引洮供水隧洞工程出口段開(kāi)挖及支護(hù)技術(shù)

白 濤

（青海華鑫水電開(kāi)發(fā)有限公司 青海西寧 810021）

引洮供水一期工程總干渠9號(hào)隧洞工程位于甘肅省定西市境內(nèi)，全長(zhǎng)18.275 km，橫斷面形式為圓形，凈斷面直徑D=4.96 m，設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面D=6.35 m。設(shè)計(jì)縱向坡比為1/1650，設(shè)計(jì)流量32 m3/s，加大流量36 m3/s，工程設(shè)計(jì)年調(diào)水量2.19億m3，為大（2）型跨流域調(diào)水工程。工程中采用先進(jìn)的激光導(dǎo)向儀，使得鉆爆法洞挖施工最高開(kāi)挖進(jìn)尺達(dá)到130 m/月，開(kāi)挖、支護(hù)質(zhì)量和進(jìn)度均得到有力保證。

1 工程地質(zhì)

9號(hào)隧洞出口段包括出口加強(qiáng)段（85+644.00～85+594.00 m）和出口段（85+594.00～84+834.00 m），共計(jì)810 m。

隧洞出口加強(qiáng)段位于陽(yáng)陰峽溝道左側(cè)的黃土斜坡段，洞頂部位覆蓋有7～10 m的坡洪積黃土狀土，隧洞出口山脊單薄，兩側(cè)有沖溝切割，山體穩(wěn)定性相對(duì)較差。其中樁號(hào)85+622.00～85+644.00 m洞身巖性為坡洪積黃土狀土，結(jié)構(gòu)疏松，成洞困難。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出露地質(zhì)情況，在樁號(hào)85+635.50 m（向上游方向延伸）拱底高度1.3 m以上為坡洪積黃土狀土，以下為砂礫石，并且存在有細(xì)微滲水。

隧洞出口段長(zhǎng)760 m，該段圍巖巖性為N2L3磚紅色互層狀泥質(zhì)粉細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，局部夾砂礫巖，泥質(zhì)膠結(jié)為主，巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rb=1.5～2 MPa，遇水易軟化崩解，有塑性流變等特性，具弱膨脹等，屬極軟巖，圍巖類別為Ⅴ類圍巖。圍巖總體為中—厚層結(jié)構(gòu)，局部為薄層狀結(jié)構(gòu)，單層厚度一般0.2～1.0 m，圍巖中地下水活動(dòng)微弱，隧洞總體為干燥—潮濕狀態(tài)。該類圍巖極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重，需全斷面支護(hù)。

2 開(kāi)挖、支護(hù)施工方案

2.1 出口加強(qiáng)段開(kāi)挖、支護(hù)施工方案

出口加強(qiáng)段為土洞。土洞采用分層開(kāi)挖支護(hù)，短開(kāi)挖進(jìn)尺，分上、下導(dǎo)洞分別進(jìn)行開(kāi)挖。為保證施工安全，采取“短進(jìn)尺、弱爆破或非爆破、勤監(jiān)測(cè)、快支護(hù)、早襯砌”的方針。開(kāi)挖設(shè)計(jì)斷面為直徑D=6.35 m，實(shí)際開(kāi)挖斷面直徑D=6.40 m。其上導(dǎo)洞領(lǐng)先下導(dǎo)洞5～7 m，鋼拱架、網(wǎng)噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)的方式進(jìn)行。

2.1.1 超前管棚支護(hù)

超前管棚支護(hù)主要集中在上導(dǎo)洞，上導(dǎo)洞開(kāi)挖前先進(jìn)行超前管棚支護(hù)，支護(hù)范圍在頂拱180°。超前管棚采用Ф40鋼管，長(zhǎng)度L=3 m，環(huán)向間距取50 cm，外向角度5°～10°，管棚外露均與臨近Φ22或Φ28（螺紋鋼）連接筋焊接。

2.1.2 上、下導(dǎo)洞開(kāi)挖

超前管棚支護(hù)完畢后，則可進(jìn)行起始洞段的開(kāi)挖，采用SWE50E小型液壓挖掘機(jī)開(kāi)挖，預(yù)留10～20 cm保護(hù)層進(jìn)行人工撬挖。

上、下導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選定為0.7 m,每進(jìn)尺0.7 m立即進(jìn)行鋼拱架安裝和掛網(wǎng)噴混凝土。上、下導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)，為延長(zhǎng)圍巖自穩(wěn)時(shí)間，按照設(shè)計(jì)輪廓線從兩側(cè)開(kāi)挖，中間土體后開(kāi)挖，具體見(jiàn)土洞開(kāi)挖示意圖1（圖中單位以cm計(jì)）。其中I區(qū)為上導(dǎo)洞開(kāi)挖區(qū)域，II區(qū)為預(yù)留核心墻區(qū)域，Ⅲ區(qū)為下導(dǎo)洞開(kāi)挖區(qū)域。

2.1.3 上、下導(dǎo)洞安裝鋼拱架

根據(jù)上、下導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺，每榀鋼拱架安裝進(jìn)尺控制在0.7 m，工字鋼為I16重型工字鋼。為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，鋼拱架制作時(shí)采用三等分圓與四等分圓兩個(gè)方案，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐證明，四等分圓的方案是可行的，即方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，又可以控制安裝進(jìn)度。在鋼拱架施工工藝上為保證鋼拱架置于穩(wěn)固的地基上，施工中在基腳部位預(yù)留15～20 cm的原地基；架立鋼支撐時(shí)挖槽就位，軟弱地基在鋼支撐處設(shè)置槽鋼以增加基底承載力；鋼支撐平面垂直于隧洞中線，其傾角不大于2O，鋼支撐的任何部位偏離垂面不大于5 cm；為增加鋼支撐的整體穩(wěn)定性，將鋼支撐與錨桿焊接在一起，并且沿鋼支撐設(shè)直徑φ22的縱向連接鋼筋，環(huán)向間距按照1m控制。這些措施有力地保證鋼拱架的安裝精度要求及質(zhì)量要求。

