引水隧洞泥加碎石地質條件下掘進技術研究

呂冠成，黃天炎，蔡思遠

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

廣西左江治旱馱英水庫及灌區工程是水利部172 個重點項目之一，那佳—南慶隧洞工程是整個灌區工程的咽喉工程，能否及時完工貫通，直接關系到馱英灌區工程能否按計劃時間發揮經濟效益。

那佳—南慶隧洞和崠樣支洞地質圍巖主要以IV、V 類為主，其中V 類圍巖分部點多線長，基本以泥加碎石為主。為確保本工程安全施工、順利實現進度目標，在崠樣支洞進行引水隧洞泥加碎石地質條件下掘進技術的研究具有現實意義。

1 研究目的

針對小型隧洞泥加碎石地質圍巖地質條件下的開挖及支護，調整施工工藝，探索除固結灌漿技術外新的支護技術措施，確保支護安全，加快施工進度，實現進度計劃目標。

2 研究方案

工藝流程：初噴C20 砼→立鋼支撐→系統錨桿→掛鋼筋網→超前小導管→超前錨桿→噴C20 砼（20 cm）→反鏟挖掘機掘進→出渣→初噴C20 砼→立鋼支撐的施工工藝。

2.1 初噴C20砼

為保護圍巖的天然承載力，初期支護要盡快進行，開挖后及時清理巖面、找頂，并快速初噴，初噴厚度大小于5 cm，封閉頂部圍巖，噴平巖面，防止巖面風化掉塊，保障工作面施工安全。

2.2 立鋼支撐

采用I14 工字鋼按設計尺寸要求分單元加工，連接鋼板焊接成型，特殊情況垂直部分直立頂部巖面，焊縫處的厚度為10 mm。運至現場后以螺栓連接拼接安裝。

鋼拱架安裝時要垂直隧洞中線，上下、左右允許偏差±5 cm，鋼拱架傾斜度不得大于2°，鋼拱架間設縱向連接筋和定位系筋，在拱、墻腳位置設鎖腳錨桿。鋼拱架與錨桿焊接成整體，縱向設Ф22 鋼筋焊接連接固定。鋼拱架與初噴砼要求緊密結觸，超挖嚴重的地方空隙處用砼墊塊契緊。拱腳超挖時，不得用土回填，采用鋼板墊塊調整。

2.3 錨桿安裝

錨桿施工的工藝流程為：造孔→清孔→注漿→插錨桿→封孔。

（1）鉆孔。錨桿孔應按施工圖紙布置的鉆孔位置進行，孔位偏差應不大于100 mm。錨桿孔的孔軸方向應滿足施工圖紙的要求。系統錨桿的孔軸方向應垂直于開挖面，局部加固錨桿的孔軸方向應與可能滑動面的傾向相反，其與滑動面的交角應大于45°。注漿錨桿的鉆孔孔徑應大于錨桿直徑，錨桿孔深度必須達到施工圖紙的規定，孔深偏差值不大于50 mm，錨桿要與鋼支撐焊接牢固成整體。

（2）錨桿的注漿。錨桿注漿的水泥砂漿配合比，應在以下規定的范圍內通過試驗選定：砂∶水泥為1∶1 到0.5∶1，水∶水泥為1∶1 到0.5∶1。先注漿的永久支護錨桿，應在鉆孔內注滿漿后立即插桿；后注漿的永久支護錨桿和預應力錨桿，應在錨桿安裝后立即進行注漿。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

2.4 鋼筋網施工

鋼筋使用前應清除污銹。鋼筋網的制作：鋼筋網根據設計圖紙要求在鋼筋加工房加工臺上焊接為0.20 m×0.20 m的正方形鋼筋網片，整齊堆放在不潮濕、不淋雨的地方。鋼筋網宜在巖面噴射一層混凝土后鋪設，鋼筋與壁面的間隙宜為3～5 mm。鋼筋網緊貼初噴面，安裝牢固，控制好焊接質量及網片搭接長度，噴砼時不產生松動。

