臥虎山水庫新建放水洞洞身開挖支護(hù)施工技術(shù)

趙黎霞

（濟(jì)南市臥虎山水庫管理處，濟(jì)南 250115）

1 工程概況

濟(jì)南市臥虎山水庫新建放水隧洞工程位于主壩右岸山體中，洞軸線與壩軸線夾角為66°46’58”，其交點(diǎn)處設(shè)計(jì)樁號(hào)0-98.72。洞身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面采用圓型形式，內(nèi)徑2m，襯砌厚度40cm，有壓洞設(shè)計(jì)，底坡0.008，進(jìn)口高程108.0m，出口高程101.25m。

新建放水洞總長(zhǎng)519m，其中洞身段長(zhǎng)470m，施工范圍為洞0+000～0+469.24。施工內(nèi)容包括洞身開挖及支護(hù)工作，主要工程量石方洞開挖3000m3。

2 前期工作

2.1 放水洞進(jìn)口段

進(jìn)口段洞口開挖完成后，洞口處開挖面揭露巖性上部為坡積土堆積，下部為縱橫向裂隙發(fā)育的泥質(zhì)頁巖。根據(jù)巖性現(xiàn)狀，先進(jìn)行了洞口段防護(hù)工作，采用人工開挖方式，開挖斷面大于設(shè)計(jì)洞挖斷面，并伸入巖體2.0m，然后做鋼筋混凝土洞口支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)斷面為方形。

洞口防護(hù)完成達(dá)到一定強(qiáng)度后，采用人工開挖，配合風(fēng)鉆或風(fēng)鎬進(jìn)行掘進(jìn)，人工出渣，至洞挖進(jìn)尺5.0m。洞挖過程中因巖體裂隙發(fā)育，極易破碎，上部坡積土穩(wěn)定性差，導(dǎo)致洞挖斷面項(xiàng)部出現(xiàn)較大坍塌。遂采取更為安全的開挖支護(hù)進(jìn)行施工，縮短人工掘進(jìn)的單循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度，并加強(qiáng)洞身支護(hù)，采用超前錨桿配合鋼拱架支撐。

2.2 放水洞出口段

出口段洞口開挖工作至高程107.6m時(shí)，發(fā)現(xiàn)上部山體出現(xiàn)較為明顯的外張裂隙，繼續(xù)開挖將存在極大的安全隱患，本工程先對(duì)山體進(jìn)行支護(hù)加固，再進(jìn)行下部基坑及洞口段開挖。山體支護(hù)采用預(yù)應(yīng)力錨索，每根三索型式，單根錨固深20.0m，防護(hù)面板采用掛準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)C20噴射混凝土型式。

為確保開挖安全，探明洞內(nèi)巖性，擬定10m長(zhǎng)度試驗(yàn)段。試驗(yàn)段施工過程中，發(fā)現(xiàn)該段泥質(zhì)頁巖均為水平層理結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，但穩(wěn)定性較進(jìn)口稍好，上部裂隙中夾雜泥及顆粒物，受滲水及施工時(shí)機(jī)械擾動(dòng)會(huì)出現(xiàn)局部坍塌和破碎塊掉落現(xiàn)象。因此施工時(shí)對(duì)該段支護(hù)采用了洞壁上部120°范圍內(nèi)掛鋼筋網(wǎng)防護(hù)，一次開挖斷面采用鋼拱架支撐，全斷面噴射混凝土防護(hù)的支護(hù)型式，加快了開挖和支護(hù)工序間的較快銜接，有效地提高了施工進(jìn)度，增加了洞身的安全穩(wěn)定性。

試驗(yàn)段完成后，在現(xiàn)有巖性的條件下，采用支護(hù)形式，使用局部爆破配合人工開挖的方式，進(jìn)一步提高施工進(jìn)度，并應(yīng)在上部錨固山體設(shè)置兩處位移沉降觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行觀測(cè)以便發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整施工方案。

3 施工中的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)放水洞進(jìn)出口洞身開挖所遇到的巖性狀況，針對(duì)本工程小斷面圓型隧洞洞內(nèi)空間狹小、斷面尺寸不易控制等難點(diǎn)，盡量?jī)?yōu)化工序銜接；在提高洞挖進(jìn)度的同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)措施，盡可能減少無支護(hù)狀態(tài)下的洞內(nèi)施工時(shí)間，工程采取洞身開挖和支護(hù)兩道關(guān)鍵施工工序。

3.1 洞身開挖

3.1.1 開挖基本方法

（1）洞身開挖采用局部光面爆破配合剩余部分的人工開挖施工方法，因開挖斷面為圓型，且尺寸較小，為便于人工及機(jī)械清渣運(yùn)渣作業(yè)，擬將全洞斷面分為兩次進(jìn)行開挖。一次開挖區(qū)域采用前述方法進(jìn)行開挖，二次開挖區(qū)域待一次開挖完成后逆向采用人工開挖進(jìn)行。

