尾調通氣洞開挖與支護的改進施工

王 巖，于長林，滿 銳

(1.黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶163311;2.林甸縣水利勘測設計隊，黑龍江林甸166300)

1 工程概述

尾調通氣洞典型斷面為寬450 cm、高550 cm的城門洞型，總長303.94 m，其中1#尾調通氣洞與1#尾水調壓室相連，長82.33 m，2#尾調通氣洞分別與2#尾水調壓室及通氣兼自流排水洞相連，長221.61 m，尾調通氣洞是尾水調壓室開挖、支護及混凝土澆筑的施工通道。

尾調通氣洞典型開挖斷面支護形式為系統錨桿φ22，L=250 cm，入巖245 cm，間排距150 cm×150 cm，每排9根，噴混凝土C25厚10 cm;斷層開挖斷面為寬470 cm、高560 cm的城門洞型，支護形式為 φ42小導管，L=350 cm，環向間距30 cm，格柵鋼架14 cm×14 cm，間距100 cm，系統錨桿 φ22，L=250 cm，入巖245 cm，間排距150 cm×150 cm，每排12根，噴鋼纖維混凝土CF25厚20 cm;鎖口錨桿φ22，L=300 cm，入巖290 cm，間排距100 cm×100 cm。

2 地質條件

根據PD6平洞揭露，尾調通氣洞圍巖為茅山組中段(D1～2ms2)微風化中～厚層巖屑砂巖夾薄～中層狀粉砂質泥巖或泥質粉砂巖，該洞段發育有軟弱巖層，層厚20～50 cm，層面見巖屑夾泥型的軟弱夾層，單層厚0.5～2 cm，巖層產狀N40～50°W，NE∠10～20°。F220斷層在尾調通氣洞出露部位圍巖不穩定～極不穩定，施工時，需及時對斷層帶巖體進行支護及采取排水措施。

3 施工方案的選擇

由于各方面因素的影響，尾調通氣洞、尾調室(井)工期非常緊張，若按常規PD6洞擴挖完后再施工，該線路已演變成一條關鍵路線，如要盡早完工，必須在施工方法、工藝上有所突破，為此經慎重考慮，采用從上層排水廊道施工斜井經PD6洞里端引風、水、電系統至尾調通氣洞工作面，與PD6洞擴挖同步進行的方法，在PD6洞擴挖完成前完成尾調通氣洞開挖，則PD6洞擴挖完后可直接進行尾調上室的開挖，可節約工期約75 d，在工期上贏得寶貴時間，使尾水系統這一次關鍵線路演變成一條工期有一定富裕度的普通線路，工期上風險大大降低，并尾調通氣洞為F220斷層處理及意外情況處理贏得時間。

4 主要施工情況

4.1 施工布置

根據總進度計劃，尾調通氣洞開挖與支護在通氣兼自流排水洞擴挖完成后進行，為加快尾水系統施工進度，提前進行尾調通氣洞開挖，決定從廠頂施工支洞經上層排水廊道及上層排水廊道斜井布置供風管路及供電線路，引至尾調通氣洞工作面，具體布置見如下:

施工用電:從廠頂施工支洞630 KVA變壓器上引電源，用聚氯乙烯鋁蕊185 mm2×3+75 mm2電纜引至上層排水廊道抽水泵站處(距上層排水廊道斜井約5 m)并設一開關箱，再從此處引120 mm2×3+35 mm2電纜至上層排水廊道斜井與PD6交岔口附近并設一開關箱，再從此開關箱上分別引120 mm2×3+35 mm2電纜線至尾調通氣洞工作面。

施工供風:從廠頂施工支洞主風管上接75 mm鋼管經上層排水廊道、上層排水廊道斜井及PD6洞引至尾調通氣洞洞口，再接膠管引至工作面。

施工供水:充分利用洞內的地下滲水，將滲水引至約在樁號通氣1+375處集水坑內，過濾沉淀后用50 mm水泵接50 mm鋼管送至尾調通氣洞洞口，再接膠管引至工作面。

施工通風:在尾調室與PD6交岔口附近設一臺90－1通風機，接60cm風管送風至工作面，并在與1#尾調通氣洞設岔管送風至1#尾調通氣洞。

施工排水:由于尾調通氣洞為倒坡開挖，在隧洞一側設排水溝將生產廢水直接排至PD6洞，自流至洞外，通過洞外排水明溝流至洞口臨時沉淀池，經沉淀和隔油處理后排放至下庫。施工供電及供風線路詳見圖1。

4.2 施工程序

先進行尾調通氣洞1+190處鎖口支護，鎖口支護完畢后進行2#尾調通氣洞開挖與支護，當開挖至1#、2#尾調通氣洞交岔段時，適時對1#尾調通氣洞進行鎖口支護，2#尾調通氣洞再進尺20 m后即可安排與1#尾調通氣洞同時進行開挖與支護。

圖1 施工供電及供風線路圖

4.3 主要施工方法

4.3.1 開挖

尾調通氣洞開挖結構尺寸寬×高為4.5 m×5.5 m。以通氣兼自流排水洞作為施工通道。尾調通氣洞開挖與支護的施工采用YT27手風鉆鉆孔，全斷面光面爆破，每循環進尺約為2.2 m。出渣方式為1 m3裝載機裝農用車，卸至PD6洞口適當位置，再由3 m3裝載機裝20 t自卸車運至西梅園棄渣場，總運距約為4.0 km。

