績溪抽水蓄能電站尾水隧道支護(hù)技術(shù)

宋 平/SONG Ping

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250003）

由于鐵路、公路、水利工程需求的逐漸增加，隧道建設(shè)需克服的復(fù)雜地質(zhì)越來越常見[1]。黃解放等為解決破碎帶軟巖大變形問題，提出隧道支護(hù)變形分級(jí)預(yù)警方法[2]；李海原介紹了超前強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，成功穿越長斷層[3]；張粒等研究了特大斷面隧道支護(hù)的力學(xué)特性和位移規(guī)律[4]；王林等推導(dǎo)了開挖面極限支護(hù)壓力表達(dá)式，得到了破碎帶極限支護(hù)力的變化規(guī)律[5]。

本文針對尾水隧洞斷層穩(wěn)定性差，易失穩(wěn)，支護(hù)難度和工作量大的問題，研究了洞室支護(hù)、特殊部位和不良地質(zhì)地段的處理方法和施工技術(shù)。

1 工程概況

尾水隧洞易在隧洞局部頂拱形成不穩(wěn)定的楔體，尤其是層間擠壓帶與斷層、巖脈及節(jié)理的組合，易在洞頂產(chǎn)生掉塊等失穩(wěn)現(xiàn)象，斷層帶穩(wěn)定性差。巖體相對較破碎，洞室圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，斷層帶屬Ⅳ～Ⅴ類。

2 洞室支護(hù)施工技術(shù)

2.1 支護(hù)形式

不同工程中不同地質(zhì)所采用的支護(hù)形式也不同，針對績溪地質(zhì)情況，尾水隧洞支護(hù)形式有砂漿錨桿、噴素混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、管棚支護(hù)以及鋼格柵拱架等形式，局部布設(shè)隨機(jī)排水孔；5#施工支洞與尾水隧洞分岔口進(jìn)行鎖口支護(hù)。隨機(jī)支護(hù)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

5#施工支洞開挖至尾水隧洞的交叉部位應(yīng)對尾水隧洞洞口進(jìn)行鎖口錨桿支護(hù)后方可進(jìn)行隧洞開挖，鎖口錨桿參數(shù)?28@1.5×1.5m，L=6m，入巖5.9m。交叉口位置根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)支護(hù)范圍從交叉口位置向外延伸長度為2 倍洞徑，且不小于10m。

Ⅱ類圍巖支護(hù)形式為：隨機(jī)砂漿錨桿（?25mm，L=4.5m），入巖4.4m，隨機(jī)噴C25混凝土，厚5cm，如圖1 所示。Ⅲ類圍巖支護(hù)形式：頂拱180°范圍內(nèi)采用系統(tǒng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)（?25mm，l=4.5m），入巖4.4m，間距1.5m，排距1.5m，采用梅花形布置（8/9 根交錯(cuò)），頂拱180°范圍內(nèi)系統(tǒng)噴射混凝土，厚度5cm，龍骨筋錨桿與主體錨桿牢固緊密連接，如圖2 所示。

圖1 Ⅱ類圍巖支護(hù)形式

圖2 Ⅲ類圍巖支護(hù)形式

Ⅳ類圍巖支護(hù)形式為：系統(tǒng)砂漿錨桿（?25mm@150×100cm、L=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內(nèi)打設(shè)，呈梅花形分布（12/13 交替分布），預(yù)噴C25 混凝土，厚5cm，設(shè)置格柵拱架@100，頂拱和邊墻進(jìn)行系統(tǒng)噴射鋼纖維砼CF25，厚25cm，如圖3 所示。

圖3 Ⅳ類圍巖支護(hù)形式

Ⅴ類類型圍巖支護(hù)形式：填土系統(tǒng)圍巖砂漿填料錨桿支護(hù)（?25mm@100×75cm、l=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內(nèi)打設(shè)，呈直角梅花形分布（19/18 交替方向分布）。頂拱灌漿采用自動(dòng)直鉆式中空錨桿注水灌漿方式錨桿間距R25，L=4.0m 錨柱間距50cm，排距150cm，外傾傾斜角度15°。預(yù)噴C25 混凝土，厚5cm，設(shè)置格柵拱架@75cm，頂拱和邊墻進(jìn)行系統(tǒng)噴射鋼纖維砼CF25，厚度25cm；如圖4 所示。

