出山店北灌溉洞開挖支護技術應用

□付瑩（河南省水利第二工程局）

出山店北灌溉洞開挖支護技術應用

□付瑩（河南省水利第二工程局）

洞室暗挖技術在大型水利工程、市政工程、鐵路工程等都有廣泛應用，常用的方法有噴錨暗挖法、盾構法、新奧法等，但對于大型水庫的不良土質灌溉洞應用暗挖技術較少，大多以明挖的型式設計，工程是以出山店水庫施工1標的北灌溉洞這一非常見暗挖設計為背景，介紹不良土質暗挖支護技術，以期為今后類似設計的施工提供借鑒和參考。

土質洞身；灌溉洞；管棚支護

1 工程概況

出山店水庫工程施工1標段，主要建筑為2 690 m主壩、北灌溉洞及1#副壩。其中北灌溉洞是為灌溉淮北灌區和明港鎮供水而設置的，灌溉洞型式為無壓涵洞，灌溉洞斷面形狀為城門洞型，尺寸為3.80 m×3.00 m（高×寬），進出口底部高程分別為81.50 m和81.00 m，消力池底板高程80.50 m。施工區地下水特點等同上層滯水。

2 施工工藝

2.1 洞臉的開挖與支護

洞臉的開挖：洞臉進出口土方開挖采用常規挖機配合自卸車作業方式，自卸車采用20 t級，土方運至指定棄渣場，此開挖過程由測量人員動態控制開挖輪廓，挖機作業需預留15 cm保護層，人工開挖至設計形狀。

邊坡支護：邊坡的支護工藝流程包括：測量放線、邊坡腳手架搭設、布設鉆孔、布設鋼筋網、噴射混凝土、鎖口梁支護等工藝，其中最核心的是布設鉆孔、布設鋼筋網、噴射混凝土、鎖口梁支護，在此介紹核心施工工藝，其他不贅述。

2.1.1 鉆孔

測量人員首先根據設計方案進行測量布孔，布孔完成后，使用YT27型氣腿式風鉆進行鉆孔作業，將鉆頭對準開孔位置，控制上傾角1.50°，慢慢開動鉆機，鉆進過程中應及時校正鉆孔方向，保證鉆孔平直且與設計方向相同，鉆孔深度達到施工圖紙的規定。

根據鉆孔位置開始打入土釘，土釘安裝采用“先插后注”方式施工，先將土釘插入孔內，保證土釘在中心區域，安裝時注意水泥砂漿對土釘周圍的包裹均勻度、厚度。注漿時將注漿管插至孔底，并隨著水泥砂漿的注入緩慢勻速地往外拔，漿液借助自身重力逐漸將土釘孔灌滿，確保錨固堅實。

工程進出口洞臉垂直部分土釘采用鋼筋直徑25 mm，長9 m，間距1.50 m×1.50 m；進口洞臉邊坡高程91.10 m以下部分，出口洞臉邊坡高程90.60 m以下部分土釘采用鋼筋直徑25 mm，長7 m，鋼筋間距3 m×3 m，土釘布置形式采用梅花形展布，如圖1所示。

圖1洞口支護鉆孔土釘布設圖

2.1.2 布設鋼筋網

在鋼筋加工廠將鋼筋加工成φ6@200 mm鋼筋網片，待錨桿安裝完成后，用5 t載重汽車運輸鋼筋網片，人工運至工作面開始掛設。鋼筋網安設時隨受噴面的起伏鋪設，與受噴面間隙64 mm，并用焊接法把鋼筋網與錨桿或架立筋聯結在一起，鋼筋網固定在錨桿外端，用勾頭固定于噴射面上，保證在噴射混凝土作業時不顫動。安裝時保證鋼筋網片搭接長度為1個網格。

2.1.3 噴射混凝土

鋼筋網掛設完成后，采用移動式拌合機拌合混凝土，移動式拌合機布置于進口洞臉左岸處。噴射混凝土采用C25混凝土（水膠比0.43，砂率55%），噴射厚度12 cm，噴射鋼筋網保護層厚度50 mm。噴射混凝土作業按分區進行，噴射順序自下而上。斜坡面一次噴射完成，垂直面分兩次噴射完成，分層噴射時，后一次噴射應在前一次混凝土終凝后進行。