（2）爆破造孔采用YT28氣腿式風(fēng)鉆造孔，人工裝藥，毫秒電雷管起爆，選用巖石乳化炸藥。出渣采用JCYRB-60型液壓巷用扒裝機(jī)配合機(jī)動(dòng)翻斗車進(jìn)行運(yùn)輸至洞外暫存場(chǎng)地。整個(gè)開挖過程單循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)隧洞地質(zhì)條件，制定爆破及開挖方案。結(jié)合進(jìn)出口實(shí)際情況及試驗(yàn)段施工確定，Ⅲ、Ⅳ類圍巖每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.2～1.5m，V類圍巖及斷層帶每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0～1.2m以內(nèi)，并根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)整，做到邊挖邊支護(hù)。遇裂隙發(fā)育、斷層帶或破碎等特殊圍巖段時(shí)還需采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿和超前錨桿對(duì)周邊圍巖進(jìn)行初步加固后，再進(jìn)行開挖及支護(hù)作業(yè)。

3.1.2 施工工藝

測(cè)量放線→造孔、清孔→人工裝藥→引爆→通風(fēng)排煙→危石排除→人工輔助開挖→機(jī)械出渣→支護(hù)作業(yè)→下一循環(huán)。

3.1.3 爆破

爆破器材選用采用毫秒電雷管和巖石乳化炸藥，隧洞一次開挖斷面面積6.5m2，單位巖體炸藥消耗量1.48kg/m3。鉆孔深度采用掏槽孔深2.3m，輔助孔深2.0m，周邊孔深2.0m。炮孔間距0.3～0.5m。掏槽孔間距0.3m，崩落孔間距0.3～0.5m，周邊孔距 0.3m。炮孔排距0.3～0.5m。在鉆孔爆破的實(shí)施過程中要根據(jù)圍巖的巖性變化和現(xiàn)場(chǎng)爆破效果，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

3.1.4 局部爆破

用全站儀、水準(zhǔn)儀配合對(duì)開挖掌子面區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量放線工作，確定出斷面縱向中心線軸線位置及高程，并據(jù)此劃出開挖輪廓線。每次測(cè)量放線時(shí)，調(diào)整爆破參數(shù)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

炮眼布置好后，進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔采用YT-28氣腿式風(fēng)鉆，分層作業(yè)，由上而下進(jìn)行鉆孔。孔位偏差不應(yīng)大于5cm，周邊孔沿輪廓線調(diào)整范圍小于等于5cm。

裝藥完成后，檢查每孔段位準(zhǔn)確無誤后，設(shè)備、人員撤離到安全地點(diǎn)，毫秒電雷管起爆。起爆次序：掏槽孔→靠近掏槽孔的輔助孔→遠(yuǎn)離掏槽孔的輔助孔。

嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)施行起爆，注意導(dǎo)線的聯(lián)接方向、聯(lián)接點(diǎn)牢固性及絕緣良好。

3.1.5 人工輔助開挖

爆破完成，除需要對(duì)掌子面進(jìn)行人工清理外，還要對(duì)剩余部分進(jìn)行人工開挖鑿除，采用手持風(fēng)鎬施工，并修整出較為規(guī)則的斷面形式，以滿足設(shè)計(jì)開挖斷面要求。

3.2 支護(hù)

3.2.1 支護(hù)基本方法

洞身支護(hù)基本方法為：洞身開挖斷面上部1200范圍內(nèi)掛8mm×200mm×200mm鋼筋網(wǎng)防護(hù)，對(duì)一次開挖斷面采用定型鋼拱架支撐，拱架采用國標(biāo)［10型槽鋼，安裝間距1.0m，全開挖斷面噴射C20混凝土封閉開挖巖面。如遇裂隙發(fā)育、斷層帶或破碎帶等特殊圍巖段時(shí)，除開挖前期采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿和超前錨桿對(duì)周邊圍巖進(jìn)行初步加固并完成開挖后，還需對(duì)鋼拱架支撐進(jìn)行加密。

3.2.2 施工工藝流程

洞挖出渣完成→安裝鋼筋網(wǎng)→安裝定型鋼拱架→底角錨桿加強(qiáng)固定→噴射C20混凝土封閉巖面→開挖作業(yè)→下一循環(huán)。

3.2.3 鋼拱架支撐制安

鋼拱架支撐選用材質(zhì)為國標(biāo)［10型槽鋼，結(jié)合洞挖斷面尺寸確定下料長(zhǎng)度，并在加工車間進(jìn)行整體一次冷彎成型，加工完成后沿隧洞周邊輪廓允許誤差±3cm，鋼架平放時(shí)，平面翹曲小于±2mm。