圖4 Ⅴ類圍巖支護(hù)形式

2.2 錨桿支護(hù)施工

1）錨桿施工程序 尾水支護(hù)隧洞主要采用自動(dòng)噴砂式混凝土隨機(jī)施工掛網(wǎng)，尾水錨桿采用?25mm，l=4m（自動(dòng)直鉆式中空尾水注入砂漿網(wǎng)和錨桿）、入巖4.5m 掛網(wǎng)進(jìn)行尾水支護(hù)，砂漿網(wǎng)和錨桿施工采用“先注漿，后插桿”的傳統(tǒng)施工工藝。

2）施工方法 從錨桿孔的孔位開始鉆孔，高度按施工設(shè)計(jì)圖紙中布置的錨桿鉆孔高度位置順序進(jìn)行，孔位高度偏差不大于100mm。水泥砂漿填料錨桿孔深度的允許角度偏差范圍為±50mm。錨桿板 用新型手風(fēng)機(jī)式鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為?42mm。隨機(jī)增強(qiáng)加固后該錨桿的孔向與一個(gè)可能發(fā)生滑動(dòng)的斷面的偏斜傾向正好相反，其橫向交叉夾角不得大于45°，斷層保護(hù)帶隨機(jī)加強(qiáng)后的錨桿須完全穿過斷層帶且不小于1.5m。鉆孔完畢后沖洗孔壁，清除殘?jiān)⒋蹈煞e水。注漿錨桿施工采用先安裝注漿后連接插桿的安裝工藝方式施工，水泥砂漿錨桿灌注采用數(shù)控注漿機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。注漿時(shí)將注漿排水管垂直插至孔底，保證注漿飽滿。注漿完成后用致密棉紗將注漿孔口暫時(shí)堵塞，防止?jié){液快速倒流。

安插錨桿采用風(fēng)槍推送，人工智能輔助手動(dòng)安裝。為保證已經(jīng)灌注好的各種錨桿不會(huì)粘貼進(jìn)氣孔壁，各種錨桿均在適當(dāng)固定部位進(jìn)行綁扎精密鉛絲。錨桿全部安裝好后使用打入1 根鋼管的楔子固定整個(gè)錨桿，并用土工布進(jìn)行封堵，防止水泥砂漿滲入溢出。待土工砂漿全部凝固后，將土工布拆除，并用砂漿錨固劑或水泥砂漿將土工孔口底部封堵密實(shí)。

2.3 鋼筋格柵拱架施工

Ⅳ、Ⅴ類礦區(qū)圍巖和斷層隧洞破碎支護(hù)帶施工要求采用大型鋼筋綜合格柵拱梁桁架主梁加強(qiáng)隧洞支護(hù)，鋼格柵拱梁桁架主梁間距分別為100cm、75cm，采用?22mm 鋼筋連接，環(huán)向主梁間距約為85cm，鋼格柵拱架主筋施工采用?22mm 鋼筋，腹筋施工采用?12mm 鋼筋，箍筋施工采用?28mm 鋼筋。拱架施工采取在洞外材料加工廠洞內(nèi)集中進(jìn)行加工而后制作，洞內(nèi)組裝而后完成的施工方法。圓弧形鋼筋加工采用彎曲機(jī)冷彎，并根據(jù)需要，制作成不同的單元標(biāo)準(zhǔn)件。單元標(biāo)準(zhǔn)件端頭部位焊接角鋼作為連接板，角鋼上設(shè)置M16（孔徑?18mm）螺栓，在洞內(nèi)現(xiàn)場快速安裝，再點(diǎn)焊連接鋼。鋼格柵拱架坐落在牢固的基礎(chǔ)上，格柵拱架基礎(chǔ)采用混凝土墊層加預(yù)制塊的形式。

2.4 掛網(wǎng)施工

在Ⅲ類鋼筋施工制作過程中，對噴面進(jìn)行隨機(jī)掛網(wǎng)，在圍巖鋼筋切割加工廠將一個(gè)盤圓形的鋼筋通過自動(dòng)調(diào)直機(jī)切割成4.0m 以上的圓形直條。采用現(xiàn)場加工焊接、制作和人工綁扎，鋼筋形成網(wǎng)片全部焊接在已圍巖施工制作完畢的掛網(wǎng)系統(tǒng)或隨機(jī)掛網(wǎng)錨桿上，鋼筋形成網(wǎng)片。在Ⅳ類圍巖和斷層破碎帶處，進(jìn)行頂拱180°范圍掛網(wǎng)支護(hù)，鋼筋網(wǎng)片與巖面距離為3～5cm。為有效確保鋼筋施工進(jìn)度，可將一個(gè)盤圓形的鋼筋通過自動(dòng)調(diào)直機(jī)切割成固定不同長度的鋼筋直條，然后加工焊接切割成100×150cm 的盤圓鋼筋施工網(wǎng)片，運(yùn)送至施工作業(yè)面，直接加工焊接在已鋼筋施工處理完畢的供電系統(tǒng)鋼筋錨桿上。

