河曲引黃灌溉工程隧洞圍巖破碎帶快速支護(hù)措施

閆國(guó)平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

河曲引黃灌溉工程隧洞圍巖破碎帶快速支護(hù)措施

閆國(guó)平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

以河曲引黃灌溉工程5號(hào)隧洞圍巖破碎帶支護(hù)為例，介紹了小斷面隧洞破碎帶的快速支護(hù)措施及支護(hù)施工中需注意的問(wèn)題，有效縮短了作業(yè)人員在洞室破碎裸巖下的暴露時(shí)間，有利于施工安全，可為類似工程的施工提供參考。

隧洞；引黃灌溉工程；圍巖；支護(hù)

1 工程概況

河曲引黃灌溉工程從龍口水利樞紐左岸壩段取水，采用隧洞、暗涵、管道等方式向下游引水，線路全長(zhǎng)33.96km。其中5號(hào)隧洞線路總長(zhǎng)3345m，設(shè)計(jì)過(guò)水流量2.24m3/s，縱坡1/1000，斷面為城門洞形，凈尺寸1.7m×1.8m。整條隧洞埋深60～70m，處于地下水位以下，穿越黃土層、砂礫料層、泥巖層等軟弱地帶，施工難度較大。

2 工程地質(zhì)情況

5號(hào)隧洞出口段圍巖巖性為泥巖，磚紅色，灰紫色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，產(chǎn)狀平緩，質(zhì)地軟弱，具可塑性，遇水膨脹、變形，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙內(nèi)多處滲水、滴水。16+281處節(jié)理裂隙特別發(fā)育，裂隙密集分布，間距30～50cm，相互交叉，裂隙內(nèi)有薄層泥質(zhì)充填物，導(dǎo)致此段圍巖極為破碎，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，洞壁支撐能力差，拱頂有掉塊、塌落現(xiàn)象。在支護(hù)過(guò)程中，由于洞頂頻繁掉塊，且最大塌落石塊達(dá)70cm×60cm×40cm，無(wú)法保證作業(yè)人員安全，施工中存在較大的安全隱患。因此，為保證施工安全，需改進(jìn)支護(hù)措施，做到快速支護(hù)，盡量縮短施工人員在裸露圍巖下的暴露時(shí)間。

3 原設(shè)計(jì)方案

根據(jù)技施圖紙，V類圍巖采用超前錨桿、雙層鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、格柵拱架支護(hù)。隧洞開(kāi)挖前，先施工兩排超前錨桿，開(kāi)挖過(guò)程中每掘進(jìn)一次，出碴后立即掛網(wǎng)，安裝鋼拱架支護(hù)，噴混凝土施工可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)酌情確定。拱架洞外制作，洞內(nèi)拼裝。格柵拱架排距1.0m，每榀拱架之間采用直徑16mm鋼筋焊接連接，環(huán)向間距1.0m，拱架在頂拱腳節(jié)點(diǎn)板處設(shè)兩根八字錨桿，與拱架主筋焊接。

由于洞內(nèi)初期支護(hù)形成的能夠抵擋掉塊的支護(hù)圈工序多、耗用時(shí)間長(zhǎng)，因此該設(shè)計(jì)支護(hù)方案不利于此類破碎圍巖條件下的支護(hù)。主要表現(xiàn)在：一是圍巖整體破碎，超前錨桿作用不大。二是開(kāi)挖完成后掛第一層鋼筋網(wǎng)，在洞壁及洞頂上用風(fēng)鉆打孔插錨釘，以便掛住鋼筋網(wǎng)片，但打錨釘時(shí)會(huì)擾動(dòng)破碎的圍巖。同時(shí)，鋼筋網(wǎng)無(wú)骨架支撐，不能抵擋石塊墜落。三是每榀格柵拱架有3個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，洞內(nèi)安裝時(shí)間長(zhǎng)。拱架之間的連接筋采用洞內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)焊接，需耗用一定時(shí)間。四是在連接筋上鋪設(shè)第二層鋼筋網(wǎng)，并用鐵絲綁扎，該道工序完成后，才能形成防止掉塊傷人的支護(hù)圈。

4 快速支護(hù)措施

快速支護(hù)措施能夠在工作面快速形成防護(hù)棚架，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力。圍巖破碎段每茬炮進(jìn)尺控制在1.5m左右，鋼拱架支撐間距為0.75m，每循環(huán)安裝2榀鋼拱架。

首先，按加強(qiáng)支護(hù)要求測(cè)量放線，確定開(kāi)挖輪廓線。洞挖放炮后，先排煙、處理危石，再出碴。整個(gè)出碴過(guò)程人員不直接暴露在裸露的巖石下面。出碴完成后，觀察圍巖情況，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)巖石及時(shí)處理。

