噴錨支護(hù)在郭堡水庫新建輸水洞施工中的應(yīng)用

張華林

（晉中市水利建筑工程總公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

郭堡水庫位于黃河流域汾河支流的小西溝、佛峪溝與象峪河匯合處，地處太谷縣范村鎮(zhèn)王公村。控制流域面積228.8 km2，總庫容3 110萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的中型水庫。水庫設(shè)計灌溉面積0.60萬hm2。水庫保護(hù)下游鐵路、公路、75個村、16萬人和1.33萬hm2耕地的防洪安全。水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪洞和輸水洞組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，最大壩高40 m。新建輸水洞，位于大壩右側(cè)山體中泄洪洞的左側(cè)。

郭堡水庫新建輸水洞全長183 m，其中樁號0+000—0+053為輸水洞進(jìn)口段，樁號0+053.0—0+057.6為進(jìn)水塔控制段，樁號0+057.6—0+177為輸水洞段，出口0+177—0+183設(shè)控制閘閥，下游埋設(shè)DN 1000鋼管，長423 m，與規(guī)劃的灌區(qū)輸水干管道連接。

進(jìn)口段為方形隧洞結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)凈尺寸為1.5m×1.5m，進(jìn)口段底高程為926.5 m，控制段進(jìn)水塔塔身尺寸為3.0 m×3.4 m，進(jìn)水塔底高程為926.5 m，檢修層高程為946.5 m，塔身為C 25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞身段洞型為圓形，洞徑為2 m，輸水洞進(jìn)口段及洞身段，在洞頂180°范圍內(nèi)采用噴錨支護(hù)襯砌，錨桿長L為1.5 m，直徑為25 mm，螺栓角度為15°，行距為1 m，呈梅花形布置。開挖完成后內(nèi)襯DN 100壁厚15 mm的壓力鋼管，鋼管與洞壁間以C 15細(xì)料膨脹混凝土填塞密實。

2 工程地質(zhì)

樁號0-54.5—0+000段，該段為輸水洞進(jìn)口前引渠段，設(shè)計底高程為926.5 m。該段基巖頂高程928～934 m，上覆第三系及第四系全新統(tǒng)沖洪積松散層。

樁號0+000—0+027段隧道主要穿越灰白色中細(xì)粒長石砂巖和紫紅色砂質(zhì)泥巖，隧道頂部以紫紅色砂質(zhì)泥巖為主。洞頂以上圍巖厚度約7.2～21.3 m，其中弱風(fēng)化巖厚度2.7～13.5 m。圍巖類型為V類，極不穩(wěn)定，圍巖不能自穩(wěn)，變形破壞嚴(yán)重。

樁號0+027—0+172段，隧洞主要從灰白中細(xì)粒長石砂巖與紫紅色砂質(zhì)泥巖層中通過，洞頂以灰白中細(xì)粒長石砂巖層為主。洞頂以上圍巖厚度約21.3～46.2 m，其中弱風(fēng)化巖厚度13.5～40 m。節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖被切割成塊狀，裂隙張開度被認(rèn)為是微張力。此外，第二組中節(jié)理走向和隧道走向的小角度交會，不利于隧道的穩(wěn)定性。巖體完整性較差。洞穴的底部在地下水位以下。圍巖為Ⅳ型，不穩(wěn)定，自穩(wěn)定時間短，可能發(fā)生較大的變形破壞。

0+172—0+183段，地層三迭系二馬營組基巖頂高程926～928 m，上覆新生界上第三系上新統(tǒng)（N2）棕紅、紫紅色砂中含有低液限粘土，局部含有小礫石和斜坡碎屑，厚6～10 m。

3 噴錨支護(hù)施工

噴錨支護(hù)包括，噴混凝土支護(hù)和錨桿、鋼筋掛網(wǎng)及噴混凝土支護(hù)，在施工中，設(shè)計、地質(zhì)、施工必須緊密協(xié)調(diào)。根據(jù)圍巖條件的變化，調(diào)整支護(hù)方案和施工措施，確保安全可靠、經(jīng)濟。

3.1 噴錨支護(hù)施工順序

隧洞開挖成形后，經(jīng)通風(fēng)排煙清危，工作面清洗，進(jìn)行首次混凝土噴射作業(yè)，對開挖巖面進(jìn)行及時封閉。緊接著安裝錨桿，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，進(jìn)行第二次混凝土噴射作業(yè)，使噴射混凝土達(dá)到設(shè)計厚度。對噴射混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，開始下一循環(huán)噴錨支護(hù)作業(yè)。

3.2 噴射混凝土

噴射混凝土是利用噴射混凝土機，將按照一定比例拌制的混凝土通過噴嘴，噴到巖壁表面，并迅速固化成一層支撐結(jié)構(gòu)，從而在周圍的巖石上起到支撐作用。

3.2.1 施工準(zhǔn)備

施工機具。噴射混凝土施工設(shè)備：混凝土噴射器、噴嘴、混凝土攪拌機、給料裝置、動力空氣壓縮機、儲水容器等。

原材料及配合比。根據(jù)設(shè)計要求，施工前應(yīng)進(jìn)行混凝土配合比。水泥、砂巖質(zhì)量配合比為1∶5；水灰質(zhì)量比0.45；粗骨料最大粒徑2.0 cm；水泥用量475 kg/m3；砂的質(zhì)量占比55%；速凝劑用量為水泥質(zhì)量的3%；普通硅酸鹽水泥P·O 42.5。

