某輸水隧洞工程開挖和支護施工措施分析

高 鵬

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110001）

水資源對于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，而其分布往往不均。輸水工程是調(diào)配水資源平衡的重要手段，因此不可避免需要開挖隧洞。巖石山體開挖時需要爆破，這對控制超欠挖技術(shù)要求很高，而且支護也必須及時跟進，否則容易局部塌方。

1 工程概況

本研究隧洞工程隸屬于遼西北供水工程（二段），全長4.39 km，斷面形式為圓拱直墻形，成洞斷面尺寸為6.6 m×（6.15～7.28 m）（寬×高），設(shè)計坡度0.312%。根據(jù)地質(zhì)勘察，項目區(qū)的巖石以花崗巖類為主，質(zhì)地堅硬，發(fā)育完整性較好。結(jié)合隧洞斷面情況，初步設(shè)計采用全斷面開挖法。

2 隧洞開挖措施

2.1 開挖流程設(shè)計

全斷面開挖法采用“YT28風動鑿巖機鉆孔+光面爆破”工藝，側(cè)卸式裝載機配自卸車出渣，設(shè)計循環(huán)進尺為2.5 m，然后利用“人工安裝錨桿+噴射混凝土”支護工藝，具體開挖流程如圖1所示。

圖1 開挖施工工藝流程

2.2 鉆爆參數(shù)設(shè)計

炮孔參數(shù)布置與圍巖類別直接相關(guān)，詳見表1。本項目圍巖屬于Ⅲ類，周邊孔布置間距為50 cm。

表1 各類圍巖周邊孔布置間距

隧洞開挖鉆爆參數(shù)設(shè)計詳見表2，炮眼平面如圖2所示。孔型不同，孔深、孔數(shù)、裝藥集中度和總量會存在一些差別，施工時應(yīng)給予注意。

表2 隧洞斷面鉆爆參數(shù)

圖2 炮眼布置平面

2.3 開挖要點分析

2.3.1 測量放線

測量放線由專業(yè)工程師采用全站儀對設(shè)計輪廓線、炮孔逐一精確放樣，掌子面開挖斷面測量在噴混凝土前進行。洞內(nèi)臨時測量控制點要求埋設(shè)牢固并作好防護。在每循環(huán)鉆孔前測量人員應(yīng)檢查上一循環(huán)超欠挖情況，并及時向鉆孔施工班組進行交底[1]。

2.3.2 鉆孔作業(yè)

為保證鉆孔質(zhì)量，設(shè)計分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實行鉆工作業(yè)質(zhì)量獎罰制。炮孔鉆完后，用棉紗堵塞孔口進行保護，防止石渣掉入孔內(nèi)。對于因堵塞無法裝藥的鉆孔，應(yīng)予吹孔或補鉆。每個鉆孔施工完畢后由現(xiàn)場作業(yè)班組長進行初步檢查并及時糾正偏差，所有鉆孔完成后由當班技術(shù)員進行復(fù)檢，重點檢查周邊孔質(zhì)量和間距，要求偏差不得大于5 cm，對不符合要求的鉆孔需立即補打，在所有鉆孔符合要求后才可進行下一步工序[2]。

2.3.3 裝藥、聯(lián)線、爆破

具體過程和要求記述如下：①裝藥前用高壓風沖掃孔內(nèi)。②炮孔全部采用人工裝藥，一般孔為連續(xù)裝藥，光爆孔為不耦合間隔裝藥。在連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)中，孔內(nèi)采用毫秒雷管引爆。起爆雷管置于孔底第二節(jié)炸藥上，并將聚能穴朝孔口方向[3]。③起爆雷管必須用膠帶與炸藥綁牢，并注意保護好雷管腳線。④為確保爆破效果及安全，起爆雷管必須嚴格按爆破設(shè)計選擇段號。⑤光爆孔使用導(dǎo)爆索引爆，施工時先將炸藥藥卷按設(shè)計藥量、間距與導(dǎo)爆索和小竹片捆綁，經(jīng)檢查無誤后將炸藥串緩慢插入炮孔內(nèi)。裝藥時必須用裝有橡膠端頭的非金屬材料制作的炮棍裝填。⑥堵孔用專制炮泥進行堵塞，必須堵至孔口。

2.3.4 出渣及清底

采用裝載機配合自卸車出渣，直接運到棄渣場。出渣完畢后清出工作面積渣，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準備。在渣場棄渣時，配備1臺挖掘機配合自卸車棄渣，防止由于冬季氣候寒冷引起自卸車棄渣不流暢，并配備1臺裝載機對棄渣隨時進行清理、整平，防止棄渣凍結(jié)，影響后期棄渣倒運。

