水利水電工程中隧洞襯砌及噴錨支護(hù)加固施工關(guān)鍵技術(shù)的探討

摘要：水利水電工程隧洞工程能夠合理規(guī)劃水資源，緩解用水和能源緊張問題，卻受限于地質(zhì)情況，存在一定施工隱患，應(yīng)做好隧洞襯砌與支護(hù)加固施工。以湘河水利樞紐及配套灌區(qū)工程為例，簡要闡述隧洞襯砌與支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而詳細(xì)探討襯砌及噴錨支護(hù)加固施工關(guān)鍵技術(shù)，并分析隧洞圍巖穩(wěn)定性，從而驗證施工技術(shù)有效性。

關(guān)鍵詞：水利水電工程"隧洞襯砌"噴錨支護(hù)"施工技術(shù)

Discussion"on"Key"Technologies"of"Tunnel"Lining"and"Shotcret-Bolt"Support"Reinforcement"Construction"in"Water"Conservancy"and"Hydropower"Projects

YANG"Jinsong

Sinohydro"Bureau"9"Co.，"Ltd.，"Guiyang，"Guizhou"Province，"550008"China

Abstract：The"tunnel"engineering"of"water"conservancy"and"hydropower"projects"can"reasonably"plan"water"resources，"alleviate"water"and"energy"shortages，"but"is"limited"by"geologicalnbsp;conditions"and"has"certain"construction"hazards."Therefore，"it"is"necessary"to"do"a"good"job"in"tunnel"lining"and"support"reinforcement"construction."The"article"takes"the"Xianghe"Water"Conservancy"Hubnbsp;and"its"supporting"irrigation"area"project"as"an"example"to"briefly"explain"the"tunnel"lining"and"support"structure，and"then"explores"in"detail"the"key"technologies"for"lining"and"shotcret-bolt"support"reinforcement"construction，"analyzes"the"stability"of"tunnel"surrounding"rock，"verifies"the"effectiveness"of"construction"technology.

Key"Words："Water"conservancy"and"hydropower"engineering;"Tunnel"lining;"Shotcret-bolt"support;"Construction"technology

由于水利水電工程的特殊要求及其所處的地理位置，應(yīng)在不同位置修建引水隧洞，以達(dá)到引水發(fā)電、導(dǎo)流作用。而引水隧洞存在多邊形與復(fù)雜性，一旦出現(xiàn)事故將會造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失，威脅民眾生命安全。為保證引水隧洞工程質(zhì)量，諸多學(xué)者對其進(jìn)行研究。余自業(yè)等人[1]根據(jù)東北地區(qū)冬季土體受凍脹影響引發(fā)渠道滲漏情況，以寧夏固海灌區(qū)為例，分析襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后破壞規(guī)律等，構(gòu)建三相耦合數(shù)學(xué)模型，以熱-力-位移物理場反應(yīng)襯砌凍脹機理。朱悅悅等人[2]對輸水隧洞預(yù)應(yīng)力灌漿施工技術(shù)進(jìn)行研究，采取荷載結(jié)構(gòu)法，推演襯砌環(huán)向拉應(yīng)力，以有限元模擬技術(shù)合理性，表明該技術(shù)能夠提高隧洞承載力。以上學(xué)者針對工程實際，對隧洞襯砌被破壞機理、結(jié)構(gòu)承載機理等進(jìn)行了研究，但對具體施工技術(shù)的研究不足。基于此，本文采用案例分析法對隧洞襯砌、噴錨支護(hù)加固技術(shù)進(jìn)行分析，以便提高工程質(zhì)量。

1"水利水電工程隧洞襯砌與支護(hù)介紹

湘河水利樞紐及配套灌區(qū)工程是一座以灌溉、供水、改善保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境為主，兼顧發(fā)電等綜合利用的大型水利樞組工程。引水發(fā)電洞布置于左岸，為有壓洞，總長854.2"m，洞身為圓形，開挖半徑為4.2"m，底板坡降為1∶200，洞身Ⅲ、IV類圍巖長度為204.2"m、148.35"m；洞身布置混凝土，錨桿長3.5"m，間排距為1"m，φ6鋼筋掛網(wǎng)@20"cm×20"cm，噴混凝土厚10"cm作為一期支護(hù)；洞身襯砌采用C30混凝土（F250，W6），砌厚度60"cm；結(jié)構(gòu)縫處采用W型止水紫銅片，施工縫采用橡膠止水條；頂拱90°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿。