待噴面。噴混凝土前檢查開挖斷面尺寸，清除拱腳和拱角處的松散石塊和碎屑；根據(jù)巖石情況用高壓空氣和水沖洗噴混凝土面，清理開挖粉塵和碎屑，處理滴水和滲漏；在噴混凝土施工前，在巖壁上均勻分布短錨固桿，用于檢測混凝土厚度；操作區(qū)域應(yīng)安裝足夠有保護(hù)措施的照明設(shè)施。

3.2.2 施工工藝

噴射混凝土的施工工藝。

根據(jù)不同的制造方法，噴射混凝土分為干噴混凝土和濕噴混凝土，該工程采用濕噴施工。

濕噴法施工工藝流程：將經(jīng)過檢驗合格的砂石料與水按確定好的重量比先在攪拌機中拌和，攪拌到一定程度按混凝土配合比確定的量加入水泥，繼續(xù)攪拌，攪拌時間不小于90 s；攪拌好的混凝土經(jīng)運輸設(shè)備運輸至噴射機，啟動空壓機，開動噴射機，把混凝土加入噴射機，混凝土在壓縮空氣的作用下通過噴頭與速凝劑混合后噴射到巖面。

施工要點。

噴射混凝土，一是噴嘴應(yīng)盡量與受噴巖面垂直，使噴射混凝土得到最大的壓力，盡可能減少回彈量。二是工作氣壓，拱的工作氣壓約0.5 MPa，側(cè)壁的工作氣壓0.3 MPa為宜。三是噴涂順序，從下到上、先凹后凸，如果巖石較差，則應(yīng)從上到下噴涂。四是噴涂混凝土厚度，一次噴涂太薄，容易產(chǎn)生回彈；一次噴得太厚，容易下墜。

由于噴射混凝土水泥用量大、凝結(jié)劑用量大，噴射混凝土后2 h應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。噴灑時間應(yīng)盡量保持混凝土充分濕潤，養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于14 d。

3.3 錨桿施工

錨桿在隧道施工中的主要作用。一是懸吊危險巖層作用，將堅硬巖層懸掛在堅硬穩(wěn)定的巖層之上，防止巖層離層。二是組合巖梁作用，將錨桿長度內(nèi)的薄層串聯(lián)成復(fù)合巖梁，以改善巖體的完整性。三是壓縮加固作用，當(dāng)圍巖收斂時，錨桿被拔出，從而對圍巖產(chǎn)生約束。繞過巖石，防止圍巖變形和發(fā)展，這三個角色相輔相成。

3.3.1 錨桿布置及施工工藝

按錨桿錨固方式不同，可分為張力錨桿和砂漿錨桿，郭堡水庫新建輸水洞采用砂漿錨桿。砂漿錨桿按設(shè)計采用1.0 m×1.0 m梅花形布置，錨桿的方向為垂直隧道開挖輪廓線，在沿隧道縱向上，錨桿常按等間距的方式均勻布置。

3.3.2 錨桿施工要點

施工工藝：定孔位、鉆孔、清洗鉆孔、壓注砂漿和安插錨桿。

錨桿定位采用三角形模板定位，由拱頂向下點用紅色油漆定位，孔位偏差小于10 cm；系統(tǒng)錨桿孔軸線方向盡量垂直于巖層的主要結(jié)構(gòu)面，鉆孔L直徑（＞錨固直徑+3 mm）；鉆孔深度不小于錨固長度（+50 cm）。鉆孔后，所有孔均清洗一次。清孔時將吹風(fēng)管插至孔底，打開閥門，將孔底碎屑吹出，通過插入和拔出風(fēng)管清洗鉆孔；壓力灌漿砂漿：M 25，水泥∶砂=1∶4，水泥∶水=1∶0.75；插入螺栓：緩慢插入螺栓，避免砂漿過量擠出，造成砂漿在孔內(nèi)不密實。錨固螺栓，不得在3 d內(nèi)吊掛重物或敲擊。露處較多時，要將露出端切斷。

4 結(jié)語

錨桿采用拉拔儀檢測拉拔力，抽檢頻率為每300根抽檢3根，各錨桿的抗拔力均滿足設(shè)計要求；噴漿混凝土厚度校核，截面間距10 m，各截面拱、側(cè)壁測點大于5個，噴混凝土厚度平均值不小于設(shè)計值，其中90%符合設(shè)計值要求；對50 m左右的一組（3個塊）鉆芯進(jìn)行強度檢驗，經(jīng)過28 d抗壓強度基本為20 MPa以上，強度保證率大于90%。

噴錨支護(hù)作為工作面的主要支護(hù)，可以與工作面密切配合。控制圍巖早期應(yīng)力釋放、防止圍巖發(fā)生任意松動。具有支護(hù)靈活性、及時性、安全性，可節(jié)省材料和勞動力，降低費用，且工藝相對簡單、質(zhì)量容易保證。對洞內(nèi)交通、通風(fēng)、防風(fēng)和其它工序生產(chǎn)均有利，便于施工。實踐證明，錨噴支護(hù)在隧洞施工中是一項行之有效的施工技術(shù)。