鎮安抽水蓄能電站工程1#泄洪排沙洞開挖支護施工方法探討

侯 娟

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710068）

0 前言

1#泄洪排沙洞進口布置在攔沙壩右岸上游。與施工期導流洞相結合，設有壓短管進口的無壓隧洞,洞身段長度為2170.438 m；進口閘室段長度為12.5 m,孔口尺寸為10.54 m×12.77m；進口連接段長度為12.5 m，進口底板開挖高程EL919.00 m，采用潛孔式平面閘門。洞身坡比3.0546%，進口開挖高程EL920.50 m，出口開挖高程EL854.203 m，出口采用挑流消能。1#泄洪排沙洞開挖典型斷面為：8.4（寬）m×10.2（高）m和9.2（寬）m×11.6（寬）m。本工程工期緊，任務重，監理業主對隧洞的初期支護要求高，正確處理與合理安排隧洞開挖與噴錨支護的關系，是保證工程工期的重點環節。本次研究的重點側重于通過現場的實際施工情況解決隧洞開挖和錨噴支護的關系問題。

1 施工方法及工藝要求

1.1 洞室開挖主要施工方法

1.1.1 施工準備

施工準備主要包括技術準備，施工人員和設備、材料的準備，施工風、水、電管線的延伸以及道路修筑等。

1.1.2 測量放樣

測量人員采用全站儀測放隧洞中心線、頂拱中心線、設計輪廓線、兩側腰線，使用水準儀對底板高程進行控制，每個循環鉆孔前進行設計線測量放樣，并檢查上一循環超欠挖情況；斷面測量滯后開挖面10 m～15 m，每5 m為一斷面進行測量。

1.1.3 布孔、鉆孔及驗收

采用自制鉆爆臺車（見圖1）作為施工作業平臺，根據圍巖分類情況，采用YT28型手風鉆進行鉆孔。Ⅱ、Ⅲ類圍巖鉆孔深度按3 m控制；Ⅳ類圍巖鉆孔深度按2 m控制，使用高壓風沖洗鉆孔，并經檢查驗收合格后，進行裝藥。

圖1 鉆爆臺車結構圖

1.1.4 裝藥、爆破

按照爆破設計要求進行鉆孔、裝藥、堵塞及聯網,作業時嚴格按照監理工程師批準的爆破設計成果進行操作，裝藥嚴格按照爆破設計圖（爆破參數在實施過程中不斷調整優化）進行。

1.1.5 排煙

在洞口各布置一臺通風量為2×55 kW的軸流風機通風排煙，確保洞內有害氣體和粉塵含量在規范允許范圍內，并定期進行有毒有害氣體和氡氣檢測。

1.1.6 出渣

開挖石渣采用側卸裝載機配20 t自卸車運輸出渣，開挖出的渣料運輸路線為經漫水橋走左岸低線道路到指定棄渣場。

1.2 洞室支護施工

1.2.1 洞內支護形式

根據圍巖類型不同，洞身段開挖支護斷面形式分三種型式。

Ⅱ類圍巖頂拱支護形式采用C25系統錨桿，L=4.5 m/6 m，深入巖石4.0 m/5.9 m，外漏0.1 m,間排距2.5 m，梅花型布置，掛網鋼筋A6.5，間排距15 cm×15 cm，噴C25混凝土，厚10 cm；側墻支護形式采用C25系統錨桿，L=4.5 m，深入巖石4 m，外漏0.5 m,間排距2.5 m，梅花型布置，隨機掛網鋼筋A6.5@15 cm×15 cm，噴C25混凝土，厚10 cm。

Ⅲ類圍巖側墻及頂拱支護形式采用C25系統錨桿，L=4.5 m，深入巖石4 m，外漏0.5 m,間排距2.5 m，梅花型布置，掛網鋼筋A6.5，間排距15 cm×15 cm，噴C25混凝土，厚10 cm。

