋灰巖；志留系下統粉砂質泥巖、灰綠色～黃綠泥質頁巖夾砂巖。隧洞進口段為崩塌、坡積體，含泥碎石土，含塊石、孤石，厚度較厚，圍巖不穩定。表層為通村公路擴建，山體開挖，堆積形成的松散體。

2　進洞方案選擇

由于隧洞進口段為坡崩積塊碎石土，結構松散，自穩性差，擬選超前管棚法、超前錨桿法、超前小導管法三種實施方案。管棚法預支護長度不小于10m，一次施工成棚，支護能力強，安全可靠，但施工技術復雜，要有適合隧洞斷面尺寸的鉆機，并且造價較高。超前錨桿法經濟快速，安全可靠，能起到超前支護的作用，但無法對洞內松散塊碎石土進行固結灌漿處理。超前小導管法不僅能起到超前支護的作用，還可以利用小導管對前方松散塊碎石土進行固結灌漿，既經濟快速，又安全可靠。經優化比選，采用超前小導管法進洞。

3　邊坡加固設計

3.1　洞臉排水設計

在洞臉邊坡坡腳采用M7.5漿砌塊石砌筑底寬0.4m，深0.4m，開口0.6m的倒梯形截水溝，厚度0.3m，減少地表徑流對洞臉邊坡的沖刷破壞。在洞口右側設置2m×1m×1m（長×寬×深）集水坑，采用漿砌塊石和干砌石交錯砌筑，厚度30cm。

3.2　土邊坡錨噴掛網支護設計

錨桿采用全長黏結型，桿體選用Ⅲ級螺紋鋼筋，直徑22mm，長2.5m，縱橫間距1.0m，梅花形布置。錨桿尾部外露10cm左右，與鋼筋網焊接（φ6@20cm×20cm），砂漿的配合比（重量比）為水泥：砂=1：1，水灰比=0.38～0.45，采用中細砂，最大粒徑小于2.5mm。噴射混凝土強度等級為C25，厚度15cm，分3次完成，并及時養護。

3.3　明涵設計

為確保施工安全并順利進洞，在洞口澆筑長3.0m的鋼筋混凝土明涵，厚40cm，環向鋼筋φ22@20cm，縱向鋼筋φ14@25cm。同超前小導管聯合穩定洞臉，增強洞臉圍巖自身支護能力。

4　超前小導管的布設

4.1　制作參數

小導管采用Q235鋼管制作，規格為φ42mm×3.5mm，注漿孔眼φ8mm，眼距150mm，梅花形布置，端部加工呈錐形，以利于插入孔內，末端預留長度不小于400mm的止漿段，尾部焊接φ6mm加筋箍，防止打入小導管時尾部開裂（見圖1）。

4.2　小導管布設

圖1　小導管制備樣圖

沿隧洞設計拱線上方15cm的位置布設2排小導管，用于進洞施工超前支護，間距45cm，排距35cm，外插角度控制在2～5°，末端預留50cm，與明涵環向鋼筋焊接。在洞內起拱范圍內布設單排小導管，環向間距 40cm，外插角度 5～10°。

5　開挖程序及方法

（1）開挖前先噴射10cm厚混凝土封閉掌子面作為止漿墻；測量復核隧洞中心線和高程，按設計標出小導管位置，鉆機鉆孔，孔徑比小導管直徑大20mm，并用吹管清孔；檢查鉆孔的外插角度，人工配合鉆機將小導管頂入，再注漿。

（2）人工開挖進洞80cm后開始明涵施工，與洞臉接觸處用C25混凝土噴射密實；明涵澆筑養護7d后，以人工開挖為主，配合風鎬施工，每次進尺控制在0.8～1.2m之間。

（3）開挖結束后，立即噴射C25混凝土5cm封閉洞身巖面，作為臨時支護。

（4）臨時支護完成后開始系統錨桿的施工，錨桿規格與洞臉邊坡錨桿一致，環向間距1.0m，排距與鋼拱架的縱向間距一致，末端外露10cm，與鋼筋網、鋼拱架焊接，在墻腳附近設置加強錨桿。

（5）鋼筋網采用φ6@20cm×20cm，緊貼噴射混凝土面布設，網格之間及搭接處綁扎牢固，與錨桿搭接處焊接。

（6）在洞臉開挖至注漿小導管還剩2m時開始洞內超前小導管的施工。超前小導管沿拱線上方15cm布設，水泥漿水灰比0.5～1.0，注漿壓力0.5～1.0MPa。超前小導管末端與鋼拱架焊接，在此之后相鄰超前小導管縱向搭接長度不小于1.0m。

（7）拱架采用14#工字鋼，節點部分焊接。澆筑0.5m×0.5mC25混凝土基礎，將鋼拱架置于混凝土基礎之上，與隧洞軸線垂直，并緊貼著混凝土面架設，鋼拱架與超前小導管、系統錨桿焊接。在鋼拱架與噴射混凝土面間隙較大時用水泥塊填塞。鋼拱架的縱向間距控制在0.5～0.7m之間，每榀拱架設φ20@100cm的連接筋。

（8）噴護C25混凝土厚度10cm，要求鋼拱架與臨時支護混凝土面之間的間隙噴射飽滿密實。

圖2　超前小導管支護縱斷面圖

6　效果分析

土邊坡穩定，未對洞身產生不良影響；洞口集水坑將地下水位線降低至洞口以下，消除了地下水對洞身的不利影響。

采用超前小導管和聯合支護技術，把隧洞進口段松散的塊碎石土固結成整體，提高了掌子面前方圍巖的強度和剛度，極大地減少了開挖引起的圍巖松動和坍塌，保障了施工安全。施工中未發生任何事故，僅用50余天完成了進口段79m土質圍巖的開挖，得到了建設單位的肯定。

[1《]水利水電工程錨噴支護技術規范》（SL377-2007）.

[2《]水工隧洞設計規范》（DL/T5166-2002）.

[3]汪胡楨.水工隧洞的設計理論和計算[M].水利電力出版社，1990.