某水庫泄洪洞開挖支護(hù)施工工藝應(yīng)用解析

陳世雄,曹德昭

(清遠(yuǎn)市清新區(qū)龍須帶水庫管理所,廣東 清遠(yuǎn) 511500)

1 工程背景

1.1 泄洪洞工程概況

進(jìn)廠泄洪洞從安裝間右側(cè)垂直進(jìn)入。發(fā)電廠房利用進(jìn)廠泄洪洞與地面的上、下庫連接公路相連，是發(fā)電廠房與外界的主要交通運(yùn)輸通道。泄洪洞全長924.84 m(樁號(hào)J0+000.000 m～J1+924.84 m)，最大縱坡為6.887%。起點(diǎn)位于主廠房安裝間右側(cè)邊墻高程200.4 m處，終點(diǎn)位于上、下庫連接公路高程260.0 m處。洞內(nèi)采用城門型斷面，斷面凈尺寸為7.5 m×7.5 m(寬×高)。進(jìn)廠泄洪洞洞內(nèi)裝飾工程不屬于本標(biāo)范圍。Ⅲ類的圍巖,選用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土的支護(hù)模式;Ⅳ類、Ⅴ類的圍巖使用系統(tǒng)錨索+掛網(wǎng)噴混凝土支撐+鋼格柵鋼拱架+混凝土模筑襯砌的綜合保護(hù)形式。

1#施工支洞口與廠區(qū)通風(fēng)洞口聯(lián)合設(shè)計(jì),前期作為建筑支洞口,后期為廠區(qū)永久通風(fēng)洞。支洞口設(shè)計(jì)位于廠區(qū)南端,進(jìn)洞口高度為270.0 m,終點(diǎn)則設(shè)在主廠區(qū)東左側(cè)墻高度218.0 m處。主廠房頂拱施工、支護(hù)以及鋼筋模筑襯砌的澆筑,截面規(guī)格為7.5 m×7.0 m(寬×高),全洞可達(dá)573.6 m,最大側(cè)向傾角為11%。按照洞室的圍巖類型,對Ⅲ類圍巖洞段設(shè)計(jì)為系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土的支護(hù);對洞口和Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段,設(shè)計(jì)為系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土支撐+鋼筋格柵式拱架+鋼筋模筑襯砌的綜合支護(hù)。進(jìn)洞公路起點(diǎn)位于15#公路高程270.0 m處，終點(diǎn)位于1#施工支洞洞口，全長約20.0 m，混凝土路面，路面寬度7 m。

1.2 施工重難點(diǎn)

施工安全是本工程的關(guān)鍵。本工程泄洪洞、1#支洞的圍巖完整性較差，斷層較多，節(jié)理裂隙發(fā)育。因此，施工中如何確保開挖穩(wěn)定和施工安全，是本工程的關(guān)鍵問題。

泄洪洞、1#支洞洞臉邊坡及側(cè)坡主要為全風(fēng)化巖石，巖體完整性較差，強(qiáng)度低，成洞條件差，如何確保安全順利的掛口進(jìn)洞既是確保本標(biāo)段各節(jié)點(diǎn)工期的實(shí)現(xiàn)，又涉及后續(xù)工程的如期開展，因此，確保泄洪洞、1#支洞的順利進(jìn)洞是工程重點(diǎn)之一。

對于洞內(nèi)斷層應(yīng)充分考慮施工開挖的不利因素再采取適當(dāng)?shù)呐潘胧潜竟こ痰碾y點(diǎn)。

1.3 施工總布置

施工分為泄洪洞、1#施工支洞工程兩個(gè)工作面進(jìn)行獨(dú)立施工。各工作面以土石方明挖及支護(hù)→洞身開挖及支護(hù)→襯砌及路面混凝土→灌漿→排水孔的施工順序?yàn)橹骶€科學(xué)組織施工。

2 地下洞室開挖及支護(hù)

隧洞開挖采用手風(fēng)鉆鉆孔，Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類 圍巖實(shí)行光面爆破，一次成型開挖，Ⅴ類圍巖采用松動(dòng)爆破，分層開挖，出渣采用無軌運(yùn)輸，配置柳工50側(cè)卸裝載機(jī)裝渣，8t自卸車?yán)\(yùn)。

隧洞開挖施工總程序?yàn)椋?進(jìn)口土石方明挖→洞臉支護(hù)→洞口鎖口施工→洞內(nèi)開挖、支護(hù)→底板混凝土澆筑→邊頂拱混凝土澆筑→回填灌漿→缺陷處理及驗(yàn)收。

2.1 洞挖爆破施工

2.1.1 洞挖方案

隧洞施工采取“新奧法”方式進(jìn)行,在爆破后依據(jù)圍巖狀況及時(shí)實(shí)施臨時(shí)保護(hù),并依據(jù)變形檢測結(jié)果適時(shí)改變支護(hù)參數(shù)[1]。在變形量很大時(shí),及時(shí)按照最大變形量調(diào)節(jié)施工尺度,以確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