Ⅳ類圍巖頂拱支護形式采用C25系統錨桿，L=4.5 m，間排距2 m，梅花型布置，深入巖石4 m，外漏0.5 m。地質條件較差地段采用I20 a工字鋼臨時支護，間排距1 m，C22縱向連接筋連接，通過鎖腳錨桿固定，當系統錨桿與鎖腳錨桿重疊時，采用鎖腳錨桿固定。掛網鋼筋A6.5，間排距15 cm×15 cm，噴C25混凝土，厚10 cm。

II、III類圍巖開挖，支護滯后開挖不大于30 m，IV類圍巖開挖，支護緊跟開挖。對于揭露出來的地質缺陷所顯現的不穩定巖體，隨時進行隨機錨桿錨固；在特別松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室時，采取“一掘一支護”的方式進行支護施工。

1.2.2 洞室支護施工設備配置原則

（1）錨桿有4.5 m、6 m長錨桿兩種，錨桿鉆孔配備16臺YT28手風鉆鉆孔,。

（2）噴射混凝土施工配置PZ-7噴錨機施工，噴射料在拌合站拌制，混凝土車運輸進洞，人工轉料進噴射機設備。

1.2.3 作業平臺

洞室支護作業平臺均采用自制臺車形式。自制臺車由型鋼加工成剛性結構體，長、寬、高與作業面相宜，臺車采用裝載機進行現場移動。

1.3 錨桿施工

1.3.1 施工工藝流程

錨桿施工采用先注漿后插桿的施工方法，工藝流程見圖2。

圖2 錨桿施工工藝流程框圖

1.3.2 水泥砂漿錨桿施工方法

（1）鉆頭選用要符合要求，鉆孔點有明顯標志，錨桿孔的開孔應按設計圖紙布置的位置進行，其孔位偏差應小于10 cm。

（2）錨桿孔的孔軸方向滿足施工圖紙的要求。施工圖紙未作規定時，系統錨桿的孔軸方向應垂直于開挖面(或建基面)。錨孔深度必須達到設計要求，孔深偏差值不大于5 cm。

（3）鉆孔結束，對每一鉆孔的孔徑、孔向、孔深及孔底清潔度進行認真檢查記錄。

（4）鉆孔完成后用高壓風清孔，將孔內松散巖粉、土屑粒清除干凈。

1.4 噴砼施工

1.4.1 施工工藝流程

噴混凝土采PZ-7型噴錨機，混凝土采用8 m3混凝土罐車運輸進洞。噴射混凝土施工工藝流程見圖3。

圖3 噴射混凝土施工工藝流程框圖

1.4.2 施工方法和要點

（1）掛網施工

鋼筋網在加工場加工成1.7 m×1.7 m的鋼筋網片，搭接長度10 cm。鋼筋網與錨桿端頭用點焊或綁扎連接固定，鋼筋網與巖面之間采用插鋼筋支墊等方式，確保鋼筋網在噴層內居中，保護層厚度不小于5 cm。

（2）噴射作業

噴射混凝土采用噴錨機噴射，受噴面順序作業運用自下而上,分段長度不應大于6 m，噴射時先將低洼處大致噴平，再自下而上往復噴射。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7 cm～10 cm，拱部控制在5 cm～6 cm，并保持噴層厚度均勻。

（3）混凝土養生

噴射混凝土終凝2 h后，及時采取有效措施進行灑水養護，養護時間不得少于14 d。在混凝土養護期間應制定專人每天進行養護灑水，對溫度進行記錄。

1.5 拱架施工

1.5.1 鋼支撐加工

（1）鋼拱架放樣、制模

模具制作采用實地放樣的方法，對模具先放大樣，再用工字鋼彎曲機把工字鋼彎曲，多次校對后，最后使得工字鋼的弦長、內外弧長度、半徑符合設計規范要求，再精確找出接頭板的正確位置。

