某輸水隧洞工程開挖和支護施工措施分析

高 鵬

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110001）

水資源對于區域經濟發展起著至關重要的作用，而其分布往往不均。輸水工程是調配水資源平衡的重要手段，因此不可避免需要開挖隧洞。巖石山體開挖時需要爆破，這對控制超欠挖技術要求很高，而且支護也必須及時跟進，否則容易局部塌方。

1 工程概況

本研究隧洞工程隸屬于遼西北供水工程（二段），全長4.39 km，斷面形式為圓拱直墻形，成洞斷面尺寸為6.6 m×（6.15～7.28 m）（寬×高），設計坡度0.312%。根據地質勘察，項目區的巖石以花崗巖類為主，質地堅硬，發育完整性較好。結合隧洞斷面情況，初步設計采用全斷面開挖法。

2 隧洞開挖措施

2.1 開挖流程設計

全斷面開挖法采用“YT28風動鑿巖機鉆孔+光面爆破”工藝，側卸式裝載機配自卸車出渣，設計循環進尺為2.5 m，然后利用“人工安裝錨桿+噴射混凝土”支護工藝，具體開挖流程如圖1所示。

圖1 開挖施工工藝流程

2.2 鉆爆參數設計

炮孔參數布置與圍巖類別直接相關，詳見表1。本項目圍巖屬于Ⅲ類，周邊孔布置間距為50 cm。

表1 各類圍巖周邊孔布置間距

隧洞開挖鉆爆參數設計詳見表2，炮眼平面如圖2所示?？仔筒煌?，孔深、孔數、裝藥集中度和總量會存在一些差別，施工時應給予注意。

表2 隧洞斷面鉆爆參數

圖2 炮眼布置平面

2.3 開挖要點分析

2.3.1 測量放線

測量放線由專業工程師采用全站儀對設計輪廓線、炮孔逐一精確放樣，掌子面開挖斷面測量在噴混凝土前進行。洞內臨時測量控制點要求埋設牢固并作好防護。在每循環鉆孔前測量人員應檢查上一循環超欠挖情況，并及時向鉆孔施工班組進行交底[1]。

2.3.2 鉆孔作業

為保證鉆孔質量，設計分區、分部位定人定位施鉆，實行鉆工作業質量獎罰制。炮孔鉆完后，用棉紗堵塞孔口進行保護，防止石渣掉入孔內。對于因堵塞無法裝藥的鉆孔，應予吹孔或補鉆。每個鉆孔施工完畢后由現場作業班組長進行初步檢查并及時糾正偏差，所有鉆孔完成后由當班技術員進行復檢，重點檢查周邊孔質量和間距，要求偏差不得大于5 cm，對不符合要求的鉆孔需立即補打，在所有鉆孔符合要求后才可進行下一步工序[2]。

2.3.3 裝藥、聯線、爆破

具體過程和要求記述如下：①裝藥前用高壓風沖掃孔內。②炮孔全部采用人工裝藥，一般孔為連續裝藥，光爆孔為不耦合間隔裝藥。在連續裝藥結構中，孔內采用毫秒雷管引爆。起爆雷管置于孔底第二節炸藥上，并將聚能穴朝孔口方向[3]。③起爆雷管必須用膠帶與炸藥綁牢，并注意保護好雷管腳線。④為確保爆破效果及安全，起爆雷管必須嚴格按爆破設計選擇段號。⑤光爆孔使用導爆索引爆，施工時先將炸藥藥卷按設計藥量、間距與導爆索和小竹片捆綁，經檢查無誤后將炸藥串緩慢插入炮孔內。裝藥時必須用裝有橡膠端頭的非金屬材料制作的炮棍裝填。⑥堵孔用專制炮泥進行堵塞，必須堵至孔口。

2.3.4 出渣及清底

采用裝載機配合自卸車出渣，直接運到棄渣場。出渣完畢后清出工作面積渣，為下一循環鉆爆作業做好準備。在渣場棄渣時，配備1臺挖掘機配合自卸車棄渣，防止由于冬季氣候寒冷引起自卸車棄渣不流暢，并配備1臺裝載機對棄渣隨時進行清理、整平，防止棄渣凍結，影響后期棄渣倒運。

