坪上應急引水工程引水隧洞支護施工方法

李松

（山西省滹沱河坪上水利工程管理局 太原 030002）

1 坪上應急引水工程概況

山西省坪上應急引水工程位于忻州市的定襄縣、忻府區、原平市和五臺縣境內，其引水點以坪上泉域的泉水為水源，水源位于五臺縣境內滹沱河干流及其支流清水河上。

引水隧洞進口位于滹沱河右岸定襄縣閆家莊村北，由南向北穿越系舟山至五臺縣建安鄉甲子灣村西南側的出口，總長7.88 km。本工程為城門洞型無壓隧洞，設計縱坡1/1 700，洞身為III類和IV類圍巖，襯砌后洞身凈寬3.1 m，直墻高2.6 m，頂拱拱角120°，拱高0.895 m。Ⅲ類圍巖設計開挖高4.0 m，寬3.5 m，開挖斷面面積為12.92 m2；Ⅳ類圍巖設計開挖高4.4 m，寬4.1 m，開挖斷面面積16.43 m2。隧洞大部分圍巖比較完整，穩定性及成洞條件均較好，甲子灣出口洞身段圍巖較破碎，穩定性差。

2 支護前隧洞開挖

本工程隧洞開挖采用全斷面光面爆破法進行，施工程序依次為：工作面安全檢查、測量、炮孔定位、鉆孔、裝藥、爆破、通風排煙除險、出渣，再進行下一循環。

（1）安檢、測量和布孔：每一個工序開始前均需進行工作安全檢查，不留死角。安全工作面確定無安全隱患后進行施工測量，控制開挖斷面軸線走向及斷面大小與設計一致，在開挖斷面用紅油漆描畫出隧洞開挖輪廓線及標定周邊炮孔布置位置，且誤差不得高于1 cm，同時在長直線段采用激光準直儀控制開挖方向。

（2）鉆孔：鉆孔必須按照設計方案進行，鉆孔時掘進炮孔保持與隧洞軸線平行，除底炮眼外，其他炮眼口比孔底低10 cm，以便鉆孔時巖粉自然流出，周邊炮孔外插腳控制在0～2°以內，盡量減小超挖。掏槽眼嚴禁互相打穿相交，底炮眼比孔深20 cm。

（3）裝藥：裝藥前炮眼用高壓風吹干凈，檢查炮眼數量。裝藥時由爆破員分好毫秒雷管段別，按照爆破設計順序裝藥，裝藥作業組分片進行。定人定位，確保裝藥作業有序進行，防止雷管段別混亂，影響爆破效果。裝藥完畢后孔口20 cm用炮泥進行堵塞。

（4）爆破：起爆采用塑料導爆索非電起爆網絡，雷管連接好后爆破員檢查雷管連接質量和是否有漏連雷管，檢查無誤后發起爆信號進行起爆。在開挖過程中時刻觀察圍巖變化及爆破效果，根據實際情況調整爆破參數，保證爆破效果，保證開挖輪廓曲線。

（5）通風排煙除險：起爆完成后，施工人員及時進行洞內通風，排除洞內因爆破而形成的爆破氣體和巖石粉塵，凈化洞內空氣，保證洞內施工人員的身體健康。通風后，施工人員要對開挖面進行安全檢查，仔細清撬所有開挖面的危石及碎塊，保證施工人員及設備安全。

（6）出渣：采用ZL30裝載機配合5 t農用自卸汽車運往指定棄渣場，同時做好渣場保護工作。

3 一次支護施工方法

本工程結合實際情況采取的隧洞一次支護方法主要有噴錨支護、噴素混凝土支護、鋼筋網噴混凝土支護、鋼拱架支撐支護等。

3.1 噴錨支護

噴錨支護主要包括隨機錨桿支護和系統錨桿支護。隨機錨桿主要用于開挖后圍巖破碎、穩定性差的部位，如隧洞洞臉部位（閻家莊進口、甲子灣出口、段家莊出露處）和洞室內Ⅲ類圍巖局部破碎地段（如樁號：0+773～1+330）；本工程系統錨桿主要用于洞室內Ⅳ類圍巖破碎地段（如樁號：3+975～3+983），選用長2 m，間距1 m梅花形布置。

錨桿材料選用Ⅱ級高強螺紋鋼，直徑25 mm。砂漿強度等級不低于20 MPa。錨桿支護施工過程中水平方向及斜向下方向的錨桿采用先注漿后安裝錨桿的方式進行。根據實際情況布置孔位，用YT-28氣腿式風鉆鉆孔，邊坡錨桿支護搭設腳手架作為施工平臺，鉆孔時控制好孔位、方向及孔深。鉆頭直徑大于錨桿直徑15 mm以上，孔位偏差不大于100 mm。系統錨桿需盡量垂直于巖石面，局部加固錨桿孔向應與可能滑動面的傾向相反，其與滑動面的交角大于45°，孔深偏差不大于50 mm，造孔后將孔內巖粉和積水沖洗干凈。清孔后由注漿機向孔內注漿，注漿管插至據孔底5～10 cm，隨水泥砂漿的注入慢慢均勻抽出，確保砂漿飽和密實，無氣泡殘留。注滿砂漿后立即將錨桿插入，個別錨桿插入困難的用風鉆頂入，并將孔口楔緊。

