關廟水庫西牛沖隧洞砼噴射砼施工技術

【摘要】文章就關廟水庫隧洞支護施工展開研究，該施工方案在工程施工中取得較好效果。

【關鍵詞】隧洞支護；鋼拱架 ；砼噴射

1.工程概況

宣城市關廟水庫工程是青弋江灌區北分干渠上的一座反調節水庫。工程分為引水暗涵、輸水隧洞和大壩樞紐三部分。新建隧洞斷面型式為圓拱直墻式，隧洞襯砌后凈寬3.5m，隧洞開挖后采用0.1m厚C25砼掛網噴射砼支護，外層采用0.3m厚鋼筋砼襯砌，隧洞總長為706m。根據圍巖類別采用鋼筋砼襯砌斷面，斷面設計如圖一。

2.隧洞工程地質

隧洞地質條件： 隧洞圍巖主要為白堊系（K2）棕紅、紫紅色夾綠灰色細砂巖，局部夾砂礫巖。弱風化，厚度巨大，塊狀構造，據區域地質調查資料，基巖總體產狀為傾向N10°E，傾角5～8°，比較平緩穩定，易吸水軟化，系軟質巖。 隧洞頂覆蓋層厚度一般在9～15m，隧洞區表面分布為少量坡積土及第四系（Q2）棕黃色粉質壤土，厚度一般不大于4.0m；地層透水性弱，一般在1-2Lu左右，屬弱-微透水。其下為強風化泥質粉砂巖（K2）；厚度一般小于3.5m。

根據《中小型水利水電工程地質勘察規范》圍巖工程地質分類標準，圍巖屬極軟質巖，塊狀較完整巖體，地下水活動輕微，洞室圍巖類別大部分屬Ⅲ類，自穩較強；但由于該圍巖極易吸水軟化、剝落，隧洞全洞需進行襯砌。

3.施工方案及施工程序

3.1 施工方案

隧洞開挖采用風鎬鉆孔爆破進行。每次開挖進尺小于2m，開挖后立即架立鋼拱架，鋼拱拱腳采用￠18鋼筋，鋼拱間距100cm緊貼鋼拱架掛Ф6.5鋼筋網片后。每開挖2m初噴5cm厚C25混凝土，終凝后再分2～3次噴混凝土齊平鋼拱內側，再噴混凝土，噴射10cm厚度的砼保護層。

3.2 施工程序

本隧洞工程的圍巖支護基本形式為：初次噴射混凝土→錨桿→鋼筋掛網→噴混凝土的施工方式。其中：錨桿按施工圖紙設計參數布置；初次噴射混凝土層不大于5cm；鋼筋掛網采用φ6.5間排距20cm×20cm結構，安裝前在加工場制作成網片狀；后續噴混凝土根據厚度不同實施分層噴射，每層噴射厚度不大于5cm。

3.2.1 錨桿施工

圍巖良好條件下（如Ⅱ、Ⅲ類圍巖），支護施工可滯后隧洞擴挖一段距離（初擬為30m ～50m）進行，在隧洞掘進過程中穿插進行錨桿、噴射混凝土等施工。實施爆破前3h停止錨桿、噴射混凝土等支護作業，并撤離所有設備。

①錨桿施工工藝流程：

混凝土初噴→測量放樣→鉆孔→清洗鉆孔→錨桿插入→錨桿組件安裝→孔口處理→注漿。

②施工方法說明

混凝土初噴：其主要目的是閉合開挖斷面巖石裂隙，使圍巖面形成具有一定強度的支撐力，保證錨桿鉆孔安全。

測量放樣：由技術人員和鉆工配合完成，按設計孔位用白漆標出。

鉆孔：采用YT28手風鉆或MGJ-50錨桿鉆機鉆孔。當孔徑大于50mm或孔深大于4m時采用MGJ-50錨桿鉆機鉆孔；當孔徑小于50mm或孔深小于4m時采用YT28手風鉆鉆孔。

清洗鉆孔：鉆孔結束后，用壓力風、水將孔壁清理干凈，驗收合格后方可進入下一道工序。

錨桿插入：對材質、加工合格的錨桿進行安裝。采用人工輔以大錘將錨桿插入孔底，或利用機械推進器將錨桿推入孔底，然后采用鋼楔在孔口將錨桿固定。

錨桿組件安裝：錨桿組件包括：200mm×200mm×20mm的承壓板以及螺帽和平面、斜面、半球面墊圈，承壓板上設有注漿孔和排氣孔，放置注漿管和排氣管。

孔口處理：按試驗所得的配合比進行拌制，用干性砂漿將孔口封堵好。采用摻加速凝劑的砂漿將承壓板同巖石面之間的空隙填實。

砂漿拌制及運輸：砂漿在拌和廠按試驗室確定的砂漿配合比進行拌和，在注漿機旁邊設儲漿槽，由人工加入注漿機進行注漿。

注漿：將拌制合格砂漿采用UJ-2注漿機注入錨桿孔內，全孔滿注。灌漿時，要注意排氣管保持暢通排氣，當排氣管流出水或稀漿時，繼續灌注，直至排出漿液與注入漿液濃度相同時，停止注漿。注漿后的錨桿，在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔等任何方式的擾動。