2.3.5 安全處理及臨時支護

出渣前，人工對拱頂危石進行清撬，出渣結(jié)束后則清除掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊，保證進入人員及設(shè)備的安全。根據(jù)地質(zhì)情況，按設(shè)計要求局部采用錨桿加固圍巖；對較破碎的圍巖清撬松動巖塊后及時進行初期支護[4]。

3 隧洞支護措施

隧洞開挖后要及時支護，具體工序為：初噴→安裝鋼架→打錨桿和掛鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴，下面對各工序的施工要點進行分析。

3.1 噴射混凝土

具體過程和要求記述如下：①項目選用普通硅酸鹽水泥P.0.42.5，細度模數(shù)2.5～3.0的堅硬耐久中粗砂河砂，粒徑不大于10 mm連續(xù)級配碎石，化驗合格的拌和用水。②采用濕噴機作業(yè)，噴層厚度15 cm，每10 m設(shè)置一處噴混凝土厚度標識（埋設(shè)鋼筋頭）。在噴射前，將松動圍巖清理干凈，用高壓水和高壓風沖洗吹凈受噴面。③噴射時，噴嘴與巖面保持垂直，且距受噴面0.6～1.0 m，噴射壓力控制在0.15～0.2 MPa。噴射路線應(yīng)先邊墻后拱部，分區(qū)、分段“S”形運動，噴頭作連續(xù)不斷的圓周運動（直徑20～30 cm），后一圈壓前一圈1/3，以螺旋狀噴射。要求噴射混凝土回彈量頂拱部位不大于25%，其余部位不大于15%[5]。④噴射混凝土完成時間距下次爆破時間的間隔不得小于4 h。噴射混凝土終凝2 h后進行噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14 d。

3.2 安裝鋼架

具體過程和要求記述如下：①本項目鋼支架采用HW150型鋼，安裝間距1.0 m。按設(shè)計尺寸在洞外分節(jié)焊接，每節(jié)兩端均焊連接板，并用螺栓連接，加工后必須進行試拼檢查，嚴禁不合格品進場。②鋼架安裝尺寸允許偏差：橫向和高程為±5 cm，垂直度±2°。鋼架支撐底腳置于牢固基礎(chǔ)上，底板若有超挖用C30混凝土回填，利用鎖腳錨桿定位。鋼架支撐與圍巖之間必須楔緊，2排鋼架間用鋼筋縱向連接牢固，以便形成整體受力結(jié)構(gòu)。

3.3 鋼筋網(wǎng)和錨桿施工

3.3.1 鋼筋網(wǎng)

具體過程和要求記述如下：①本項目段為Ⅲ類圍巖，掛網(wǎng)形式為頂拱掛設(shè)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格Φ8，網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm，在洞口鋼筋加工場預(yù)制后運至作業(yè)面。②首先在巖面噴射一層混凝土作鋪墊，之后掛鋼筋網(wǎng)，相鄰鋪設(shè)的鋼筋網(wǎng)搭接長度不小于200 mm。③掛網(wǎng)后噴射保護層，要求厚度不小于40 mm。

3.3.2 錨桿

具體過程和要求記述如下：①錨桿桿體采用HRB335級帶肋鋼筋，使用前要調(diào)直、除銹、去污。錨桿端頭安裝墊板，材質(zhì)為Q235C級，墊板尺寸150 mm×150 mm×8 mm。緊固后螺母端頭錨桿外露長度應(yīng)小于40 mm，螺母規(guī)格為M16。設(shè)計錨桿間距1000 mm×1200 mm。②采用水泥卷式錨固劑，要求水泥強度不低于P.0.42.5級，具有快凝、快硬、高強、微膨脹性能。要求提供的錨固力0.5 h應(yīng)達到50 kN以上、1 h應(yīng)達到80 kN以上，后期強度穩(wěn)定。③系統(tǒng)錨桿沿隧洞周邊徑向布置，當結(jié)構(gòu)面和巖面層明顯時，錨桿以較大交角貫穿巖體主結(jié)構(gòu)面或巖面層。④按設(shè)計要求定出孔位，允許誤差±150 mm；保持錨孔順直，并與巖面基本垂直；鉆孔深度及直徑與桿體相匹配。錨桿入巖長度不得小于設(shè)計長度的95%。支護結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 隧洞斷面支護結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

項目個別地段出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象嚴重，究其原因是裝藥量存在較大誤差，而且存在個別雷管沒起爆問題，后續(xù)的支護工作能否及時跟進則直接影響了支護難度。

本項目部分地段圍巖完整性較差導(dǎo)致支護困難，經(jīng)技術(shù)人員研究采用先注漿黏結(jié)再支護加固措施，最終順利通過工程驗收。在此說明，由于圍巖特性千差萬別，每個項目對于爆破和支護設(shè)計，務(wù)必根據(jù)實際情況適當調(diào)整，照搬其他項目成功經(jīng)驗未必可行。