引水隧洞泥加碎石地質(zhì)條件下掘進(jìn)技術(shù)研究

呂冠成，黃天炎，蔡思遠(yuǎn)

（崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200）

廣西左江治旱馱英水庫(kù)及灌區(qū)工程是水利部172 個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，那佳—南慶隧洞工程是整個(gè)灌區(qū)工程的咽喉工程，能否及時(shí)完工貫通，直接關(guān)系到馱英灌區(qū)工程能否按計(jì)劃時(shí)間發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

那佳—南慶隧洞和崠樣支洞地質(zhì)圍巖主要以IV、V 類為主，其中V 類圍巖分部點(diǎn)多線長(zhǎng)，基本以泥加碎石為主。為確保本工程安全施工、順利實(shí)現(xiàn)進(jìn)度目標(biāo)，在崠樣支洞進(jìn)行引水隧洞泥加碎石地質(zhì)條件下掘進(jìn)技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究目的

針對(duì)小型隧洞泥加碎石地質(zhì)圍巖地質(zhì)條件下的開(kāi)挖及支護(hù)，調(diào)整施工工藝，探索除固結(jié)灌漿技術(shù)外新的支護(hù)技術(shù)措施，確保支護(hù)安全，加快施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計(jì)劃目標(biāo)。

2 研究方案

工藝流程：初噴C20 砼→立鋼支撐→系統(tǒng)錨桿→掛鋼筋網(wǎng)→超前小導(dǎo)管→超前錨桿→噴C20 砼（20 cm）→反鏟挖掘機(jī)掘進(jìn)→出渣→初噴C20 砼→立鋼支撐的施工工藝。

2.1 初噴C20砼

為保護(hù)圍巖的天然承載力，初期支護(hù)要盡快進(jìn)行，開(kāi)挖后及時(shí)清理巖面、找頂，并快速初噴，初噴厚度大小于5 cm，封閉頂部圍巖，噴平巖面，防止巖面風(fēng)化掉塊，保障工作面施工安全。

2.2 立鋼支撐

采用I14 工字鋼按設(shè)計(jì)尺寸要求分單元加工，連接鋼板焊接成型，特殊情況垂直部分直立頂部巖面，焊縫處的厚度為10 mm。運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后以螺栓連接拼接安裝。

鋼拱架安裝時(shí)要垂直隧洞中線，上下、左右允許偏差±5 cm，鋼拱架傾斜度不得大于2°，鋼拱架間設(shè)縱向連接筋和定位系筋，在拱、墻腳位置設(shè)鎖腳錨桿。鋼拱架與錨桿焊接成整體，縱向設(shè)Ф22 鋼筋焊接連接固定。鋼拱架與初噴砼要求緊密結(jié)觸，超挖嚴(yán)重的地方空隙處用砼墊塊契緊。拱腳超挖時(shí)，不得用土回填，采用鋼板墊塊調(diào)整。

2.3 錨桿安裝

錨桿施工的工藝流程為：造孔→清孔→注漿→插錨桿→封孔。

（1）鉆孔。錨桿孔應(yīng)按施工圖紙布置的鉆孔位置進(jìn)行，孔位偏差應(yīng)不大于100 mm。錨桿孔的孔軸方向應(yīng)滿足施工圖紙的要求。系統(tǒng)錨桿的孔軸方向應(yīng)垂直于開(kāi)挖面，局部加固錨桿的孔軸方向應(yīng)與可能滑動(dòng)面的傾向相反，其與滑動(dòng)面的交角應(yīng)大于45°。注漿錨桿的鉆孔孔徑應(yīng)大于錨桿直徑，錨桿孔深度必須達(dá)到施工圖紙的規(guī)定，孔深偏差值不大于50 mm，錨桿要與鋼支撐焊接牢固成整體。

（2）錨桿的注漿。錨桿注漿的水泥砂漿配合比，應(yīng)在以下規(guī)定的范圍內(nèi)通過(guò)試驗(yàn)選定：砂∶水泥為1∶1 到0.5∶1，水∶水泥為1∶1 到0.5∶1。先注漿的永久支護(hù)錨桿，應(yīng)在鉆孔內(nèi)注滿漿后立即插桿；后注漿的永久支護(hù)錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿，應(yīng)在錨桿安裝后立即進(jìn)行注漿。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

2.4 鋼筋網(wǎng)施工

鋼筋使用前應(yīng)清除污銹。鋼筋網(wǎng)的制作：鋼筋網(wǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求在鋼筋加工房加工臺(tái)上焊接為0.20 m×0.20 m的正方形鋼筋網(wǎng)片，整齊堆放在不潮濕、不淋雨的地方。鋼筋網(wǎng)宜在巖面噴射一層混凝土后鋪設(shè)，鋼筋與壁面的間隙宜為3～5 mm。鋼筋網(wǎng)緊貼初噴面，安裝牢固，控制好焊接質(zhì)量及網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度，噴砼時(shí)不產(chǎn)生松動(dòng)。