鋼支撐安裝不能占用設(shè)計(jì)襯砌斷面，架立時(shí)對(duì)欠挖部位挖槽就位；鋼拱架架立基礎(chǔ)應(yīng)在堅(jiān)硬基礎(chǔ)上，若基礎(chǔ)面較軟，則應(yīng)設(shè)置鋼墊板。安裝時(shí)，墊板與拱架之間的連接要牢固，調(diào)整位置與高度，盡量保證鋼架平面與隧洞軸線垂直；每道鋼拱架在拱頂120°肩部及底角位置采用4根準(zhǔn)22錨桿進(jìn)行鎖定加固，錨固深度2.3m，與鋼架采用高強(qiáng)螺栓連接。每道鋼拱架之間在拱項(xiàng)120°范圍內(nèi)用準(zhǔn)22連接筋焊接連接，間距50cm，使鋼架連接為一個(gè)整體，增強(qiáng)其抵抗圍巖變形的能力；當(dāng)鋼拱架與巖面存在較大空隙，用楔形鋼墊板進(jìn)行填塞，頂緊圍巖，確保鋼架起到支撐圍巖的作用；鋼架安裝允許偏差，橫向和高度±5cm，鋼架平面應(yīng)垂直與隧洞軸線，垂直度允許誤差±20。

3.2.4 鋼筋網(wǎng)制做安裝

材料選用國標(biāo)Ⅰ級(jí)準(zhǔn)8圓鋼，縱筋與橫筋之間焊接牢固。將加工成型的鋼筋網(wǎng)運(yùn)至洞內(nèi)進(jìn)行整體安裝，安裝時(shí)網(wǎng)片表面盡量緊貼開挖巖壁，并預(yù)留一定的保護(hù)層厚度，然后將鋼筋網(wǎng)與下部的鋼拱架及連接筋連接牢固。鋼筋網(wǎng)之間搭接長(zhǎng)度宜為5～10cm。

3.2.5 噴射混凝土施工

3.2.5.1 原材料

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。細(xì)骨料采用硬質(zhì)潔凈的中砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5，使用時(shí)含水率控制在5%～7%。粗骨料采用粒徑0.5～3cm的碎石，級(jí)配良好，噴射料中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。速凝劑初凝時(shí)間不大于5min，終凝時(shí)間不大于10min，用量根據(jù)實(shí)驗(yàn)選定。

3.2.5.2 施工配合比

噴射混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C20，施工配合比應(yīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)確定并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。配合比的確定除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)符合回彈量、粉塵及增加粘附性要求。

3.2.5.3 混凝土拌制

采用JS500或JS750型強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，其攪拌時(shí)間不少于1min；攪拌所用配料計(jì)量裝置定期檢驗(yàn)，配料偏差應(yīng)符合規(guī)定；攪拌料物力求均勻，顏色一致。

3.2.5.4 存放和運(yùn)輸

噴射用混凝土宜隨拌隨用。當(dāng)不摻速凝劑時(shí)，干混合料的存放時(shí)間不得超過2h；當(dāng)摻有速凝劑時(shí)，不得超過20min?；旌狭显谶\(yùn)輸和存放過程中，不得淋雨、浸水及混入雜物。

3.2.5.5 噴射作業(yè)

（1）噴射前對(duì)噴射面進(jìn)行檢查，清除開挖面的附石、墻角的石渣和堆積物。噴射前用高壓風(fēng)水槍沖洗受噴面。噴射作業(yè)應(yīng)分段、分部、分塊進(jìn)行，由下而上、先墻后拱進(jìn)行；分層噴射時(shí)，后一層應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。施噴前，埋設(shè)噴層厚度檢查標(biāo)志，以便控制噴層厚度。當(dāng)終凝lh后再噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)、水清洗噴層表面。混凝土終凝至下一循環(huán)放炮時(shí)間不應(yīng)小于3h。一次噴射厚度如表1所示。

（2）噴射混凝土的回彈率控制：拱部回彈不應(yīng)超過25%，邊墻不應(yīng)超過15%。

（3）養(yǎng)護(hù)：混凝土終凝2h起，即可灑水養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)以能保持混凝土具及時(shí)快速加強(qiáng)前期支護(hù)工作的濕潤(rùn)狀態(tài)為準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于14d。

（4）噴射機(jī)選用PZ-5型混凝土噴射機(jī)（濕噴機(jī)）。

（5）噴射機(jī)的密封性能良好，輸料連續(xù)、均勻。

（6）空氣壓縮機(jī)能滿足噴射機(jī)工作風(fēng)壓和耗風(fēng)量的要求，壓縮空氣進(jìn)入噴射機(jī)前必須進(jìn)行油水分離。

（7）輸料管應(yīng)能承受大于0.8MPa的壓力，并有良好的耐磨性能。

（8）強(qiáng)制式攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)與噴射機(jī)相適應(yīng)。