（2）鋼拱架彎曲、切割

每榀鋼拱架分6個單元加工，設置5處接頭。頂拱段為2個單元（A單元、B單元），A單元弧長7 m,B單元弧長5.065 m，均為兩端設置23 cm長×23 cm寬，厚16 mm連接鋼板,采用M20螺栓與相鄰單元連接）；兩側直墻段為各為2個單元（C單元、D單元），C單元長4.114 m,兩端設置連接鋼板，D單元弧長5.23 m，一端設置連接鋼板。單根9 m長工字鋼彎曲結束之前需暫停彎曲，并將下一根9 m長工字鋼與其進行牢固焊接，然后繼續進行彎曲。

（3）接頭板焊接

工字鋼經彎好切割后，檢查工字鋼的弧長。在卡槽內放入接頭板，對偏差很小的工字鋼，通過調節接頭板，保證接頭板在軸向徑向方向。要確保接頭板上的螺栓孔要精確，與工字鋼焊接時，保證四個方向對齊固定才能進行焊接，焊接完后，對接頭板面、螺栓孔打整，確保工字鋼組裝連接的誤差。

1.5.2 運輸和安裝

（1）鋼支撐運輸

鋼拱架運輸采用人工配合裝載機，加工廠在發放鋼拱架時必須按鋼拱架規格認真發放。

（2）2鋼支撐安裝

檢查合格的支撐用25 t履帶吊吊裝到位，支撐吊裝采用兩點起吊，在吊裝過程中必須保持支撐平穩、無碰撞、無變形。鋼管支撐吊裝到位后，先不要松開吊鉤，將支撐兩端放在鋼牛腿上，用人工輔助將支撐調整到設計位置后再將支撐臨時固定。支撐臨時固定后沒及時檢查各節點的連接狀況，經確認符合要求后方可施加預壓軸力，預壓軸力應分級勻速施工，反復進行。當預加軸力達到設計預加壓力穩定后鎖定，然后回油松開千斤頂解開鋼絲繩完成該根支撐的安裝。

2 質量、安全及環境保護

2.1 質量保證措施

（1）根據Ⅳ類圍巖開挖類型及支護遵循“短進尺、弱爆破、強支護”的原則施工。

（2）保護好測量一切監測設施的控制點，防止機械和爆破等引起的破壞，并定期檢查和復核，確保監測精度。

（3）錨桿桿體應按設計長度進行加工，且順直、無銹蝕、無油污、無接頭。注漿的水泥漿要拌勻，并防止石塊或其他雜物混入，隨拌隨用，初凝前必須用完。錨桿安裝后，應立即在孔口采取臨時性固定措施，不得敲擊、碰撞。

（4）施工過程中，加強對明挖施工工藝、平洞開挖施工工藝、錨噴支護施工工藝等標準工藝的推廣和應用。

2.2 安全保證措施

（1）本隧洞采用相向開挖，相向開挖的兩個工作面相距30m爆破時，雙方工作人員均應撤離工作面，相距15 m時應停止一方工作，單向貫通。

（2）對爆破施工人員必須通過公安機關相關安全培訓并考核合格后持證上崗，不合格的不能參與爆破施工。

（3）爆破材料的運輸、儲存、銷毀、使用，嚴格按國家、行業、地方的法律法規、規程規范以及業主的有關要求執行。

（4）洞內爆破排煙后，爆破員與技術員一起進入爆破現場引爆情況進行檢查，遇到瞎炮，必須按規定處理。最后由清撬人員進行安全清撬，將浮石、活的危石等不安全因素排除后才能進行出渣。

（5）洞內動力線嚴格按照三相五線制執行，保證線路掛設平順，掛設高度滿足安全要求。

3 結語

通過多次研究分析后得出如下結論：（1）對于二、三類圍巖，采取兩炮一支護的方式進行施工，即開挖爆破兩個循環后進行一次支護施工；（2）對于四類圍巖，采取一炮一支護，即錨噴支護緊跟爆破開挖施工。兩種方法可以有效保證隧洞開挖的時間，對保證工程工期具有十分重要的作用。