2.3.5 安全處理及臨時支護

出渣前，人工對拱頂危石進行清撬，出渣結束后則清除掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊，保證進入人員及設備的安全。根據地質情況，按設計要求局部采用錨桿加固圍巖；對較破碎的圍巖清撬松動巖塊后及時進行初期支護[4]。

3 隧洞支護措施

隧洞開挖后要及時支護，具體工序為：初噴→安裝鋼架→打錨桿和掛鋼筋網→復噴，下面對各工序的施工要點進行分析。

3.1 噴射混凝土

具體過程和要求記述如下：①項目選用普通硅酸鹽水泥P.0.42.5，細度模數2.5～3.0的堅硬耐久中粗砂河砂，粒徑不大于10 mm連續級配碎石，化驗合格的拌和用水。②采用濕噴機作業，噴層厚度15 cm，每10 m設置一處噴混凝土厚度標識（埋設鋼筋頭）。在噴射前，將松動圍巖清理干凈，用高壓水和高壓風沖洗吹凈受噴面。③噴射時，噴嘴與巖面保持垂直，且距受噴面0.6～1.0 m，噴射壓力控制在0.15～0.2 MPa。噴射路線應先邊墻后拱部，分區、分段“S”形運動，噴頭作連續不斷的圓周運動（直徑20～30 cm），后一圈壓前一圈1/3，以螺旋狀噴射。要求噴射混凝土回彈量頂拱部位不大于25%，其余部位不大于15%[5]。④噴射混凝土完成時間距下次爆破時間的間隔不得小于4 h。噴射混凝土終凝2 h后進行噴水養護，養護時間不少于14 d。

3.2 安裝鋼架

具體過程和要求記述如下：①本項目鋼支架采用HW150型鋼，安裝間距1.0 m。按設計尺寸在洞外分節焊接，每節兩端均焊連接板，并用螺栓連接，加工后必須進行試拼檢查，嚴禁不合格品進場。②鋼架安裝尺寸允許偏差：橫向和高程為±5 cm，垂直度±2°。鋼架支撐底腳置于牢固基礎上，底板若有超挖用C30混凝土回填，利用鎖腳錨桿定位。鋼架支撐與圍巖之間必須楔緊，2排鋼架間用鋼筋縱向連接牢固，以便形成整體受力結構。

3.3 鋼筋網和錨桿施工

3.3.1 鋼筋網

具體過程和要求記述如下：①本項目段為Ⅲ類圍巖，掛網形式為頂拱掛設，鋼筋網規格Φ8，網格尺寸20 cm×20 cm，在洞口鋼筋加工場預制后運至作業面。②首先在巖面噴射一層混凝土作鋪墊，之后掛鋼筋網，相鄰鋪設的鋼筋網搭接長度不小于200 mm。③掛網后噴射保護層，要求厚度不小于40 mm。

3.3.2 錨桿

具體過程和要求記述如下：①錨桿桿體采用HRB335級帶肋鋼筋，使用前要調直、除銹、去污。錨桿端頭安裝墊板，材質為Q235C級，墊板尺寸150 mm×150 mm×8 mm。緊固后螺母端頭錨桿外露長度應小于40 mm，螺母規格為M16。設計錨桿間距1000 mm×1200 mm。②采用水泥卷式錨固劑，要求水泥強度不低于P.0.42.5級，具有快凝、快硬、高強、微膨脹性能。要求提供的錨固力0.5 h應達到50 kN以上、1 h應達到80 kN以上，后期強度穩定。③系統錨桿沿隧洞周邊徑向布置，當結構面和巖面層明顯時，錨桿以較大交角貫穿巖體主結構面或巖面層。④按設計要求定出孔位，允許誤差±150 mm；保持錨孔順直，并與巖面基本垂直；鉆孔深度及直徑與桿體相匹配。錨桿入巖長度不得小于設計長度的95%。支護結構，如圖3所示。

圖3 隧洞斷面支護結構

4 結語

項目個別地段出現超欠挖現象嚴重，究其原因是裝藥量存在較大誤差，而且存在個別雷管沒起爆問題，后續的支護工作能否及時跟進則直接影響了支護難度。

本項目部分地段圍巖完整性較差導致支護困難，經技術人員研究采用先注漿黏結再支護加固措施，最終順利通過工程驗收。在此說明，由于圍巖特性千差萬別，每個項目對于爆破和支護設計，務必根據實際情況適當調整，照搬其他項目成功經驗未必可行。