水利工程隧洞襯砌及噴錨支護(hù)加固施工探討

熊 昕

(江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司,南昌 330200)

0 引 言

水利隧洞工程加固難度比較大,需要綜合考慮水利隧洞的用途和特點(diǎn),選擇有針對(duì)性的加固技術(shù),制定科學(xué)的加固方案和計(jì)劃,提升加固效果。和公路隧洞、鐵路隧洞相比,水利隧洞在加固中,最困難的如何解決水對(duì)加固施工造成的不良影響,既要解決水滲漏、水損壞問(wèn)題,也要對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行加固。因此,需要聯(lián)合應(yīng)用多種加固技術(shù),來(lái)提升加固效果。通過(guò)隧洞襯砌和噴錨支護(hù),可很好的解決水利隧洞滲漏、圍巖穩(wěn)定性不足等問(wèn)題,以保證水利隧洞運(yùn)行的安全性。因此,開(kāi)展水利工程加固隧洞施工的隧洞襯砌及噴錨支護(hù)施工的探討分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

江西省興國(guó)縣長(zhǎng)岡灌區(qū)改造工程加固隧洞47條,含洞室擴(kuò)挖、洞室襯砌、回填灌漿等。左干渠加固隧洞29條、右干渠加固隧洞18條,社富支渠續(xù)建20條。本工程隧洞進(jìn)出口及洞身段圍巖為強(qiáng)～弱風(fēng)化粉砂巖,巖體穩(wěn)定性較差,洞身圍巖類(lèi)別為Ⅲ～Ⅳ類(lèi)。

2 隧洞襯砌技術(shù)在水利隧洞加固的應(yīng)用

為降低水對(duì)水利隧洞加固施工造成的不良影響,本工程在隧洞襯砌施工中采用了分層、分段施工的方法,保證橫向分段和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分縫的一致性,先進(jìn)行底板襯砌,再進(jìn)行邊墻襯砌,最后進(jìn)行頂拱襯砌。

2.1 模板安設(shè)

就案例工程而言,隧洞斷面比較小,施工原材料運(yùn)輸?shù)臈l件比較差,因此,不同隧洞位置采用了不同的模板,如隧洞邊墻采用了木質(zhì)模板,隧洞拱頂采用了鋁合金模板,封頭模板采用可加固定型的木質(zhì)模板。但無(wú)論選擇何種模板,在安設(shè)中都必須保證模板表面足夠光滑、接縫足夠嚴(yán)密,并有良好的穩(wěn)定性和剛度。拱架使用前需要提前在樣臺(tái)上試拼裝,重復(fù)使用時(shí)需要加強(qiáng)檢查,如果發(fā)生變形、位移等要及時(shí)調(diào)整后再使用。并在拱架外緣沿著徑向通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)體系和圍巖頂緊,以免在進(jìn)行混凝土襯砌澆筑中發(fā)生拱架變形問(wèn)題。模板接頭要平順、整齊,尤其是擋頭板和巖壁之間的間隙要嵌堵密實(shí)。

2.2 鋼筋制作安裝

本工程在隧洞加固襯砌中采用分段、分層襯砌的方法,隧洞斷面鋼筋分為兩段,先進(jìn)行底板施工,再進(jìn)行邊墻和頂拱施工,所用到鋼筋需要統(tǒng)一加工完成,通過(guò)自卸汽車(chē)運(yùn)輸?shù)剿矶词┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝,先安裝底板鋼筋,等底板混凝土澆筑后再進(jìn)行邊墻和頂拱安裝,鋼筋的綁扎和焊接,應(yīng)由人工完成[1]。

2.3 混凝土襯砌

混凝土襯砌分段進(jìn)行,先底拱再邊墻,最后頂拱,從水利隧洞進(jìn)口開(kāi)始,逐步向出口澆筑。在整個(gè)混凝土襯砌中,必須保證中線(xiàn)、標(biāo)高、斷面尺寸、凈空大小等全部都符合設(shè)計(jì)要求。所用的混凝土在隧洞口外附近布設(shè)攪拌機(jī)來(lái)提供,拌制好的混凝土通過(guò)移動(dòng)小車(chē)運(yùn)輸?shù)绞┕仓恢?通過(guò)人工鏟鍬的方法入倉(cāng),并用插入式振搗器進(jìn)行充分振搗。

