隧洞進(jìn)出口管棚法在涔天河樞紐工程施工中的應(yīng)用

蔣喜明

（永州市水利水電勘測設(shè)計(jì)院，湖南 永州 425000）

1 工程概況

涔天河水庫工程位于江華瑤族自治縣境內(nèi)的湘江干流瀟水上游，龍頭水庫，水庫最大壩高114 m，壩頂長328 m，正常蓄水位313 m，總庫容15.1 m3，水庫水面面積38.4 km2，裝機(jī)容量20 萬kW；設(shè)計(jì)灌溉面積111.46 萬畝。是一座具有灌溉、防洪、補(bǔ)水、發(fā)電，兼顧航運(yùn)等功能的大型水利工程。

樞紐工程主要建筑物包括：大壩（面板堆石壩）、1#泄洪洞、2#泄洪洞（導(dǎo)流洞）、發(fā)電引水洞、放空洞、左右岸灌溉洞、石料場交通洞、左岸臨時(shí)交通洞等工程。

樞紐工程2011 年11 月奠基，2012 年8 月開工；2014 年12 月通過導(dǎo)截流驗(yàn)收；2016 年10 月30 日已經(jīng)通過水規(guī)總院下閘蓄水安全鑒定；2017 年3 月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2017 年底樞紐工程完工。

2 工程地質(zhì)

1#泄洪洞進(jìn)口地形坡度45°，巖性為細(xì)砂巖、石英砂巖、粉砂巖夾頁巖，洞臉邊坡接近為橫向坡，進(jìn)口洞臉邊坡整體穩(wěn)定性較好。出口洞段約70 m 范圍為Ⅳ、Ⅴ類圍巖；右側(cè)巖層順坡向，再加上3 條斷層和節(jié)理的切割組合，存在結(jié)構(gòu)面組合的穩(wěn)定問題。

2#導(dǎo)流泄洪洞工程進(jìn)口邊坡基巖為∈3 變質(zhì)砂巖夾板巖和D11 石英砂巖夾細(xì)砂巖、粉砂巖，巖石呈強(qiáng)～弱風(fēng)化狀態(tài)，穩(wěn)定性較好。出口巖性為D16 石英砂巖、砂巖夾含礫石英砂巖及頁巖，巖石破碎，強(qiáng)風(fēng)化，斷層、節(jié)理發(fā)育，洞臉及右側(cè)邊坡巖體風(fēng)化較強(qiáng)，且為順向坡,存在3#滑坡穩(wěn)定問題。

發(fā)電引水洞進(jìn)口為D13 巖組，進(jìn)口邊坡穩(wěn)定。出口為D16、D2t 石英砂巖、砂巖夾含礫石英砂巖及頁巖，洞臉及右側(cè)邊坡巖體強(qiáng)風(fēng)化，順向坡加上軟弱夾層、節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡穩(wěn)定性差，存在覆蓋層坍滑及順層滑動(dòng)問題。

右岸灌溉洞隧洞進(jìn)口地形坡度40°，出口39°，進(jìn)口右側(cè)為順層邊坡，穩(wěn)定性較差。隧洞出口為D16 石英砂巖、細(xì)砂巖夾頁巖等，強(qiáng)風(fēng)化，中透水，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，存在掉塊或沿夾層及節(jié)理裂隙組合體坍塌問題。

左岸灌溉洞進(jìn)口位于6#沖溝，地形坡度40°～55°，基巖裸露，邊坡穩(wěn)定；出口附近地形較陡，坡角約27°。進(jìn)口以下約28 m 和出口以上215 m 范圍，由于巖體破碎，整體穩(wěn)定性差，存在掉塊、坍塌、滲水、甚至冒頂通天問題，屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖。出口段洞臉邊坡為土狀，穩(wěn)定性差。