各類圍巖施工作業(yè)循環(huán)時(shí)間如表1。

表1 各類圍巖施工作業(yè)循環(huán)時(shí)間 h

洞內(nèi)控制測量采用全站儀進(jìn)行，利用洞外大地四邊形控制測量網(wǎng)點(diǎn)引雙線控制點(diǎn)到洞內(nèi)進(jìn)行控制測量[2]。

2.1.2 爆破方案

爆破孔采用YT-28氣腿式手風(fēng)鉆鉆孔，用鋼管和工字鋼制作鉆爆作業(yè)平臺(tái)，用2#巖石乳化炸藥爆破，毫秒微差非電雷管起爆，用導(dǎo)爆管引到300 m外用激發(fā)器引爆[2]。

爆破后立即啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙通風(fēng)，當(dāng)洞內(nèi)空氣達(dá)標(biāo)后爆破人員進(jìn)入洞內(nèi)查看爆破情況，若有啞炮即進(jìn)行處理，排除爆破危險(xiǎn)后安全員進(jìn)入洞內(nèi)進(jìn)行圍巖危石清撬，然后進(jìn)行出渣。出渣采用3 m3側(cè)卸裝載機(jī)配合8 t自卸車進(jìn)行，最好用1 m3反鏟進(jìn)行掌子面清理。

根據(jù)同類工程施工實(shí)踐,在施工過程中采取了全斷面的光面開挖爆破施工方式，一次施工完成，從中心空洞直孔掏槽,非電微秒避雷器起爆。光爆洞鉆孔使用Φ42鉆孔,其他孔使用Φ38鉆孔；采用多段非電微秒避雷裝置拿起[3-4]。Ⅲ類圍巖每循環(huán)設(shè)計(jì)進(jìn)尺三米,Ⅳ類圍巖每循環(huán)設(shè)計(jì)進(jìn)尺兩米，根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料確，本標(biāo)段洞內(nèi)沒有Ⅴ類圍巖開挖。

2.2 支護(hù)工程

本工程明挖支護(hù)主要為錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、格柵鋼拱架，分為開挖臨時(shí)支護(hù)和永久錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)兩種。

隧洞施工后,須按照施工時(shí)揭示的地質(zhì)要求、施工要求，按時(shí)完成支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)工程隨開挖的進(jìn)行而逐步跟進(jìn)，一般滯后開挖作業(yè)面50～80 m。

工序主要包括:噴護(hù)→混凝土養(yǎng)護(hù)(工程設(shè)計(jì)要求時(shí))→打錨桿→掛網(wǎng)(工程設(shè)計(jì)要求時(shí))→重復(fù)噴水泥。

2.2.1 錨桿施工

錨桿設(shè)計(jì)長為4.5 m、3.0 m兩種，錨桿直徑為Φ22。錨桿鉆孔采用YT-28型氣腿式風(fēng)鉆。鉆孔由人工在工作平臺(tái)上進(jìn)行。錨筋樁采用"先安放錨筋后灌漿"的方式進(jìn)行施工，其開挖的鉆頭孔徑須超過原錨樁孔徑25 mm之上。

在安裝錨筋前，先將錨桿孔徹底清洗，對位于礫砂巖上的錨桿孔則禁止使用水沖洗，而采用風(fēng)洗。先注漿的永久支護(hù)錨桿，在插桿后立即在孔口處將錨桿臨時(shí)固定。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

注漿料選用MZ-30錨桿注漿料機(jī)，邊拌和邊注漿料。注漿方法混凝土采用P42.5型普通硅酸鹽混凝土[5]。

2.2.2 噴射混凝土施工

進(jìn)行澆注混凝土前布置鋼筋網(wǎng)，與鋼筋網(wǎng)的距離一般為150～200 mm，鋼材選用直徑一般為6～8 mm屈服抗拉強(qiáng)度240 MPa的光面鋼筋，鋼材保護(hù)層厚不低于50 mm，掛鋼網(wǎng)主要用于進(jìn)口邊坡上和洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)、Ⅱ類、Ⅲ類圍巖永久支護(hù)。鋼筋網(wǎng)和錨桿銜接得緊密，鋼筋網(wǎng)中間的搭設(shè)直徑不低于20 cm,并用鋼絲系緊[6]。掛網(wǎng)錨索和鋼筋以直徑網(wǎng)的邊緣在巖石表面進(jìn)行搭設(shè)鋼筋錨固。采用雙層鋼網(wǎng)時(shí),在第二層鋼網(wǎng)和一層鋼網(wǎng)都被水泥所包覆后進(jìn)行。混凝土噴護(hù)利用操作平臺(tái),TK-961型噴射機(jī)進(jìn)行濕噴。