2隧洞襯砌及噴錨支護(hù)加固施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1測量放樣

隧洞測量工作中，包括放樣洞內(nèi)開挖斷面、高程控制測量、平面控制測量、放樣襯砌斷面、鋼支撐定位、貫通測量等，采取GPS與全站儀放樣，便于在工作面上迅速放出工程輪廓線、鉆孔孔位及隧洞中軸線，且對循環(huán)開挖面檢查測量[3]。

2.2隧洞襯砌

隧洞襯砌能夠提高隧洞耐久性與穩(wěn)定性，其作為永久性支護(hù)層，可避免圍巖坍塌、松動[4]。該工程根據(jù)實際情況，確定襯砌結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.1搭設(shè)模板

模板搭設(shè)作為隧洞襯砌施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需及時清理基層圍巖巖石，以高壓水沖洗，設(shè)備難以接觸地方人工鑿毛，避免積水。之后，按照設(shè)計圖紙參數(shù)，選擇鋼模板，要求模板穩(wěn)定、平整，尺寸精準(zhǔn)，最大偏差在±2"mm以內(nèi)，保證襯砌成型混凝土尺寸達(dá)到設(shè)計要求。

2.2.2鋼筋安裝

鋼筋原料進(jìn)場，按照設(shè)計規(guī)格、型號堆放加工，每完成一段襯砌所需鋼筋長度即可將其運輸至現(xiàn)場，結(jié)合測量放線的高程控制點、襯砌軸線等，明確主筋、分布筋安裝部位。

2.2.3預(yù)埋件施工

隧洞襯砌預(yù)埋件包括止水片、套管等。該工程按照規(guī)范尺寸加工止水片，裝車運輸至現(xiàn)場，安裝于伸縮縫部位，利用封頭木模板進(jìn)行固定。預(yù)埋套管則要測定灌漿孔位置，一端與模板緊貼，一端連接鋼筋網(wǎng)骨架，封閉處理。

2.2.4澆筑混凝土

該工程澆筑襯砌混凝土前，在攪拌站對材料集中拌和，進(jìn)而將其運輸至混凝土泵，開始澆筑，具體操作如下。（1）先澆筑底板，未免出現(xiàn)脫空缺陷，對其單側(cè)下料，直至混凝土達(dá)到中線以上，借助其自重力增強底板密實度。之后，兩側(cè)對稱開始下料，控制澆筑速度，保證兩側(cè)高度相同，以免一側(cè)澆筑過快、混凝土較多導(dǎo)致模板跑位。（2）混凝土分層下料澆筑，使用振搗器振搗，排除內(nèi)部氣泡，無下沉方可停止，注意不能振搗過長，否則骨料離析影響施工質(zhì)量。（3）混凝土覆蓋草袋、灑水養(yǎng)護(hù)，時間在28"d以上。

2.3噴錨支護(hù)

隧洞內(nèi)根據(jù)圍巖情況、地質(zhì)條件、應(yīng)力要求等，結(jié)合工程實際布置錨桿，采取“噴錨+鋼筋網(wǎng)”體系，優(yōu)化支護(hù)加固效果，基本施工工藝流程為施工臺車就位→標(biāo)出孔位→鉆孔→注漿→安裝錨桿→封閉空口→驗收→循環(huán)。

2.3.1材料準(zhǔn)備

在鋼筋加工場制作錨桿，利用自卸汽車將其運輸至倉面，對其人工安裝。并準(zhǔn)備各項材料，水泥選用42.5"MPa硅酸鹽水泥，骨料細(xì)度模數(shù)≤2.5，含水量≤6%，各粒徑占比滿足表1要求。

2.3.2鉆孔

該工程根據(jù)砂漿錨桿排距、樁號等確定錨桿孔位，以紅油漆標(biāo)號。采用YT28手風(fēng)鉆造孔，按照測量放樣標(biāo)出孔位及設(shè)計要求，確定孔深、錨桿長度等。根據(jù)基巖面結(jié)構(gòu)，鉆孔角度可分為0°、30°、45°、90°，結(jié)合錨桿型號調(diào)整。該工程噴錨加固均先注漿、后插錨桿，錨桿孔徑為錨桿直徑+15"mm。鉆頭施鉆中，對準(zhǔn)錨桿孔位標(biāo)記點下鉆，控制孔位偏差在100"mm以內(nèi)[5]。為保證鉆孔角度準(zhǔn)確性，安排操作人員手持地質(zhì)羅盤，準(zhǔn)確判斷鉆桿方向，避免出現(xiàn)角度偏差。