3.2.2 噴射混凝土施工

1、施工工藝流程

噴射混凝土采用“干噴法”施工工藝。在噴射機處摻加干粉速凝劑。施工工藝流程見圖3。

2、工藝說明

（1）配料、拌和及運輸

通過室內試驗和現場試驗選定符合圖紙要求的噴射混凝土配合比，在保證噴射性能指標的前提下，盡量減小水泥和水的用量，速凝劑的摻量應通過現場試驗確定。噴射混凝土的初凝和終凝時間，應滿足施工圖紙和現場噴射工藝的要求，噴射混凝土的強度應符合施工圖紙要求。

（2）拌和混合料的稱量允許偏差：水泥和速凝劑±2%，砂、石±3%。

（3）混合料攪拌時間應遵守以下規定：

采用容量350L的強制式攪拌機拌料時，攪拌時間不得少于1min，嚴格按試驗確定的配合比配料、攪拌，鋼纖維在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。混凝土坍落度初擬為8～15cm，通過現場試驗進行調整。

（4）受噴面準備

在噴射混凝土之前，清除所有松動巖塊并徹底清理受噴面。所有需要噴射混凝土的表面均采用風（水）槍進行清理，清除一切油污、銹跡、粘土和粉塵等不利于噴射混凝土粘附的物質。分層噴射時，對先前噴過混凝土的表面在下一層噴射前用水槍清理干凈，清理后的表面保持濕潤、無積水。

（5）混凝土噴射

噴射混凝土分層進行，一次噴射的厚度以噴射的混凝土不產生墜落和滑移為適度，一般控制在5cm左右，后一次噴射在前一層終凝之后進行，若間隔時間超過1h，則用高壓風水將上一噴層表面的乳膜、浮塵等雜物沖洗干凈。

如果噴射混凝土出現蜂窩、疊層、脫空、松弛、砂穴或其它相關缺陷，或者質量檢查不合格，均需清除后重新噴射。

3.2.3 掛網施工

固定掛網的錨筋一般利用錨桿或另打插筋，鋼筋網應按開挖面鋪設，并在巖面噴射一層混凝土后進行鋼筋網的安裝，鋼筋網與壁面距離3～5cm，在有錨桿的部位，將掛網采用焊接或用鋼墊片、螺母固定在錨桿尾部，人工進行整理平整，使其緊貼初噴層，之后采用噴射混凝土覆蓋，鋼筋網混凝土保護層厚度不小于20mm。

3.2.4 格柵鋼拱架施工

為保證隧洞開挖過程和已成型斷面的圍巖穩定，在開挖過程中，根據圍巖位移觀測資料分析，對經噴錨支護后仍存在不穩定跡象的洞段，施工中擬采用格柵鋼架的方法進行強支護，以保證隧洞開挖穩定。

格柵鋼架附件包括鋼擋板、鋼棚架、鋼枕、鋼楔和鋼柱鞋等，所有附件均采用鋼板或型鋼制成。格柵鋼架的附件安置就位后，與格柵鋼架焊牢，以防松動，噴射混凝土和澆筑混凝土時，可將格柵鋼架及其附件留在其中。格柵鋼架之間采用鋼筋網制成擋網，以防止巖石掉塊，鋼筋網擋網采用焊接方式與格柵鋼架牢固連接。

4.質量控制

（1）鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角和外傾角，并對每個孔進行編號。

（2）嚴格控制鉆孔位置，確保隧洞軸線平直。

（3）鉆孔需經常量測孔向，發現誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應封孔，原位重鉆。

（4）掌握好開鉆及正常鉆進的壓力和速度，防止斷桿。

（5）在遇到松散的堆積層和破碎地層時，注意觀察圍巖變形情況，改變鉆孔進度。

（6）砼配比嚴格按照設計配比，按照規定取樣送檢。

5.結語

西牛沖隧洞施工從2014年6月18日開始進行洞臉開挖施工，完成洞口開挖支護施工后，隨后進入隧洞Ⅴ類圍巖石方爆破開挖施工，于2015年2月2日貫通，完成隧洞的開挖施工和噴射砼施工工作，利用支護技術在不良地質條件下進洞的隧洞施工中的應用，確保安全、順利的完成隧道掛口進洞，并安全、快速的通過不良地質段，防止了塌方事件的發生，減少了隧洞超欠挖帶來的損失，施工質量得到了有效控制。