2.2.3 鋼支撐施工

在經(jīng)超前勘察認(rèn)定的Ⅳ、Ⅴ型巖體等破碎軟弱區(qū)域，架設(shè)了鋼支撐或格柵拱架及附件，距離一般為50～80 cm。位置應(yīng)安裝在設(shè)計(jì)斷面以外。

安裝格柵和鋼支撐，應(yīng)在鋼板支承或放在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上，安裝時(shí)在鋼支承基礎(chǔ)部位設(shè)置15～20 cm地基；架立鋼板支承時(shí)挖溝安裝就地，軟弱部位在鋼支承基礎(chǔ)部位安裝錨索或澆注C25混凝土以提高地基承載能力。為確保鋼支柱和格率柵的安放正確，隧洞施工中在支柱的各連接板上留出支承連接板溝槽；兩拱腳上的二邊墻腳上留出安裝支柱腿溝[7]。初噴混凝土?xí)r，先在溝槽部進(jìn)入木楔，并為架設(shè)支柱時(shí)預(yù)留聯(lián)結(jié)板部位。為提高支柱的總體安全性，將支柱和錨索聯(lián)接在一起。沿支座設(shè)直徑為Φ20縱向連接的鋼板，并按環(huán)向距離1 m設(shè)置。

3 鉆孔與灌漿工程施工

工程灌漿包括洞室回填灌漿和洞室固結(jié)灌漿。洞室回填灌漿范圍在洞內(nèi)頂拱120°范圍，固結(jié)灌漿主要集中在Ⅳ、Ⅴ類圍巖中進(jìn)行。

3.1 灌漿試驗(yàn)

3.1.1 固結(jié)灌漿試驗(yàn)

為選定并驗(yàn)證灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)，在固結(jié)灌漿施工前，嚴(yán)格按照固結(jié)灌漿技術(shù)要求的灌漿參數(shù)進(jìn)行施工，檢查設(shè)計(jì)灌漿參數(shù)能否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；同時(shí)檢查區(qū)域地質(zhì)情況有無大的差異，是否該采取相應(yīng)的補(bǔ)充措施[7]。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，采用自低端向高端用趕漿法進(jìn)行灌漿。灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿結(jié)束后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用最終灌漿參數(shù)，根據(jù)所需灌漿參數(shù)進(jìn)行固結(jié)灌漿施工。

3.1.2 回填灌漿試驗(yàn)

回填灌漿選擇在完成底板澆筑30 d以后隧洞段進(jìn)行，灌漿試驗(yàn)段長度為50 m。通過灌漿試驗(yàn)確定灌漿壓力、漿液濃度。

先進(jìn)行頂拱灌漿孔鉆孔，然后進(jìn)行灌漿試驗(yàn)段兩頭堵漏，最后從低端向高端按照先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，先兩側(cè)孔，后頂拱孔的順序灌漿，并記錄好灌漿壓力、漿液濃度、水泥、粉煤灰、砂的用量，掌握混凝土澆筑深度及鉆孔深度[8]。根據(jù)漿液灌注情況分析洞頂結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵密實(shí)情況。

3.2 洞室回填灌漿施工

平洞內(nèi)的洞頂回填砂漿在模筑襯砌混凝土超過70%的高度時(shí)完成,膠結(jié)砂漿在相應(yīng)位置的回填砂漿完成7 d內(nèi)完成。回填與灌漿分區(qū)段進(jìn)行，每區(qū)段長度不大于40 m。分區(qū)端須封閉且密實(shí),將灌漿過程分為二段次序，將澆筑時(shí)間從較低的一頭進(jìn)行，向較高的一段推移。相鄰區(qū)域內(nèi)的相同次序鉆進(jìn)，完全或部分鉆出后再實(shí)施灌漿。具體施工流程見圖1。

圖1 回填灌漿工藝流程

3.3 洞室固結(jié)灌漿施工

固結(jié)灌漿孔深入基巖3 m。固結(jié)灌漿工程量為1920 m。固結(jié)灌漿滯后回填灌漿15 d進(jìn)行。按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則，進(jìn)行灌漿孔分序。

固結(jié)注漿成型灌前應(yīng)做簡單壓水試驗(yàn)。簡單壓水試驗(yàn)使用單點(diǎn)方法,測量壓力最大值約為該段期間最大壓力值的80%，但最大值仍為1.0 MPa；試驗(yàn)口數(shù)約占總口數(shù)的5%；試驗(yàn)壓力水二十分，每五分秒試驗(yàn)一次壓力水流量，以最后的流量值為實(shí)驗(yàn)流量。