2.5 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管主要作用是對(duì)掌子面前面待開(kāi)挖洞室圍巖進(jìn)行加固。為減少注漿時(shí)間，本方案中對(duì)先施工的超前導(dǎo)管進(jìn)行注漿和超前錨桿一起承擔(dān)上方圍巖的壓力，以彌補(bǔ)超前錨桿承載力不足的缺點(diǎn)。從設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線外緣打入，與鋼拱架相互連接。

小管棚鉆孔前，先進(jìn)行孔位測(cè)量準(zhǔn)確放樣，鉆孔嚴(yán)格按放樣進(jìn)行，避免造成串孔，影響注漿效果?？孜煌獠褰嵌确显O(shè)計(jì)要求。

（1）超前小管棚注漿選用Ф42 mm 的無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度4 m，Ⅴ類圍巖環(huán)向間距為30 cm。

（2）小管棚的前端做成尖錐狀，沿開(kāi)挖輪廓線向外以10°～15°的外插角用手風(fēng)鉆鉆孔，將小管棚沿孔打入地層。

2.6 超前錨桿

超前支護(hù)指的是在掌子面前面待開(kāi)挖洞室圍巖用長(zhǎng)錨桿或鋼管進(jìn)行加固，以限制圍巖的變形和防止在下一開(kāi)挖循環(huán)中巖石坍落。本方案采用的超前錨桿主要配合超前小管棚一起承擔(dān)上部圍巖壓力，超前錨桿均勻分布于超前管棚間隔內(nèi)，每?jī)筛肮芘镏g設(shè)兩根超前錨桿，錨桿中心間距為10 cm，錨桿之間間距較小，能夠減少上部細(xì)小石塊或破碎巖石掉落引起的塌方事故。

2.7 噴C20砼支護(hù)

2.7.1 噴混凝土工藝

噴混凝土工藝流程圖見(jiàn)圖1。

2.7.2 原材料質(zhì)量控制

（1）水泥。水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。進(jìn)入工地后，采取妥善的措施儲(chǔ)存，防止受潮和結(jié)塊。

（2）水。水中不應(yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的雜質(zhì)，不得使用污水及pH值小于4的酸性水。

圖1 噴混凝土工藝流程圖

（3）骨料。細(xì)骨料應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的粗、中砂，細(xì)度模數(shù)宜大于2.5，使用時(shí)的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料應(yīng)采用耐久的卵石或碎石，粒徑不應(yīng)大于15 mm，噴射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料。

（4）外加劑。速凝劑的質(zhì)量應(yīng)符合施工圖紙要求并有生產(chǎn)廠的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)，初凝時(shí)間不應(yīng)大于5 min，終凝時(shí)間不應(yīng)大于10 min，其摻量應(yīng)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

2.7.3 噴射作業(yè)

為減少回彈量，降低粉塵，采用濕噴砼工藝，噴料用強(qiáng)制式砼攪拌機(jī)進(jìn)行拌和，用HPJ-III 噴射機(jī)噴砼。在噴砼前，檢查開(kāi)挖斷面尺寸，清除危石和墻腳的巖碴，用水或風(fēng)將開(kāi)挖面的粉塵和雜物清干凈。噴砼應(yīng)自下向上噴射，噴嘴離巖面距離0.6～1.0 m。噴射時(shí)，噴射手應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，使噴層表面平整、光滑，無(wú)干斑或滑移流淌現(xiàn)象。每次噴層厚度拱頂為3～5 cm，邊墻5～7 cm，噴槍?xiě)?yīng)大致垂直于巖面，以盡可能減少回彈。

當(dāng)噴砼厚度較大時(shí)，應(yīng)采用分層噴射，當(dāng)前一層噴砼已經(jīng)終凝時(shí)，即可進(jìn)行下一層砼的噴射。對(duì)于有滲漏水的巖面，噴面前做好引水處理，然后再噴砼，并從無(wú)水處向有水處逐步逼近。噴砼表面平整，不出現(xiàn)干斑、疏松、脫空、裂隙等現(xiàn)象。

2.8 反鏟挖掘機(jī)掘進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖具體情況選擇，巖體極破碎處，為避免爆破震動(dòng)，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖。隧洞斷面較小，采用65型小型挖掘機(jī)，挖掘機(jī)帶有挖斗和炮頭，破碎泥加碎石采用挖斗撬挖，遇到整體性完成的巖石采用炮頭作業(yè)。

2.9 出渣

出渣采用1.5 m3反鏟或60 m3/h裝巖機(jī)裝渣，5 t自卸汽車(chē)出渣。現(xiàn)場(chǎng)石方運(yùn)輸派專人對(duì)運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)行指揮，清渣人員清理前，必須檢查是否有可能墜落的石塊，確保無(wú)墜落物后再行施工。機(jī)械裝渣作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按操作堆積進(jìn)行，不得損壞已有的支護(hù)及臨時(shí)設(shè)備。

3 研究與應(yīng)用效果

該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于崠樣支洞泥加碎石圍巖地質(zhì)段施工，在掘進(jìn)過(guò)程中未發(fā)生安全事故，最大限度地加快了施工進(jìn)度，效果良好，為順利實(shí)現(xiàn)主洞貫通積累了施工經(jīng)驗(yàn)和提供參考。