2.1.4 鋼筋網(wǎng)片施工

鋼筋網(wǎng)片在噴射混凝土前布置，作為初期支護(hù)和永久支護(hù)噴射混凝土?xí)r的支護(hù)材料。鋼筋網(wǎng)片的間排距為20 cm，采用φ6.5的鋼筋。鋼筋網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿固定牢固，并且與受?chē)娒娴拈g隙以3 cm左右為宜，搭接長(zhǎng)度1～2倍的網(wǎng)格。

2.1.5 安裝錨桿

按照施工準(zhǔn)備→鉆孔、清孔→驗(yàn)孔→裝填錨固劑→安裝錨桿→拉拔試驗(yàn)、驗(yàn)收施工工藝進(jìn)行。

2.1.6 噴混凝土施工

按照混合料拌和→混凝土噴射機(jī)→加速凝劑→噴頭→受?chē)娒妗B(yǎng)護(hù)施工工藝進(jìn)行。

2.2 出口段開(kāi)挖、支護(hù)施工方案

出口段施工采用分層鉆爆法開(kāi)挖支護(hù)，開(kāi)挖進(jìn)尺至2.4 m/循環(huán)，分上、下導(dǎo)洞分別進(jìn)行開(kāi)挖。為保證施工安全，開(kāi)挖進(jìn)尺(2.4 m/循環(huán))前進(jìn)行爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)人員進(jìn)行加密觀測(cè)，及時(shí)反饋；并且在施工中采用先進(jìn)的激光導(dǎo)向儀，使得鋼拱架安裝精度進(jìn)一步提高，實(shí)際開(kāi)挖由直徑D=6.35 m變?yōu)橹睆紻=6.32 m。施工中上導(dǎo)洞領(lǐng)先下導(dǎo)洞不超過(guò)6榀，即7.2 m。鋼拱架、網(wǎng)噴支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)的方式進(jìn)行。其施工工序?yàn)椋荷?、下?dǎo)洞開(kāi)挖→上導(dǎo)洞安裝鋼拱架→鋼筋網(wǎng)片安裝→下導(dǎo)洞安裝鋼拱架→安裝錨桿→噴混凝土，依次循環(huán)。

2.2.1 導(dǎo)洞開(kāi)挖

導(dǎo)洞開(kāi)挖采用鉆爆法施工，初期采用單循環(huán)進(jìn)尺1.8 m。鉆孔參數(shù)施工見(jiàn)上、下導(dǎo)洞布孔圖2、3、4（圖中單位以m計(jì)）。上、下導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 土洞開(kāi)挖示意圖

圖2 上導(dǎo)洞布孔示意圖

圖3 A-A剖面圖

圖4 下導(dǎo)洞布孔示意圖

表1 上、下導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

后期調(diào)整至2.4 m/循環(huán)，開(kāi)挖循環(huán)6～8h，預(yù)留5～10 cm保護(hù)層進(jìn)行人工風(fēng)鎬撬挖。鉆孔參數(shù)施工見(jiàn)上、下導(dǎo)洞布孔圖5、6、7（圖中單位以m計(jì)）。上、下導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖5 上導(dǎo)洞布孔示意圖

圖6 下導(dǎo)洞布孔示意圖

圖7 A-A剖面圖

表2 上、下導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.2.2 導(dǎo)洞安裝鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片施工、安裝錨桿、噴混凝土

根據(jù)導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺，每榀鋼拱架安裝進(jìn)尺控制在1.2 m，工字鋼為I16重型工字鋼。鋼拱架仍然采用四等分圓的方案，由于后期采用了先進(jìn)的激光導(dǎo)向儀，使得鋼拱架安裝精度得到很大程度的提高，這樣就避免了接頭和其接頭部位的焊接現(xiàn)象，大大提高了鋼拱架的安裝速度和安裝質(zhì)量。

鋼筋網(wǎng)片、錨桿及噴混凝土施工同前。但需要說(shuō)明的是在黏土巖開(kāi)挖造孔過(guò)程中，采用巖石電鉆配合帶有鉆桿（鋸齒形狀）造孔是非常適合的，造一個(gè)2.3 m的孔，往往在1 min之內(nèi)即可施工完畢。

3 結(jié)束語(yǔ)

在9號(hào)隧洞開(kāi)挖、支護(hù)施工中，施工過(guò)程每一道工序都做了精心設(shè)計(jì)和組織，為使開(kāi)挖邊線準(zhǔn)確的分布在設(shè)計(jì)邊線上，每榀鋼拱架測(cè)量?jī)x器放出并經(jīng)過(guò)測(cè)量檢查，從超前管棚支護(hù)至噴混凝土都責(zé)任到人，嚴(yán)格操作每一道工序。經(jīng)過(guò)精心施工，本工程土洞段開(kāi)挖、支護(hù)后效果良好，大面平整，標(biāo)高控制10～0 cm,徑向方向10 cm以內(nèi)。充分說(shuō)明采用此種施工方法，提高功效，經(jīng)濟(jì)合理，并保證了開(kāi)挖與支護(hù)的施工質(zhì)量。