莫呼查汗水庫導流隧洞臨時支護及施工方案研究

李萬金

(新疆水利水電項目管理有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 引言

隨著水利樞紐工程建設的快速發展，水工隧洞開挖工程也越來越多。隧洞安全已經受到了眾多專家、學者的關注[1-2]。影響隧洞安全的因素眾多，支護方案、施工方案是其中的重要因素[3-5]。為了保證隧洞在施工過程中的穩定，需采取臨時支護措施，加固圍巖；同時，合理的施工方案可以減輕對隧洞穩定性的影響，保證工程安全。結合莫呼查汗水庫倒流隧洞工程，對隧洞臨時支護方案和施工方案進行研究。

2 工程概況

莫呼查汗水庫為小(1)型IV等工程，是以灌溉為主兼顧防洪的綜合性水庫。導流兼沖沙放水隧洞布置于河道右岸，洞身段為有壓圓洞，直徑為3.1 m，由進口引水渠段、進口閘井段、洞身段、出口閘井段、出口引渠段、閘井交通橋、金屬結構及啟閉機安裝共七個分部工程組成，全長362.058 m。

3 隧洞臨時支護方案分析

引水渠段(0-049.096～0+000)：長49.096 m，縱坡i=0，進口底板高程2246.00 m，梯形斷面，底寬6.1 m，開挖坡度為1∶0.3，邊坡每10 m高度設一馬道，馬道寬2 m，邊坡采用掛網錨噴支護，錨桿采用Φ25砂漿錨桿，孔排距2.0 m，L=4.5 m。

進口閘井段(0+000～0+010.500)：進口閘井段長10.5 m，寬度7.5 m，孔口尺寸3.1×3.1 m，底坡i=0，底板高程為2246.00 m，閘井平臺高程2292.65 m。基礎設置固結灌漿，伸入巖石6.0 m，孔排距3.0 m；開挖邊坡采用掛網錨噴支護處理，錨桿長度4.5 m，孔排距2.0 m，梅花形布置。

洞身段(0+010.500～0+0+248.816)：總長238.316 m，縱坡i=1/40.77，斷面為近似馬蹄形，內徑為3.1 m。隧洞洞身除進口10.0 m、出口46.0 m襯砌外及圍巖條件較差的12 m采用鋼筋混凝土襯砌以外，其余段均采用掛網錨噴處理。襯砌段襯砌厚度0.6 m～1.3 m不等。隧洞洞身全斷面進行固結灌漿，孔距2.0 m，排距2.0 m，伸入圍巖2.0 m，灌漿孔采用梅花型布置，隧洞襯砌段頂拱90°范圍進行回填灌漿。

出口閘室段(0+248.816～0+260.016)：出口閘井段長11.20 m，寬8.10 m，閘門采用弧形閘門，孔口尺寸為2.5 m×2.5 m。縱坡i=0，底板厚度為2.2 m；基礎布設間距2 m、φ25砂漿錨桿，錨桿長4.5 m，伸入基巖3.5 m，另基礎設置固結灌漿，伸入巖石6.0 m，孔排距3.0 m；開挖邊坡采用掛網錨噴支護處理，錨桿長度4.5 m，孔排距2.0 m，梅花形布置。

4 施工方案分析

4.1 施工順序及方法

4.1.1 施工順序

施工順序：施工準備→施工測量控制網建立→施工臨時道路修建→進出口洞臉明挖→洞臉鎖口→石方洞挖→錨桿支護→掛網鋼筋→噴射混凝土→襯砌段鋼筋制安→混凝土底板襯砌→混凝土邊項拱→回填灌漿→固結灌漿→工程收尾→竣工驗收。

4.1.2 施工方法

采用電子全站儀測量并用油漆畫出開挖邊線，并按照試驗段的爆破參數布孔。洞內石方開挖每工作面采用4～6臺手風鉆鉆孔，人工填裝乳化炸藥，非電毫秒雷管微差爆破；周邊進行光面爆破，導爆索起爆。爆碴由裝載機運至洞口裝20 t自卸汽車運至棄料場或利用料場堆存。對局部巖體破碎帶采用錨噴等臨時支護措施，以確保圍巖穩定。

根據地質資料及現場揭示情況顯示，隧洞主要為Ⅲ類圍巖，洞身每循環鉆孔深度2.2 m，進尺2.0 m。圍巖開挖采用“新奧法”施工工藝，Ⅲ-IV類圍巖采用全斷面開挖，IV類較差、V類圍巖采取上導坑(層)領進下層開挖的施工方法。