2.1.4 鎖口梁支護

邊坡噴護完成后，進行灌溉洞鎖口支護，鎖口方式采用超前錨桿鉆孔支護，支護錨桿與洞口周邊及洞頂上部范圍內布置的鋼筋網片相連，并使用鋼筋將洞臉以上錨桿連成整體。洞口處設置鋼拱架支撐并澆筑C25混凝土鎖口梁，保護進出洞安全。

2.2 洞身管棚超前支護

本工程地質情況有土洞段和泥質砂巖洞段，土洞段采用管棚做超前支護，不進行注漿施工；泥質砂巖洞段在管棚的基礎上進行超前小導管注漿。

2.2.1 土洞段管棚施工

管棚施工工藝流程分為：測定孔位、鉆機就位、實施鉆孔、清孔、鉆孔驗收、頂入管棚等。

測定孔位（管棚）：由測量人員采用全站儀和水準儀定出拱頂位置，及兩個拱底位置，并配合木制R2500 mm弧度尺定出每根管棚的準確位置，管棚間距300 mm。每個斷面20根，管棚的管徑為42 mm，每根長6 m。

鉆孔：鉆孔前，搭設鋼管腳手架，鋪設腳手板。高處作業前，應檢查排架、腳手板、通道、馬道、梯子和防護設施，符合安全要求方可作業。高處作業使用的腳手板平臺，應鋪設固定腳手板，臨空邊緣應設高度不低于1.20 m的防護欄桿。

鉆孔采用YT27型氣腿式風鉆進行，鉆機使用的鉆頭直徑略＞42 mm，鉆孔順序由下向上。將鉆頭對準開孔位置，控制上傾角1.50°，慢慢開動鉆機，鉆進過程中應及時校正鉆孔方向，保證鉆孔平直且與設計方向相同，鉆孔深度達到施工圖紙的規定。

管棚頂入：鉆孔由質檢人員檢查合格后，人工將Dg42 mm管棚鋼管旋進孔內，頂進鋼管時要保證導管的傾角和方位角與鉆孔鉆桿前進的傾角和方位角一致。鉆完一個孔后立即將該孔的導管頂入孔內，安裝好導管后，再移開鉆機進行下一孔的鉆進。

2.2.2 泥質砂巖洞段小導管注漿支護

小導管注漿施工工藝流程分為：測定孔位（管棚、小導管）、鉆機就位、實施鉆孔、清孔、鉆孔驗收、頂入管棚、頂入小導管、注漿等。主要施工工藝如下：

測定孔位（小導管）：孔位的測定同進出口管棚定位。小導管間距為400 mm，每個斷面17根，小導管管徑42 mm，按規范要求，對鋼管沿長度方向每500 mm鉆兩個Φ10 mm孔，梅花型布置。

鉆孔及管棚的安裝：鉆孔方法同土洞段鉆孔。按照上述的方法將鋼管旋進孔內，在鋼管的外端安裝法蘭盤和閥門，用于管棚注漿。

注漿：鋼管安裝完畢后，按設計要求用HBW50型注漿機注漿，成孔一根注漿一根，施工順序從下向上依次進行，待水泥漿液凝固后，卸掉法蘭盤和閥門循環使用。注漿壓力、注漿量、注漿時間嚴格按照相關規范執行。