4.3.2 支護

4.3.2.1 錨桿施工

錨桿為系統錨桿，直徑φ22，L=250 cm，間排距@ ×@=150 cm×150 cm，錨桿施工主要采用手風鉆鉆孔，自制鉆架作業平臺配合人工安插錨桿。鉆孔工作結束后，用高壓水將孔內的鉆孔巖屑和泥砂沖洗干凈，直到回水變清，并用木塞臨時封閉孔口，以免雜物掉入。

砂漿錨桿安裝前，用高壓風排出孔內積水，檢驗合格后注漿安裝錨桿。錨桿按“先注漿后安裝錨桿”的施工工藝，用MZ－1注漿機注漿，人工安插錨桿。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。在砂漿錨桿養護28 d后，采用拉拔器進行抗拉拔試驗。拉力方向與錨桿軸線一致，當拉拔力達到規定值時，立即停止加載，結束試驗。

4.3.2.2 噴混凝土施工

標準斷面為C25噴混凝土厚10 cm，斷層帶為CF25鋼纖維混凝土厚20 cm。

1)噴射作業分段分片依次進行，自下而上順序噴射;一次噴射厚度以噴層不產生墜落和滑移為適度。分層噴射時，后一層噴射在前一層混凝土終凝后進行，若間隔時間超過1 h，則噴層表面的浮膜、浮塵等雜物用風、水沖洗干凈。

2)噴射機要連續供料，噴射機工作風壓力穩定。為保證噴射質量，噴嘴距巖面0.8～1.2 m，并盡量與巖面保持垂直，在巖石上均勻往復噴射。完成或因故中斷作業時，噴射機和輸料管內的積料要清除干凈。

3)噴射混凝土的回彈率:頂拱＜25%，邊墻＜15%。

4)養護:噴射混凝土終凝2 h后，及時進行養護;養護時間≥7 d，重要工程部位≥14 d;氣溫低于+5°C時，不可噴水養護。

5)圍巖地質條件不好時，支護作業應緊跟開挖工作面。

4.3.3 F220斷層施工

斷層在尾調通氣洞出露部位圍巖不穩定～極不穩定，施工時，需及時對斷層帶巖體進行支護并及時采取排水措施。

施工中遵循確保安全，穩扎穩打的原則，采取超前支護、短進尺、快循環、強支護、勤量測的施工方法，以確保施工安全。

4.3.3.1 超前支護

周邊頂拱范圍采用超前小導管注漿，小導管采用φ42熱軋無縫鋼管制成，前部鉆注漿孔，孔徑6～8 mm，孔間距10～20 cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部長度≥30 cm，小導管長3.5 m，環向間距30 cm，縱向搭茬 ＞100 cm，外插角20°。小導管鉆孔采用手風鉆，注漿采用M20水泥砂漿，跳孔施工注漿至密實。小導管注漿完畢后，根據圍巖情況可在兩根小導管之間增打一根超前錨桿，錨桿長3.5 m，直徑22 mm，外插角20°。超前錨桿與格柵主筋焊接牢固。

4.3.3.2 開挖

開挖時遵循短進尺、多鉆孔、弱藥量、快循環的原則，循環進尺控制在1.5 m以內，擴挖后立即進行噴混凝土3～5 cm封閉巖壁，再安裝鋼格柵，格柵安裝后，進行系統噴混凝土支護。開挖過程中，錨噴支護跟進施工，依據設計圖紙及施工現場圍巖狀況，采取必要的支護措施。在斷層處視其實際情況采用超前錨桿、小導管、掛鋼筋網、噴混凝土、鋼支撐等支護，并經監理人批準，增設隨機錨桿，保證圍巖的穩定。

4.3.3.3 一次支護

鋼格柵主筋采用4φ22螺紋鋼筋制成，付筋采用φ10@200，截面寬×高=14 cm×14 cm，格柵間距100 cm，每榀格柵由頂拱格柵和邊墻格柵組成，格柵間通過螺栓連接形成受力整體。兩榀格柵間設φ22連接筋，環向間距1 m，連接筋與鋼格柵焊接牢固。鋼架按設計位置架設，拱腳必須放在牢固的基礎上。格柵與圍巖盡量靠近，留2～3 cm間隙作混保護層。如格柵與圍巖間隙過大時，設墊塊。格柵垂直于隧道中線，上下、左右允許偏差±5 cm，格柵傾斜度≤2°。拱腳標高不足時，設置鋼板進行調整，必要時用混凝土加固基底。視圍巖情況可在兩榀格柵間掛鋼筋網，環向網筋φ8，縱向網筋φ6，網格尺寸20 cm×20 cm，縱向網筋與格柵主筋焊牢，網筋交叉點進行點焊。格柵支立完畢后，進行系統噴混凝土支護，噴混凝土厚度為20 cm。格柵與洞壁間的空隙用預制混凝土塊楔緊。為確保施工安全，經監理同意后鋼格柵支護向斷層上下游各延伸一定長度。

4.3.3.4 監控測量

施工中注意觀察地下水、圍巖及地質和支護狀況，加強信息反饋，及時修改支護參數，確保施工安全。

5 結束語

尾調通氣洞經改進施工后，節約工期約75 d，在工期上贏得寶貴時間，使尾水系統這一次關鍵線路演變成一條工期有一定富裕度的普通線路，工期上風險大大降低，并尾調通氣洞為F220斷層處理及意外情況處理贏得時間，取得了巨大的經濟、社會效益。

［1］林鵬，周雅能，朱曉旭，王仁坤，趙文光.大跨徑尾水岔洞開挖與襯砌穩定分析［J］.巖土力學與工程學報，2010，29(增):3177－3183.