2.5 超前小導管

超前小導管主要作用是對掌子面前面待開挖洞室圍巖進行加固。為減少注漿時間，本方案中對先施工的超前導管進行注漿和超前錨桿一起承擔上方圍巖的壓力，以彌補超前錨桿承載力不足的缺點。從設計開挖輪廓線外緣打入，與鋼拱架相互連接。

小管棚鉆孔前，先進行孔位測量準確放樣，鉆孔嚴格按放樣進行，避免造成串孔，影響注漿效果。孔位外插角度符合設計要求。

（1）超前小管棚注漿選用Ф42 mm 的無縫鋼管，長度4 m，Ⅴ類圍巖環向間距為30 cm。

（2）小管棚的前端做成尖錐狀，沿開挖輪廓線向外以10°～15°的外插角用手風鉆鉆孔，將小管棚沿孔打入地層。

2.6 超前錨桿

超前支護指的是在掌子面前面待開挖洞室圍巖用長錨桿或鋼管進行加固，以限制圍巖的變形和防止在下一開挖循環中巖石坍落。本方案采用的超前錨桿主要配合超前小管棚一起承擔上部圍巖壓力，超前錨桿均勻分布于超前管棚間隔內，每兩根超前管棚之間設兩根超前錨桿，錨桿中心間距為10 cm，錨桿之間間距較小，能夠減少上部細小石塊或破碎巖石掉落引起的塌方事故。

2.7 噴C20砼支護

2.7.1 噴混凝土工藝

噴混凝土工藝流程圖見圖1。

2.7.2 原材料質量控制

（1）水泥。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。進入工地后，采取妥善的措施儲存，防止受潮和結塊。

（2）水。水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的雜質，不得使用污水及pH值小于4的酸性水。

圖1 噴混凝土工藝流程圖

（3）骨料。細骨料應采用堅硬耐久的粗、中砂，細度模數宜大于2.5，使用時的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料應采用耐久的卵石或碎石，粒徑不應大于15 mm，噴射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。

（4）外加劑。速凝劑的質量應符合施工圖紙要求并有生產廠的質量說明書，初凝時間不應大于5 min，終凝時間不應大于10 min，其摻量應通過室內試驗和現場試驗確定。

2.7.3 噴射作業

為減少回彈量，降低粉塵，采用濕噴砼工藝，噴料用強制式砼攪拌機進行拌和，用HPJ-III 噴射機噴砼。在噴砼前，檢查開挖斷面尺寸，清除危石和墻腳的巖碴，用水或風將開挖面的粉塵和雜物清干凈。噴砼應自下向上噴射，噴嘴離巖面距離0.6～1.0 m。噴射時，噴射手應嚴格控制水灰比，使噴層表面平整、光滑，無干斑或滑移流淌現象。每次噴層厚度拱頂為3～5 cm，邊墻5～7 cm，噴槍應大致垂直于巖面，以盡可能減少回彈。

當噴砼厚度較大時，應采用分層噴射，當前一層噴砼已經終凝時，即可進行下一層砼的噴射。對于有滲漏水的巖面，噴面前做好引水處理，然后再噴砼，并從無水處向有水處逐步逼近。噴砼表面平整，不出現干斑、疏松、脫空、裂隙等現象。

2.8 反鏟挖掘機掘進

根據現場圍巖具體情況選擇，巖體極破碎處，為避免爆破震動，采用挖掘機開挖。隧洞斷面較小，采用65型小型挖掘機，挖掘機帶有挖斗和炮頭，破碎泥加碎石采用挖斗撬挖，遇到整體性完成的巖石采用炮頭作業。

2.9 出渣

出渣采用1.5 m3反鏟或60 m3/h裝巖機裝渣，5 t自卸汽車出渣。現場石方運輸派專人對運輸車輛進行指揮，清渣人員清理前，必須檢查是否有可能墜落的石塊，確保無墜落物后再行施工。機械裝渣作業應嚴格按操作堆積進行，不得損壞已有的支護及臨時設備。

3 研究與應用效果

該項技術應用于崠樣支洞泥加碎石圍巖地質段施工，在掘進過程中未發生安全事故，最大限度地加快了施工進度，效果良好，為順利實現主洞貫通積累了施工經驗和提供參考。