砂漿錨桿施工工藝流程見圖1。

圖1 砂漿錨桿施工工藝流程圖

頂拱垂直錨桿及斜向上錨桿，用先插錨桿后注漿的方法施工。鉆孔孔徑大于錨桿直徑25 mm以上。先將錨桿插入孔底，用三孔木塞或橡膠木塞塞住孔口，其中中間孔插錨桿，兩邊孔一個為排氣管，一個為進漿管，排氣管深入到管底，注漿管深入到孔內即可，然后由注漿器通過注漿管向孔內注入砂漿，孔內空氣由排氣管完全抽出后，停止注漿，抽出注漿管和排氣管后，用小木塞塞住兩個孔口等待凝固。

3.2 噴素混凝土支護

噴素混凝土支護主要在Ⅲ類圍巖頂拱（如樁號3+860～3+880.5）和局部輕微破碎地段的側墻（如樁號4+042～4+053）噴射100 mm厚C20混凝土。

噴射混凝土前對受噴面進行檢查，清除浮石、石渣等雜物，用高壓風水沖洗巖面，安設混凝土厚度標志，對風、水、電線路檢查和試操作。噴混凝土時先進行初噴以封閉巖面裂隙及局部孔洞，然后進行分層噴射混凝土。

本隧洞工程噴射混凝土支護均采用濕噴法，噴射工藝流程見圖2。

圖2 混凝土濕噴式噴射施工工藝流程圖

噴射時摻入適量的速凝劑和黏稠劑，噴射機選用SP-3型混凝土噴射機，生產率為3～5 m3/s，風量消耗7～10 m3/min，水平輸送距離為200 m，垂直輸送距離為60 m，電動機功率為5.5 kW。噴射機調試安裝完成后先注水后上料，根據受噴面和噴出混凝土情況調整注水量，以增加混凝土黏結、減小回彈量和增加濕潤光澤度。噴射施工時噴嘴略向下傾斜10°左右，使混凝土在較厚的混凝土頂端，避免料束中粗骨料直接與巖面撞擊，以減少回彈量。噴射距離控制在0.6～1.2 m之間。噴射方式為分層噴射，第一層噴射厚度為5 cm，待第一層噴射混凝土終凝后再進行下一層噴射。

混凝土終凝2 h后進行噴水養護，噴水量和噴水次數以混凝土表面保持濕潤為準，養護時間不能低于7天，氣溫低于+5℃時不進行灑水養護。

3.3 鋼筋網噴混凝土支護

鋼筋網噴混凝土支護主要用于洞室內IV類圍巖較破碎且鋼筋網噴混凝土支護后仍能成型的地段（如樁號3+985～3+999）。

引水隧洞網筋選用φ8@200布置。掛網前先進行砂漿錨桿支護，在砂漿錨桿達到一定錨固強度后即可進行鋼筋網安裝布設。人工將鋼筋沿圍巖開挖輪廓面進行焊接和綁扎，使鋼筋網與開挖基巖面形狀基本一致，盡量貼近基巖面，并與砂漿錨桿焊接牢固，連成整體。局部圍巖滲水地段（如樁號4+792～4+798），預先埋設小導管進行疏導。待以上工作完成后可按照噴射素混凝土支護的方法進行噴射支護，完成鋼筋網噴混凝土支護。

噴射混凝土終凝后2 h開始灑水養護，噴水量和噴水次數以混凝土表面保持濕潤為準，養護時間不能低于7天，氣溫低于+5℃時不進行灑水養護。

3.4 鋼拱架支撐支護

局部斷層破碎帶難以成型的地段（如樁號7+493～7+617）及土洞段（樁號5+115～5+163）進行鋼拱架支護。

鋼拱架在洞外鋼結構加工場按洞形放樣分段加工，在斷層破碎帶完成洞身開挖后由人工抬至掌子面。對支撐地段先掛網噴射混凝土，封閉開挖面，然后安裝鋼拱架。

鋼拱架安裝時保持自然垂直和與線路方向垂直，嚴格控制左、右連接處標高，以防拱架偏斜，影響與邊墻拱架的圓順連接或浸入襯砌厚度。邊墻鋼拱架底部必須置于基巖上或者增設鋼支撐，以防下沉變形。鋼拱架支撐安裝完成后及時設定變形監測點，根據變形情況及時采取加強措施。本工程視現場情況間距控制在50～120 cm不等。鋼拱架沿周邊輪廓誤差不大于±3 cm，平面翹曲不應大于±2 cm，安裝誤差不大于5 cm，并垂直于隧洞軸線，角度不大于2°。鋼拱架分節間通過鋼板用高強度螺栓或焊接的方法拼接成整體，并用鎖腳錨桿固定，最后進行第二次混凝土噴射。鋼拱架支撐施工工藝流程見圖3。

圖3 鋼拱架支撐施工工藝流程圖

4 結語

引水隧洞開挖后需及時進行一次支護,其支護方案的選擇和支護時機非常重要,關系到整個工程的成敗。為使支護形式經濟、合理和有效,在隧洞施工中應根據地質預報判斷圍巖情況,及時調整支護形式及支護參數。對已支護的隧洞設置變形觀測點,每天觀測并進行數據分析,出現異常需及時預報,并采取措施加固處理。對局部地質缺陷地段應做好地質預報,研究超前支護處理措施。