2.3 灌溉洞洞身噴錨支護

噴錨支護主要工藝流程：測量放樣、錨鉆就位、打孔、清孔、成孔檢查、注漿、插入錨桿、安裝鋼筋網片、噴射混凝土等。核心工序為注漿和插入錨桿，其他工序在此不贅述。

錨桿注漿：鉆孔成型后，先對成孔注入水泥砂漿（水泥砂漿配合比如表1），砂漿采用風動壓氣罐進行壓注，灌漿時先將砂漿裝入罐內，將輸料軟管與罐底的鐵管連上，然后打開進氣閥，使壓縮空氣進入罐內，砂漿即沿軟管和注漿管壓入鉆孔內。注漿時必須將注漿管插至距孔底10～20 cm，靠砂漿的注入壓力將注漿管徐徐壓出，以確保孔內注漿飽滿密實。注滿砂漿的鉆孔，用帶孔橡皮球將孔口堵住，防止砂漿外流，如圖2所示。鉆孔內注滿漿后立即將?22鋼筋從橡皮球孔內徐徐插入，以免將砂漿過量擠出，造成孔內砂漿不密實，影響錨固力。錨桿插到孔底以后，立即在孔口用木楔楔緊，24 h后才能拆除楔塊。

表1 錨桿注漿砂漿配合比表（單位：m3）

圖2 先漿后桿法錨桿孔注漿示意圖

3 質量保證措施

質量保證主要措施是監控量測。監控量測項目包括：洞內外觀察，周邊收斂量監測，拱頂下沉監測、洞內空氣檢測等。

3.1 洞內、外監測

洞內外觀察可以預測開挖面前方的地質條件，為判斷圍巖的穩定性提供地質依據，同時可以根據噴層表面狀態及錨桿的支護狀態，分析支護結構的可度。

開挖施工時，每次開挖后，對掌子面的巖性、結構面產狀、節理裂隙發育程度、斷層的性質、產狀，掌子面自穩情況、涌水量大小、涌水位置等進行觀察，觀察中發現圍巖條件惡化時，立即采取相應處理措施。觀察時，使用相機記錄開挖工作面地質狀況，并填寫記錄表，與勘察資料進行對比；已施工地段每天進行一次觀察，記錄噴射混凝土是否發生裂隙和剝離現象、錨桿的受力變形情況、鋼架是否壓曲變形和二次襯砌的工作狀態等；洞外主要觀察洞口段及洞身淺埋段，記錄地表開裂、變形、邊坡及仰坡穩定狀態、地表水滲漏情況等。

3.2 周邊收斂量監測

周邊收斂即位移，它是洞身圍巖應力狀態最直觀的反映，周邊位移量可推測空間穩定性；通常根據變位速度判斷圍巖穩定程度、二次襯砌施工時間。

周邊收斂監測點按照5 m間距布設，每斷面設置一對。監測點采用長35 cm，φ25的鋼筋，鋼筋頂切割成斜面。鋼筋在鋼拱架上牢固焊接，切割的斜面朝洞外方向，初噴完混凝土后，對附著在鋼筋斜面上的混凝土進行清理，在斜面上貼方形十字反射片（規格20 mm×20 mm），為防止機械碰撞測樁，測樁外露不超過5 cm。監測點設立完成后，利用全站儀的無棱鏡反射，讀取初始數值。施工期間，每天進行一次量測，用同樣的方法讀取數值，將讀取數值與初始數值對比，兩次讀數差即為周邊收斂值。

3.3 拱頂下沉監測

拱頂下沉量監測的目的是判斷圍巖穩定性及支護效果，便于動態施工糾偏，預防拱頂坍塌，保證施工質量和安全。

為了方便數據分析，拱頂下沉檢測點的埋設方法同周邊收斂檢測點埋設的方法一致，且與周邊收斂點布置在同一斷面上。通過正倒鏡3測回反復量測來控制水準點到反射片高差，使每測回高差值＜0.50 mm，取平均數作為拱頂下沉量測數據結果。

4 結語

土洞開挖支護技術是保證土質隧洞安全穩定的關鍵，其核心的施工技術為管棚和小導管超前支護以及噴錨支護，在水利工程排水、引水隧洞中有很重要的應用，工程為特殊的土洞地質情況在大型水利工程灌溉洞中應用較少，文中所述施工工藝望為今后水利工程不良圖紙洞身施工提供實施性參考。

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1673-8853（2017）10-0051-03

2017-8-2

編輯：劉 青