（9）供水設(shè)備應(yīng)使噴頭處的水壓高于輸料管內(nèi)空氣壓力，且施工中不得突然斷水。

表1 一次噴錨厚度 單位：mm

4 特殊情況處理措施

4.1 不良地質(zhì)地段施工

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，并結(jié)合前期開挖情況，制定常規(guī)預(yù)防措施方案：

（1）在接近斷層破碎帶時(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用水平鉆超前探孔，探明前方地質(zhì)；

（2）利用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿固結(jié)圍巖；

（3）減小循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度，采用無爆破人工開挖或預(yù)裂松動(dòng)爆破，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)；

（4）及時(shí)支護(hù)，做到隨挖隨護(hù)，必要時(shí)支護(hù)加密加強(qiáng)；

（5）加強(qiáng)施工組織管理，嚴(yán)格施工工藝，并組織好物資供應(yīng)工作；

（6）加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息。

4.2 隧洞巖爆預(yù)防措施

（1）開挖過程中采用光面爆破，并嚴(yán)格控制裝藥量，以盡可能減少爆破對(duì)圍巖影響。

（2）爆破后，立即對(duì)工作面及工作面后一定距離內(nèi)的圍巖用水沖洗，以適當(dāng)改善巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，降低巖石的脆性，并注意及時(shí)支護(hù)。

（3）爆破后，及時(shí)向邊壁及拱頂素噴混凝土封閉，加設(shè)鋼筋網(wǎng)及鋼拱架，同時(shí)完成噴混凝土作業(yè)，以盡可能減少巖層暴露時(shí)間，減少巖爆產(chǎn)生。

（4）在可能產(chǎn)生巖爆的洞段，用超前鉆孔或超前錨桿預(yù)爆的方法，先期釋放或分解一定的巖層原始應(yīng)力，以減少巖爆產(chǎn)生。

4.3 隧洞塌方預(yù)防及處理措施

（1）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。尤其是施工開挖接近設(shè)計(jì)探明的富水、富泥及斷層破碎帶時(shí)，要認(rèn)真及時(shí)地分析和觀察開挖工作面巖性變化，遇有探孔突水、涌泥、滲水增大和整體性變差等現(xiàn)象，及時(shí)改變施工方案。

（2）加強(qiáng)圍巖量測(cè)工作。通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)分析處理，按照時(shí)間～位移曲線規(guī)律，及時(shí)調(diào)整和加強(qiáng)初期支護(hù)，同時(shí)重視混凝土襯砌及時(shí)施作。

（3）嚴(yán)格控制爆破裝藥量，盡量減小對(duì)軟弱破碎圍巖的擾動(dòng)。

（4）保證施工質(zhì)量，超前預(yù)注漿固結(jié)止水，鋼拱架制作、支護(hù)質(zhì)量須符合設(shè)計(jì)要求。

（5）嚴(yán)格控制開挖工序，尤其是單循環(huán)開挖進(jìn)尺，杜絕各種違章施工。

（6）施工期間洞口常備一定數(shù)量的塌方搶險(xiǎn)材料，以備急用。

（7）有下述現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，先撤出工作面上的施工人員和機(jī)械設(shè)備，指定專人觀察和進(jìn)行加固處理。①圍巖量測(cè)所反映的圍巖變形速度急劇加快；②圍巖面不斷掉塊剝落，巖壁滲水渾濁或滲水量加大；③初期支護(hù)鋼架嚴(yán)重變形。

（8）若發(fā)生塌方，先用小導(dǎo)洞法恢復(fù)交通，并加強(qiáng)排水降低塌方體泥化，然后以插板法逐步恢復(fù)鋼拱架，重新進(jìn)行一次支護(hù)，一次支護(hù)完成后，在具備條件的情況下及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土二次支護(hù)。

5 結(jié)語

此次開挖及支護(hù)技術(shù)在新建放水洞施工中的成功應(yīng)用，確保了濟(jì)南市臥虎山水庫除險(xiǎn)加固工程的順利完成，為類似的工程施工提供技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

［1］GBJ86—85，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SL47—94，水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB6722—2003，爆破安全規(guī)程［S］.

［4］林海英.隧洞施工經(jīng)驗(yàn)［J］.山西水利科技， 2011（2）.

［5］趙建寰.隧洞不良地質(zhì)地段的施工工藝和方法［J］.農(nóng)業(yè)科技與信息， 2010（6）.

［6］宋鋒廣.關(guān)于隧洞支護(hù)的幾點(diǎn)淺談 ［J］.中國西部科技，2011（8）.