4.2 錨桿施工

(1)巖石邊坡錨桿施工工序

巖石邊坡錨桿采用的施工工序為：搭架桿→清壁→造孔→安裝錨固劑→安裝錨桿→封堵保護。

(2)巖石錨桿材料

錨桿：選用直徑25 mm、HRB335鋼筋。

水泥：采用425#普通硅酸鹽水泥。

砂子：采用最大粒徑<2.5 mm的砂。

(3)巖石錨桿施工方法

①孔位：錨桿孔按設計圖紙布置，孔位偏差不大于10 cm。

②鉆孔：錨桿鉆孔設備采用手風鉆鉆孔或潛孔鉆機，其鉆孔直徑為40 mm，鉆孔深度為4 m～4.5 m，孔深偏差不大于5 cm。系統錨桿孔孔軸方向垂直于開挖面，局部加固錨桿的孔軸方向，按照設計要求與可能滑動面的交角大于45°。

③沖洗：鉆孔完成后，用壓力風或水沖洗。

④錨桿注漿、安裝：錨桿在鋼筋加工廠制作，運至施工現場安裝。錨固劑用水浸泡后，放入鉆孔，將錨桿立即插入孔內，錨固劑凝固前，不得敲擊、碰接和拉撥錨桿，或施加任何荷載。

4.3 噴射混凝土施工

(1)噴射混凝土施工工序

巖石邊坡噴射混凝土采用干噴施工工序。

圖1 噴射混凝土施工工序

(2)噴射混凝土施工設備

主要施工設備為：SP-2混凝土噴射機，JWHJ-375型強制式攪拌機，12 m3空壓機。

(3)噴射混凝土施工方法

①施工準備：整理作業面；搭設工作平臺，埋設噴射厚度標志。噴射前對施工設備、風、水、電等進行檢查和試運行，對坡面滲水點進行妥善引排。

②拌制和運輸：按照設計要求作好噴射混凝土的配合比試驗，選擇最優的噴射混凝土配合比。水泥、速凝劑偏差不大于±2%，砂、石骨料偏差不大于±3%。噴射混凝土混合料采取強制拌合機拌制，其拌制時間符合規范要求。混合料在運輸、存放過程中防止雨淋、裝入噴射機前混合料過篩，防止雜物混入影響施工。

③混凝土噴護：噴射混凝土施工前，對噴射混凝土各項指標進行檢測試驗，符合設計要求再進行施工。噴射混凝土應分段進行，自下而上噴射時，前一層混凝土終凝后進行，方可進行下一層噴射。完工后的噴射混凝土表面應平順、密實，并做好質量檢查記錄。作業區氣溫和混合料溫度不低于+5℃。

④養護：終凝2 h小后，噴水養護，時間不少于14 d。

4.4 混凝土襯砌施工方案

①施工分段、分塊

施工分段：根據設計圖紙結構型式，擬定導流兼沖沙放水隧洞洞身混凝土襯砌采用分段施工，共計5段。

導流兼沖沙放水隧洞采用有壓洞，布置與河床右岸，由進口引渠段、進口閘井段、洞身段、出口閘井段、出口引渠段、閘井交通橋、金屬結構及啟閉機安裝組成，全長362.058 m。

施工分塊：根據洞型并綜合考慮施工因素，混凝土襯砌確定采用分塊澆筑，即先底拱、后邊、頂拱。

②混凝土襯砌接縫處理

環向縫：即沿洞軸線分段形成的伸縮縫，按設計要求設置銅片止水，銅片止水的型號寬400 mm、厚1 mm，其結構型式為“Z”型。

③混凝土拌合和運輸

混凝土供應由集中拌合站供應，混凝土水平運輸采用混凝土攪拌運輸車，混凝土入倉采用混凝土輸送泵。

④進、出口漸變段模板

進、出口漸變段(方形變馬蹄形)模板采用木模板，木模板采用散裝木模(規格2 cm)，鋼木圍令。模板固定采用在側墻打插筋孔，利用拉筋及鋼管腳手架支撐。

⑤洞身襯砌模板

洞身下部側墻及頂拱采用標準鋼模，鋼管圍令，模板固定采用鋼筋拉條及鋼管腳手架支撐固定。

⑥鋼筋施工

鋼筋在鋼筋加工廠內加工成型，人工裝運，汽車運送至施工現場，直徑22 mm以下的鋼筋采用搭接，直徑22 mm以上的鋼筋采用焊接。

⑦混凝土澆筑

混凝土澆筑分為進、出口兩個工作面進行施工。混凝土輸送泵布置在進、出口洞口處，混凝土泵管接至澆筑工作面。混凝土從拌合站經混凝土攪拌運輸車運至導流洞進口后(運距約1200 m)，用混凝土輸送泵泵送混凝土入倉。

5 結論

為了保證莫呼查汗水庫導流隧洞施工工期和安全，結合場地地質條件，采用分段支護的方案，以節省投資并保證隧洞安全。根據隧洞施工內容，從錨桿施工、噴射混凝土施工、洞身混凝土襯砌施工等3個方面對臨時支護方案進行分析，施工過程中應嚴格按照施工工序、工藝要求進行，控制施工質量，以保證工程安全。