2.4 養(yǎng)護(hù)和拆模

當(dāng)襯砌混凝土澆筑完成后10～12h,進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),保證混凝土表面在養(yǎng)護(hù)期間始終處于濕潤(rùn)狀態(tài),為混凝土固化提供良好的條件,水利隧洞一般加固部位混凝土養(yǎng)護(hù)7d即可,針對(duì)一些特殊的、重要的部位,養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d。

嚴(yán)格按照施工方案的規(guī)定確定模板拆除時(shí)間,在進(jìn)行模板拆除時(shí),不拆除側(cè)面模板,保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后方可拆除,以免影響混凝土強(qiáng)度,以及出現(xiàn)缺角掉楞問(wèn)題,尤其是隧洞邊墻位置,在混凝土強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到3.5MPa時(shí),不能拆除。

2.5 襯砌施工質(zhì)量技術(shù)要求

本工程圍巖等級(jí)不同,混凝土襯砌厚度也不相同,為Ⅲ級(jí)圍巖,為提升加固效果和質(zhì)量,隧洞底板和邊墻,襯砌混凝土的厚度≥20cm,拱頂需要采用混凝土噴錨支護(hù)技術(shù)。Ⅳ級(jí)圍巖需要進(jìn)行全斷面加固,襯砌混凝土的厚度≥25cm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20,鋼筋要采用強(qiáng)度比較高的HRB335,鋼筋保護(hù)層厚度≥4cm,全斷面襯砌時(shí),每隔8～12m設(shè)置一道分縫進(jìn)行止水,伸縮縫中需要布設(shè)橡膠止水帶,以提升止水效果[2]。

在混凝土澆筑中,要保證混凝土能夠充滿(mǎn)整個(gè)模板,并繼續(xù)充分振搗,在進(jìn)行混凝土運(yùn)輸中,需要加強(qiáng)保護(hù),以免混凝土發(fā)生離析、損失、混入雜質(zhì)等,影響最終的襯砌效果。

3 錨噴支護(hù)技術(shù)在水利隧洞加固中的應(yīng)用

3.1 錨筋和鋼筋網(wǎng)施工

為提升加固效果,本工程錨筋和鋼筋網(wǎng)施工中通過(guò)試驗(yàn)施工的方法,來(lái)確定最佳的施工方案,具體如下:鋼筋網(wǎng)縱向鋼筋、環(huán)向鋼筋直徑為6mm,網(wǎng)格間距為300mm,噴射混凝土保護(hù)層≥50mm,且鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿焊接牢固,交叉點(diǎn)連接宜采用間隔點(diǎn)相焊或隔點(diǎn)相綁的方法[3]。錨桿采用先注漿后插錨桿的施工方法,錨桿直徑φ16,單根長(zhǎng)度1.5m,錨桿縱向間距1.5m,梅花型均勻交錯(cuò)布置,鉆孔深1.5m,孔徑40mm,鉆孔中灌注M25水泥砂漿。

3.2 技術(shù)參數(shù)

水泥要選擇強(qiáng)度≥42.5MPa的普通硅酸鹽水利;骨料的細(xì)度模數(shù)最大不能超過(guò)2.5,含水量最大不能超過(guò)6%,并且要滿(mǎn)足表1所示的要求。

表1 噴射混凝土用骨料級(jí)配表

鋼筋網(wǎng)縱向和環(huán)向鋼筋直徑為6mm,控制網(wǎng)格間距≤300mm,混凝土噴射厚度≥50mm,鋼筋網(wǎng)和錨桿之間要通過(guò)焊接的方法,連接成一個(gè)整體,交叉點(diǎn)要間隔點(diǎn)焊。錨桿直徑為16mm,單根長(zhǎng)度為1.5m,按照梅花形均勻布置,鉆孔深度為1.5m,孔徑為40mm,錨桿灌注砂漿選擇M25水泥砂漿,噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)≥C25,抗?jié)B標(biāo)號(hào)≥W4,混凝土噴射厚度<100mm[4]。