4 砌體工程

本標(biāo)段砌體工程主要分布部位為進(jìn)廠泄洪洞進(jìn)口邊坡坡頂截水溝、路塹墻及1#施工支洞。砌體總工程量793 m3。

4.1 截水溝施工

截水溝的邊坡離開挖方路基邊坡的間距根據(jù)地質(zhì)條件而定,以不改變路基穩(wěn)定性為基礎(chǔ)。截洪溝開挖的土方，應(yīng)在道塹和攔洪溝中間修成土臺(tái)并加以夯筑，臺(tái)頂可筑成2%的斜向截水溝。

坡地和路堤中間的攔洪溝距離路堤坡足最少2 m，利用挖攔洪溝中的泥土回填在露地和攔洪溝中間,并修建向溝的邊坡小于2%的公路堤道及土臺(tái)，使坡堤內(nèi)側(cè)地層的排水進(jìn)入攔洪溝并排出。截水溝寬度大于500 m的地區(qū)應(yīng)在合適位置設(shè)有排水出口，將反應(yīng)物引至山坡內(nèi)側(cè)的天然溝內(nèi)的橋涵或入水，同時(shí)截水溝也需要設(shè)有牢靠的出入口，在必要時(shí)設(shè)有排污溝、跌水及急流溝等。截水溝的出口需要與排水設(shè)備順利連接[8]。

為了避免在水下滲和沖擊,截水溝應(yīng)該做好徹底的防滲與補(bǔ)強(qiáng),并采取加固措施以避免水滲和沖擊溝底或溝縫。

4.2 排水溝施工

排水溝的線形要求平順，盡量采取平直形式，拐彎口應(yīng)作成圓弧，排水溝長按照具體要求而定,一般不得大于500 m。排水溝邊道布置上，應(yīng)距道路盡量長一點(diǎn)，距道路坡腳不得低于3～4 m。在排水溝、截水溝，路堤的傾斜坡度過大產(chǎn)生的排水速率超過溝底、溝壁土的最大沖擊流量時(shí),要采取路堤的措施。

急流溝的縱坡比一般不得大于1∶1.5，并要和周圍自然地形坡相配合。當(dāng)急流溝較長時(shí)，在溝底有一個(gè)大傾斜坡度，通常是向上一段較陡,再以下逐漸較緩。當(dāng)急流溝較長時(shí)，宜分段砌筑。各分段不得大于10 m,接頭用防水材料填堵,嚴(yán)密而無縫隙。急流溝的砌筑,應(yīng)在自然水流和暗溝入、流出間有過渡地段。地基應(yīng)在基礎(chǔ)之下，地基下部應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定砌筑防滑臺(tái)階,還需設(shè)有女兒墻。防洪堤邊坡急流溝的砌筑，應(yīng)能給雨水進(jìn)入排污渠開辟一條通暢途徑,路緣石開口和流水進(jìn)入防洪堤邊坡急流溝的交接地段，要銜接圓順[8]。

4.3 路塹墻施工

每段的路塹墻在該段的路基土石方開挖結(jié)束后，人工進(jìn)行基坑清理及局部欠挖處理，基坑驗(yàn)收合格后，進(jìn)行路塹墻的砌筑。片石從開挖后的石料中選用。砂從最近的骨料加工廠采購。砂漿在砌筑現(xiàn)場采用砂漿拌和機(jī)拌制。砌筑前，將坡面松動(dòng)巖石清除，清除新鮮面，邊坡凹陷部分挖成臺(tái)階，采用相同標(biāo)號(hào)的砌體砌筑。

按施工圖紙規(guī)定的伸縮縫和沉降縫的長度(10～15 m)分段砌筑。泄水孔、反濾層與墻體同步施工，施工時(shí)，做好防護(hù)，防止泄水孔堵塞。伸縮縫整齊垂直，上下貫通，縫內(nèi)填塞瀝青麻絮，深度不小于20 cm。自下而上逐層砌筑，砌筑時(shí)，咬扣緊密，嵌縫飽滿、密實(shí)，勾縫平順無脫落。

5 結(jié) 論

針對廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能項(xiàng)目下庫泄洪洞施工方案的應(yīng)用，通過對洞室進(jìn)行全斷面的光面開挖爆破、對明挖段采用明挖支護(hù)主要為錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、格柵鋼拱架等支護(hù)，對危巖體采用鋼支撐或格柵拱架扥支護(hù)，同時(shí)進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿，施工進(jìn)行順利，基本完成目標(biāo)。同時(shí)工程適當(dāng)部位積極推廣應(yīng)用新技術(shù)工藝，使用了水泥基藥卷錨桿、噴鋼纖維混凝土或聚丙烯混凝土、GY—V型灌漿自動(dòng)記錄儀和安吉洛克管棚支護(hù)技術(shù)，取得良好的效果。

本工程的順利實(shí)施為類似工況類似環(huán)境的泄洪洞開挖支護(hù)施工有積極的參考作用。