其次，洞外制作拱架。鋼拱架采用I14工字鋼，依據(jù)開(kāi)挖斷面尺寸和設(shè)計(jì)要求加工成城門洞形。為便于洞內(nèi)運(yùn)輸，每榀拱架按中心線分對(duì)稱的兩片分別加工，頂端焊20cm×20cm連接板，連接板打4個(gè)直徑20mm的孔洞，以備在洞內(nèi)用螺拴連接；拱架底部焊20cm×20cm鋼板，以擴(kuò)大拱腳受力面積。拱架頂拱部位和拱腿部位分別按10cm和15cm間距焊接長(zhǎng)8cm、外徑48mm的鋼管，用于穿插直徑25mm的鋼筋。

第三，確定洞內(nèi)鋼拱架安裝位置，做好標(biāo)記。鋼拱架洞外制作完成后進(jìn)行組裝。組裝時(shí)，將任意兩片拱架立起，用4條M18×100螺栓插入連接板孔內(nèi)緊固，組成一榀完整的拱架。由于每榀拱架只有一個(gè)連接口，因而組裝簡(jiǎn)單快捷。每組裝好一榀拱架后，迅速將直徑25mm的插筋插入拱架外側(cè)焊接的鋼管內(nèi)，快速形成一個(gè)簡(jiǎn)易的防護(hù)棚架。

第四，在鋼管內(nèi)間隔穿插直徑25mm的插筋，頂拱間距為20cm。側(cè)墻布置直徑25mm的鋼筋，間距為30cm。為防止鋼筋受壓彎折脫口，插筋穿出鋼管6cm。同時(shí)，為防止拱架傾覆，穿插完畢后，在拱架I14工字鋼頂拱部位下緣內(nèi)側(cè)焊接直徑20mm的鋼筋，作為拱架之間的連接筋和內(nèi)側(cè)掛網(wǎng)的支撐筋。

第五，頂拱和側(cè)墻初噴C20混凝土，厚度6～8cm，封閉裸露巖面。同時(shí)將直徑25mm的插筋包裹，使其與洞頂巖石成為一個(gè)整體。

第六，全斷面掛網(wǎng)，直徑6mm鋼筋網(wǎng)單層，網(wǎng)格20cm×20cm，以拱架之間的連接筋作為鋼筋網(wǎng)的支撐筋，網(wǎng)筋和支撐筋之間用鐵絲綁扎連接。

第七，主洞室側(cè)墻錨桿，與鋼拱架焊接，以鎖定側(cè)墻巖體并增加拱架的穩(wěn)定性，同時(shí)全斷面分層噴C20混凝土，直至達(dá)到要求厚度20cm。

5 支護(hù)施工中需注意的問(wèn)題

一是開(kāi)挖要按照該工程爆破設(shè)計(jì)中V類圍巖爆破參數(shù)進(jìn)行布眼、裝藥。在實(shí)際施工中要根據(jù)圍巖實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，總體原則是多布眼，少裝藥，盡量少撓動(dòng)圍巖，并使開(kāi)挖輪廓面盡可能平整，以便支護(hù)施工。

二是根據(jù)實(shí)際情況，圍巖軟弱帶盡量采用風(fēng)鎬和鐵鍬開(kāi)挖。因爆破會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震動(dòng)和沖擊波，從而加速和擴(kuò)大圍巖松動(dòng)圈的形成，使洞室周圍巖體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易產(chǎn)生掉塊和塌方。

三是嚴(yán)格按照快速支護(hù)方案確定的施工順序進(jìn)行施工，保證施工質(zhì)量。

四是對(duì)于裂隙發(fā)育、自穩(wěn)能力差的圍巖，洞室開(kāi)挖后變形和破壞發(fā)展很快，因此應(yīng)及時(shí)支護(hù)，以保證圍巖穩(wěn)定。同時(shí)，應(yīng)快速封閉圍巖，縮短圍巖暴露時(shí)間，減小圍巖受空氣和滲水的侵蝕程度。

五是支護(hù)過(guò)程中一定要注意安全。從開(kāi)挖后處理危石到支護(hù)結(jié)束前，一定要有專職安全員現(xiàn)場(chǎng)值班，并保證洞內(nèi)的照明，發(fā)現(xiàn)不安全情況立即撤出。

6 結(jié)語(yǔ)

快速支護(hù)措施可以在洞內(nèi)很快形成一個(gè)簡(jiǎn)易的防護(hù)棚架，拱架連接點(diǎn)少，安裝迅速，插筋快捷。從兩榀鋼拱架運(yùn)輸進(jìn)入工作面開(kāi)始到插筋結(jié)束形成防護(hù)棚架，整個(gè)過(guò)程用時(shí)40min左右。而原設(shè)計(jì)方案從拱架開(kāi)始安裝到形成防護(hù)圈耗時(shí)約3.5h。因而，采用快速支護(hù)措施，大大縮短了施工人員在裸巖下的暴露時(shí)間，使隧洞開(kāi)挖順利通過(guò)了45m長(zhǎng)的破碎帶，施工期間未發(fā)生任何安全事故。

TV672+.1

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1004-7042（2011）07-0033-02

閆國(guó)平（1974-），男，2003年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利工程建筑專業(yè)，工程師。

2011-05-18；

2011-06-23