3 特殊部位、不良地質(zhì)地段的處理

3.1 多條平行隧洞開挖支護(hù)

尾水系統(tǒng)中3 條尾水洞是平行布置的隧洞，相鄰洞室距離較小，平行隧洞開挖遵行以下原則：采取掌子面錯(cuò)開距離開挖，兩個(gè)開挖面錯(cuò)開距離經(jīng)試驗(yàn)證明安全可靠，交錯(cuò)距離不小于30m，待相鄰洞室中的錨噴支護(hù)完成后進(jìn)行。洞室開挖爆破時(shí)，需檢查相鄰洞室的最近點(diǎn)振動(dòng)是否滿足規(guī)范。每個(gè)隧道隨開挖隨支護(hù)，嚴(yán)格控制開挖與支護(hù)的距離，保證相鄰隧道施工的安全性和已噴射混凝土和錨桿不被爆破震動(dòng)損壞。

3.2 尾水支管平交口部位的開挖

平交口開挖程序按照“先洞、后墻”的程序施工。平交口1.5～2 倍寬的大型環(huán)形洞徑建筑工程施工工藝重點(diǎn)技術(shù)范圍按照“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、分部開挖、強(qiáng)支護(hù)”基本原則進(jìn)行施工。

平交口段的開挖工程待施工主洞圍巖掌子面寬度超過了與岔道隧洞口一定寬度距離后，同時(shí)主洞圍巖加強(qiáng)錨桿支護(hù)和方向岔道隧洞口超前段封鎖口施工錨桿加強(qiáng)支護(hù)后方向即可施工開口，岔洞口在進(jìn)口段2 倍以上洞徑寬度范圍內(nèi)按上述施工原則進(jìn)行施工，保證岔道隧洞口和平交口段主洞圍巖穩(wěn)定。平交口粘土支護(hù)工程緊跟本次開挖過程作業(yè)面，針對開挖的特殊地質(zhì)應(yīng)力條件，采用長條式錨桿、掛網(wǎng)或預(yù)噴鋼筋混凝土、型鋼交口拱架、鋼筋混凝土型鋼鎖口等多種方式進(jìn)行加強(qiáng)交口支護(hù)，加強(qiáng)后的支護(hù)區(qū)域范圍寬度不得大于開挖平口和交口粘土應(yīng)力強(qiáng)度集中點(diǎn)的區(qū)域。

3.3 尾水隧洞斷層處理措施

加強(qiáng)地震斷層的超前性和探測。采取超前探測巖洞或地質(zhì)勘查探測等技術(shù)手段探明大規(guī)模斷層的準(zhǔn)確所在位置、產(chǎn)狀及其受影響范圍。針對性的確定安全有效的斷層施工技術(shù)方案。加強(qiáng)對斷層頂拱開挖的超前管道支護(hù)，在斷層頂拱的支護(hù)范圍預(yù)先超前支護(hù)管道。采用1 根?108×8mm鋼管，L=15m 時(shí)加大管棚，周圍支護(hù)采用一根直徑40mm 的小管引導(dǎo)管道并預(yù)注水泥漿作支持。斷層影響帶頂拱采用超前砂漿錨桿支護(hù)。上述支護(hù)措施延伸到大斷層帶以外5m。

4 結(jié)論

尾水蓄能系統(tǒng)支護(hù)地質(zhì)條件相對復(fù)雜，一次開挖支護(hù)操作工程量大，時(shí)效性強(qiáng)。開挖與二次支護(hù)須平行交叉移動(dòng)作業(yè)，且支護(hù)工作面多，相互制約，施工干擾大。采用合理的地下洞室支護(hù)施工技術(shù)布置施工通道，合理優(yōu)化資源配置和有效利用后期施工流程資源、統(tǒng)籌安排和協(xié)調(diào)施工組織，可有效減少各環(huán)節(jié)工作的相互干擾，加快后期施工進(jìn)度，保證工廠尾水系統(tǒng)后期施工的安全與穩(wěn)定。