評價水庫隧洞工程施工中超前支護的應用

謝丹

（郴州市水電建設公司，湖南 郴州423000）

1 引言

隨著我國水利工程建設領域的飛速發展，水庫工程中的隧洞施工也逐漸得到了建筑企業與施工單位的高度重視，同時為提高隧洞的施工效率與質量，以超前支護為例的施工技術也越來越廣泛地被應用于水庫隧洞工程中。但就水庫隧洞建設中超前支護技術應用的目前情況來看，依然存在極大的進步空間。要充分發揮超前支護的重要作用，從而提高水庫建設質量以及投入使用后的安全性，必須對其進行深入探索與研究。

2 超前支護施工技術概述

超前支護施工技術的先進性較強，更適用于地形復雜的隧道及隧洞工程。施工人員在開挖工程面時，可采取錨桿或鋼管超前支護的方法錨固地質圍巖，從而為公路隧道開挖過程中，施工人員、設備與物資的安全提供更高的保證。具體來講，施工人員需通過對導向架與管棚等設備的應用，以水庫隧洞為中心施工開挖線，同時應充分發揮鋼管與錨桿的作用來實現對隧洞圍巖的預支護，進一步保證隧洞工作面開挖的穩定性與安全性。

要在地質條件較復雜的施工區域內應用超前支護施工技術并確保其有效性，應注意以下幾點：（1）輔助與支撐措施不能忽視；（2）施工測量與放樣工作也必須提前做好，為超前支護技術的全面落實奠定牢固基礎；（3）施工人員也應嚴格按照施工方案確保水庫隧洞開挖的有序性，然后再將工程地質情況與周邊環境作為根據，選擇應用管棚或錨桿支護；（4）超前支護技術應用完畢后，應對水庫隧洞的強度與坍塌的可能性展開評估，確定是否需要再次支護與二次襯砌，最大限度地保證水庫隧洞建設的質量和安全性[1]。

3 工程案例概況

以某水庫工程為例，其河谷為“U”形，地形陡峻且基巖裸露，左岸高程660m下覆蓋的碎塊石土約為5～10m，存在咫斷層；右岸高程超730m的砂漂礫石約為15～30m，階地山坡角度為50°。此水庫工程的主要構成為導流、大壩、泄洪、排砂洞以及溢洪道，計劃將排砂洞、導流泄洪和溢洪道設置在右岸，大壩為鹼面板堆石壩，最高高度是94.2m；導流洞直徑為5m，屬于圓形有壓洞；溢洪道寬度為10m，最大泄洪量為228.4m3/s。

4 水庫隧洞工程施工中應用超前支護技術的關鍵點

4.1 制訂科學合理的施工方案

由于工程地質條件非常惡劣，所以，在已進洞10m的情況下，針對毛洞與仍未開挖的洞身制訂了2種支護技術應用方案。毛洞支護以新奧法為主，同時與掛網噴護技術相結合，使卸荷變形的問題得到規避；在綜合考慮多方因素后，基本可以確定超前支護能夠發揮最好的效果。

超前支護在水庫隧洞施工，即為對圍巖破碎嚴重的開挖部分，以及洞頂或容易卸荷變形的部位進行施工。未開挖之前，施工人員應先沿軸線，在掌子面上按要求開鑿小孔，并將鋼管、錨桿以及鋼梁等支撐物插入孔中，其中一個支點可設置為未開挖的圍巖，而另一個支點則可選擇為已經支好的鋼支撐或托架，如此形成簡支梁來承受頂拱圍巖帶來的壓力。施工人員可使用此組梁代替開挖圍巖中需承受的壓力，如此能使支撐力在卸荷變形前充分補充，進一步降低卸荷變形出現的概率，有效預防塌方事故。

4.2 選擇合適的施工技術

目前在托架支撐方面，超前支護技術通常只有豎向立柱狀支撐與錨桿固定各縱梁出露端這兩種方式，前者在大洞徑遂洞中應用的效果更好，而后者則更適用于小洞徑隧洞。但結合工程實際需求來看，上述2種托架方式都不適用。首先，水庫導流隧洞洞徑較窄，如果使用豎向立柱支撐技術，支撐立柱間距極難控制，間距過大的圍巖壓力難以承擔，間距過小則鉆爆臺車難以和鉆孔、爆破等及時跟進，從而影響隧洞施工質量。

其次，若采用錨桿固定的方式，受地質條件的影響與制約可能比較大，同時由于洞頂有一條與洞軸線幾近的斷裂夾泥層通過，所以，錨桿長度必須超過6m才能穿過夾泥層并發揮作用。另外，錨桿在巖石上的制作安裝相對來講難度極大，如果現場制作能力水平較差，施工進度與成本控制都會受到影響。

基于此，可以上述2種超前支護方式為基點創新改進，使用10根大號鋼筋代替原本的若干根鋼梁支撐，支護后端的豎支鋼管架，也應替換為拱形托架，通過拱形鋼筋圈的有效連接插入掌子面的鋼筋，并實現在隧洞腰線處的短錨桿上的固定。實踐證明，如此能使原本全部由鋼筋承受的豎向卸荷力向洞身兩側的巖壁上合理分散[2]。

5 水庫隧洞工程中超前支護施工的注意事項

5.1 提高對巖體加固的重視程度

在超前支護方案最終確定后，施工人員根據水庫隧洞工程要求，將施工安排為超前支護為主、鹼支護為輔，同時因為使用鹼在新鮮開挖面上及時噴射，所以，圍巖抗力提供得也十分及時，若噴射能到達裂隙的更深處，巖體加固效果還會更加明顯，從而在降低巖石剪切力的基礎上，確保圍巖承載能力的提升。如此不僅拱頂中卸荷變形坍塌事故出現的概率會顯著降低，由巖石不斷風化而使小塌方轉變為大塌方的隱患也能得到規避。

5.2 制作拱形托架超前支護

首先，可使用風槍在隧洞開挖斷面的掌子面外圍造孔，造孔方向通常情況下和軸線的夾角應為20°，造孔范圍也應控制在掌子面頂120°之內；孔深應為4m，間距40cm，在孔內插入代替超前支護鋼梁的新型鋼筋，再在腰線處順洞軸方向以40cm為間距造孔。孔深應控制在80cm，孔內插入的新型鋼筋長度不能低于100cm，否則固定拱形托架的效果難以得到充分發揮。拱形托架應用的鋼筋數量為2根，且依然需要彎制成拱圈，再使用短鋼筋連接在一起，此間距應為5cm；在巖石內插入的用于替代鋼梁的鋼筋上電焊拱圈，從而將其作為托架使用，在腰線的短錨桿上拱鉸支撐[3]。

5.3 合理控制爆破裝藥量

為盡可能緩解巖石振動帶來的影響，對水庫隧洞進行爆破作業時，應將火藥裝在周邊孔中，因此，在造孔結束之后，施工人員應將直徑為1.5～2cm的藥卷綁扎在比孔徑略小的木條上。在進行超前支護之前，應使用鋼梁替代巖石來受力，從而為后續托架的安裝提供便利，也更有利于支撐巖體；在掌子面深度與前一超前支護相符后，則應及時展開新的超前支護，直至巖石狀況得到緩解。

6 結語

綜上所述，我國水利工程的數量與規模發展十分迅速，同時其作為與民生息息相關的工程，在近幾年也逐漸成為國家與社會各界關注的焦點，另外，新時期對水庫隧洞工程質量的要求也更高，此時加大對超前支護技術的研究力度非常必要，這也是提高水庫整體質量、運行效率及安全性的重要基礎。