3 工程施工

3.1 施工方案

隧洞進(jìn)出口邊坡在工程施工的諸多問題中，邊坡穩(wěn)定是最重要的問題，特別是高邊坡處理措施復(fù)雜，涔天河樞紐工程開挖邊坡面積達(dá)2 萬m3多，最高邊坡高達(dá)200 m。工程諸多的隧洞進(jìn)出口均位于邊坡的底部，如果采用常規(guī)的鉆爆法施工，在不良地質(zhì)條件下，則有可能在鉆爆施工中受放炮等震動(dòng)的影響，加速洞臉邊坡及洞室圍巖的巖層節(jié)理、裂隙的張開以及巖體新生裂面的產(chǎn)生，對(duì)洞臉邊坡及洞室穩(wěn)定極為不利，經(jīng)參建各方分析討論后，決定對(duì)隧洞進(jìn)口進(jìn)洞施工采用管棚法，即超前大管棚加注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)的方案。

3.2 施工工藝

管棚布置范圍為拱部180°，環(huán)向間距0.4 m，并壓注水泥漿液，漿液水灰比1∶1（重量比）。管棚采用Ф108 mm×8 mm 熱軋無縫鋼管，節(jié)長3 m 和6 m，采用長15 cm 絲扣連接，相鄰鋼管接頭錯(cuò)開1 m 以上。超前大管棚施工時(shí)，鋼管與隧道中線平行，其仰角為1°～3°（不含路線縱坡度）。超前小導(dǎo)管采用Ф48 mm×6 mm 熱軋無縫鋼管，長度為6 m，搭接長為3 m，環(huán)向間距0.4 m，與大管棚錯(cuò)開布置，布置范圍為拱部180°，并壓注水泥漿液，漿液水灰比1∶1。見圖1。

清理洞臉，對(duì)洞臉進(jìn)行支護(hù)處理，沿隧洞頂拱開挖線上方影響范圍內(nèi)布置鎖口錨桿，錨桿規(guī)格為Φ25、L=6.0 m，間距50 cm；將管棚鋼管沿開挖輪廓外己鉆好的孔中打入地層內(nèi)，并與鋼拱架組合形成強(qiáng)大的棚架預(yù)支護(hù)加固體系，支承來自于管棚上部的荷載，通過鋼管的梅花形布置的注漿孔加壓向地層中注漿，以加固軟弱破碎的地層，提高地層的自穩(wěn)能力。

管棚注漿是管棚施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，注漿效果的優(yōu)劣同樣影響著整個(gè)管棚體系的施工質(zhì)量。因此，注漿要根據(jù)地質(zhì)情況選用合適的漿液、壓力和合理的流量，在注漿過程中壓力小則注不進(jìn)，壓力過大則會(huì)造成地面外鼓、崩裂。注漿時(shí)，一般采用先低壓、中流量注入，注漿過程壓力逐漸升高，注漿流量逐漸減少；當(dāng)壓力升至終壓時(shí)，繼續(xù)壓注5 min，再結(jié)束注漿。

圖1 管棚布置形式

洞臉、洞口兩側(cè)噴錨及棚架施工完成后，在棚架的保護(hù)下進(jìn)行進(jìn)洞開挖作業(yè)。

4 結(jié) 語

管棚法最早是作為山嶺隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌砂層施工中發(fā)揮了重要作用。由于超前管棚做頂板及側(cè)壁臨時(shí)支撐，為后續(xù)隧道開挖奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，且施工快、安全性高，被認(rèn)為是隧道施工中解決冒頂最有效、最合理的施工方法之一。

涔天河樞紐工程1#泄洪洞出口、2#泄洪洞出口、石料場交通洞出口、左岸臨時(shí)交通洞進(jìn)出口、左右灌溉洞出口等工程進(jìn)洞施工方案均采用管棚法，在施工過程中未發(fā)生任何的安全和質(zhì)量事故，管棚法施工在進(jìn)洞施工中取得了良好的效果。而且管棚法減少了洞臉邊坡開挖及對(duì)山體的擾動(dòng)，相比于常規(guī)大開挖方式，不僅減少了工程量，節(jié)省了工程投資，而且在保護(hù)生態(tài)環(huán)境及水土保持方面效果顯著。