3.3 混凝土噴射方法

為保證水利隧洞加固質(zhì)量,在進(jìn)行混凝土拌和中,水泥和速凝劑的稱(chēng)量允許偏差為±2%,砂石稱(chēng)量允許偏差為±3%。本工程在混凝土拌和中,采用容量在400L以上的強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行拌和,控制攪拌時(shí)間≥1min。避免采用人工拌和混凝土,更不允許干噴混凝土,若混合料中加入適量外加劑,攪拌時(shí)間也要適當(dāng)延長(zhǎng)?；炷猎谶\(yùn)輸、存放等環(huán)節(jié),需要加強(qiáng)保護(hù),以免雨淋、水滴以及掉入大粒徑石塊,運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的混凝土,需要過(guò)篩后才能裝入到噴射機(jī)中。

混凝土正式噴射前,要將錨桿支護(hù)中產(chǎn)生的浮土、浮石、坡腳石渣等全部清理干凈,對(duì)光滑的巖面進(jìn)行鑿毛處理,并安設(shè)混凝土施工作業(yè)平臺(tái),通過(guò)高壓風(fēng)槍對(duì)受?chē)娒孢M(jìn)行清洗,為正式噴射混凝土提供良好的條件[5]。

本工程在混凝土噴射中采用了濕噴法,按照施工作業(yè)分區(qū)分段的實(shí)際情況,從下到上依次噴射,噴射厚度需要滿(mǎn)足施工技術(shù)參數(shù)的規(guī)定。在進(jìn)行分層噴射時(shí),要等前一層混凝土完成終凝后,再進(jìn)行噴射。在混凝土噴射支護(hù)中要保證混凝土供料的連續(xù)性,并保證噴射機(jī)風(fēng)壓穩(wěn)定,噴射完成,或者是因故障、異常等發(fā)生中斷,需要將噴射機(jī)和輸料管中的積料清理干凈。將噴頭和隧洞受?chē)娒嫦嗷ゴ怪?且噴頭到受?chē)娒娴木嚯x要嚴(yán)格控制,最好控制在60～100mm之間,以減少?lài)娏匣貜椇土魈?。在進(jìn)行隧洞邊墻混凝土噴射時(shí)混凝土回彈率≤15%,在進(jìn)行隧洞拱頂混凝土噴射時(shí)混凝土回彈率≤25%。

為最大限度上提升水利隧洞加固質(zhì)量,要保證混凝土噴射后,表面不會(huì)出現(xiàn)起砂、脫空、松弛、裂縫等缺陷。如果已經(jīng)出現(xiàn)了這些質(zhì)量缺陷,或者質(zhì)量判定不合格,要及時(shí)上報(bào),重新噴射混凝土。正式噴射混凝土之前,需要在隧洞巖石表明插入鋼筋錨桿,控制每根鋼筋錨桿之間的距離≤5m,鋼筋錨桿伸出部分的長(zhǎng)度,應(yīng)為噴射混凝土的厚度,混凝土噴射完成后要保證混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼筋錨桿的全部覆蓋。此外還要按照每100m2,布設(shè)3孔的數(shù)量用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔,以檢查混凝土噴射厚度,實(shí)際厚度的平均值≥設(shè)計(jì)尺寸,未合格檢測(cè)點(diǎn)的厚度應(yīng)≥設(shè)計(jì)厚度的50%,且絕對(duì)值≥5cm。噴射混凝土終凝2h后,及時(shí)進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7d。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上,結(jié)合實(shí)際案例,探討了水利工程隧洞襯砌及噴錨支護(hù)加固施工技術(shù),探討結(jié)果表明,水利工程隧洞加固施工受到地理位置和工程特點(diǎn)的影響,加固施工難度比較大,僅憑混凝土襯砌技術(shù),不能對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行有效的加固。采用隧洞襯砌和噴錨支護(hù)相互結(jié)合的方法,可有效解決水利工程隧洞加固施工難度大、質(zhì)量要求高的問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)對(duì)隧洞圍巖封閉加固,以提升水利隧洞的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)使用壽命。