2.3.3注漿

錨桿孔驗收后，選用注漿機注漿。該工程砂漿均以攪拌機現(xiàn)場攪拌，根據(jù)設(shè)計強度等級控制配合比，要求以稱量裝置對砂漿原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，進(jìn)而將其均勻拌和，做到隨拌隨用，禁止雜物、石塊混入其中。在砂漿現(xiàn)場拌制中，結(jié)合不同鉆孔角度、施工部位選用相應(yīng)注漿設(shè)備，及時調(diào)整砂漿濃度。

2.3.4插桿

注漿施工后，需立即插入錨桿，施工人員可站在操作平臺上作業(yè)，插桿后以水泥紙將孔口堵住，以免漿液倒流，進(jìn)而將木楔子打入進(jìn)行固定，直至砂漿強度達(dá)到75%設(shè)計強度，方能將其拔出。并且，插入桿體如果孔口未有砂漿溢出，應(yīng)適當(dāng)補充注入砂漿；插入孔內(nèi)桿體長度應(yīng)達(dá)到95%設(shè)計長度。

2.3.5鋼筋網(wǎng)

工程伴隨開挖隧洞分塊、分區(qū)、分段實施，以φ6.0"mm光圓鋼筋將其加工成2"m×2"m的網(wǎng)塊，運輸至現(xiàn)場后，以錨桿頭點焊固定，以鉚釘加密固定，網(wǎng)間鉛絲扎牢。在安裝鋼筋片中，盡量貼近巖面，且將鋼筋片電焊或綁扎至錨桿上，無錨桿部位以鉚釘固定，使其連接成整體。

2.3.6噴砼

在噴錨支護(hù)中，混凝土噴射作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將其噴射至鋼筋網(wǎng)與巖面上，構(gòu)成穩(wěn)定支護(hù)層。噴射施工前先清除噴射面的雜物。用高壓風(fēng)吹洗巖面，即可噴射混凝土，選用C20混凝土，將其分2次噴射完成，控制每次噴射厚度在5～8"cm，前一次混凝土終凝后二次噴射混凝土，直至達(dá)到設(shè)計厚度（厚度為100"mm），表面要求基本平整。

3"隧洞襯砌與噴錨支護(hù)加固施工效果

3.1"建立模型

在隧洞開挖前，圍巖應(yīng)力處于初始應(yīng)力狀態(tài)。圍巖開挖后受自身卸荷作用，內(nèi)部出現(xiàn)松脹位移，導(dǎo)致應(yīng)力重分布。而隧洞穩(wěn)定性在于應(yīng)力重分布后狀態(tài)。該工程假定圍巖是彈性介質(zhì)，取洞室（r，）為中心原點極坐標(biāo)，任意圍巖一點應(yīng)力公式如下。

其中，、、分別是初始應(yīng)力、徑向應(yīng)力與切向應(yīng)力；是計算點水平與徑向夾角；是洞室半徑；是圍巖某點距離洞室中心間距。計算模擬隧洞情況，構(gòu)建三維模型，模型尺寸50"m×45"m×1"m。

3.2"加固效果

該隧洞工程模擬襯砌、噴錨加固過程，結(jié)合實際荷載受力，確定豎直與水平方向混凝土設(shè)計值/標(biāo)準(zhǔn)值富余度及最大拉應(yīng)力（如表2所示）。可見，工程襯砌、支護(hù)加固后，滿足質(zhì)量要求。

4結(jié)論

綜上所述，水利水電工程隧洞施工存在多邊形與復(fù)雜性，受不可預(yù)見因素影響，安全隱患較多，襯砌與支護(hù)質(zhì)量對工程穩(wěn)定運行具有直接影響。通過湘河水利樞紐及配套灌區(qū)工程分析，得到以下結(jié)論。

（1）噴錨支護(hù)應(yīng)做好材料準(zhǔn)備、鉆孔、注漿、插桿、鋼筋網(wǎng)、噴砼等工作，將錨桿與鋼筋網(wǎng)聯(lián)合使用，提高加固效果。

（2）隧洞襯砌與噴錨支護(hù)加固后，構(gòu)建圍巖、襯砌應(yīng)力模型，確定其加固效果滿足工程要求，維護(hù)圍巖穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱悅悅，劉成.輸水隧洞灌漿式預(yù)應(yīng)力襯砌結(jié)構(gòu)承載機理研究[J].水利水運工程學(xué)報，2022（6）：146-155.

[3]張生武.水利工程隧洞襯砌及噴錨支護(hù)加固施工[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2024（7）：161-164.

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