績(jī)溪抽水蓄能電站尾水隧道支護(hù)技術(shù)

宋 平/SONG Ping

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250003）

由于鐵路、公路、水利工程需求的逐漸增加，隧道建設(shè)需克服的復(fù)雜地質(zhì)越來(lái)越常見(jiàn)[1]。黃解放等為解決破碎帶軟巖大變形問(wèn)題，提出隧道支護(hù)變形分級(jí)預(yù)警方法[2]；李海原介紹了超前強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，成功穿越長(zhǎng)斷層[3]；張粒等研究了特大斷面隧道支護(hù)的力學(xué)特性和位移規(guī)律[4]；王林等推導(dǎo)了開(kāi)挖面極限支護(hù)壓力表達(dá)式，得到了破碎帶極限支護(hù)力的變化規(guī)律[5]。

本文針對(duì)尾水隧洞斷層穩(wěn)定性差，易失穩(wěn)，支護(hù)難度和工作量大的問(wèn)題，研究了洞室支護(hù)、特殊部位和不良地質(zhì)地段的處理方法和施工技術(shù)。

1 工程概況

尾水隧洞易在隧洞局部頂拱形成不穩(wěn)定的楔體，尤其是層間擠壓帶與斷層、巖脈及節(jié)理的組合，易在洞頂產(chǎn)生掉塊等失穩(wěn)現(xiàn)象，斷層帶穩(wěn)定性差。巖體相對(duì)較破碎，洞室圍巖以Ⅱ、Ⅲ類(lèi)為主，斷層帶屬Ⅳ～Ⅴ類(lèi)。

2 洞室支護(hù)施工技術(shù)

2.1 支護(hù)形式

不同工程中不同地質(zhì)所采用的支護(hù)形式也不同，針對(duì)績(jī)溪地質(zhì)情況，尾水隧洞支護(hù)形式有砂漿錨桿、噴素混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、管棚支護(hù)以及鋼格柵拱架等形式，局部布設(shè)隨機(jī)排水孔；5#施工支洞與尾水隧洞分岔口進(jìn)行鎖口支護(hù)。隨機(jī)支護(hù)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。

5#施工支洞開(kāi)挖至尾水隧洞的交叉部位應(yīng)對(duì)尾水隧洞洞口進(jìn)行鎖口錨桿支護(hù)后方可進(jìn)行隧洞開(kāi)挖，鎖口錨桿參數(shù)?28@1.5×1.5m，L=6m，入巖5.9m。交叉口位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)支護(hù)范圍從交叉口位置向外延伸長(zhǎng)度為2 倍洞徑，且不小于10m。

Ⅱ類(lèi)圍巖支護(hù)形式為：隨機(jī)砂漿錨桿（?25mm，L=4.5m），入巖4.4m，隨機(jī)噴C25混凝土，厚5cm，如圖1 所示。Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)形式：頂拱180°范圍內(nèi)采用系統(tǒng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)（?25mm，l=4.5m），入巖4.4m，間距1.5m，排距1.5m，采用梅花形布置（8/9 根交錯(cuò)），頂拱180°范圍內(nèi)系統(tǒng)噴射混凝土，厚度5cm，龍骨筋錨桿與主體錨桿牢固緊密連接，如圖2 所示。

圖1 Ⅱ類(lèi)圍巖支護(hù)形式

圖2 Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)形式

Ⅳ類(lèi)圍巖支護(hù)形式為：系統(tǒng)砂漿錨桿（?25mm@150×100cm、L=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內(nèi)打設(shè)，呈梅花形分布（12/13 交替分布），預(yù)噴C25 混凝土，厚5cm，設(shè)置格柵拱架@100，頂拱和邊墻進(jìn)行系統(tǒng)噴射鋼纖維砼CF25，厚25cm，如圖3 所示。

圖3 Ⅳ類(lèi)圍巖支護(hù)形式

Ⅴ類(lèi)類(lèi)型圍巖支護(hù)形式：填土系統(tǒng)圍巖砂漿填料錨桿支護(hù)（?25mm@100×75cm、l=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內(nèi)打設(shè)，呈直角梅花形分布（19/18 交替方向分布）。頂拱灌漿采用自動(dòng)直鉆式中空錨桿注水灌漿方式錨桿間距R25，L=4.0m 錨柱間距50cm，排距150cm，外傾傾斜角度15°。預(yù)噴C25 混凝土，厚5cm，設(shè)置格柵拱架@75cm，頂拱和邊墻進(jìn)行系統(tǒng)噴射鋼纖維砼CF25，厚度25cm；如圖4 所示。

圖4 Ⅴ類(lèi)圍巖支護(hù)形式

2.2 錨桿支護(hù)施工

1）錨桿施工程序 尾水支護(hù)隧洞主要采用自動(dòng)噴砂式混凝土隨機(jī)施工掛網(wǎng)，尾水錨桿采用?25mm，l=4m（自動(dòng)直鉆式中空尾水注入砂漿網(wǎng)和錨桿）、入巖4.5m 掛網(wǎng)進(jìn)行尾水支護(hù)，砂漿網(wǎng)和錨桿施工采用“先注漿，后插桿”的傳統(tǒng)施工工藝。

2）施工方法 從錨桿孔的孔位開(kāi)始鉆孔，高度按施工設(shè)計(jì)圖紙中布置的錨桿鉆孔高度位置順序進(jìn)行，孔位高度偏差不大于100mm。水泥砂漿填料錨桿孔深度的允許角度偏差范圍為±50mm。錨桿板 用新型手風(fēng)機(jī)式鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為?42mm。隨機(jī)增強(qiáng)加固后該錨桿的孔向與一個(gè)可能發(fā)生滑動(dòng)的斷面的偏斜傾向正好相反，其橫向交叉夾角不得大于45°，斷層保護(hù)帶隨機(jī)加強(qiáng)后的錨桿須完全穿過(guò)斷層帶且不小于1.5m。鉆孔完畢后沖洗孔壁，清除殘?jiān)⒋蹈煞e水。注漿錨桿施工采用先安裝注漿后連接插桿的安裝工藝方式施工，水泥砂漿錨桿灌注采用數(shù)控注漿機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。注漿時(shí)將注漿排水管垂直插至孔底，保證注漿飽滿(mǎn)。注漿完成后用致密棉紗將注漿孔口暫時(shí)堵塞，防止?jié){液快速倒流。

安插錨桿采用風(fēng)槍推送，人工智能輔助手動(dòng)安裝。為保證已經(jīng)灌注好的各種錨桿不會(huì)粘貼進(jìn)氣孔壁，各種錨桿均在適當(dāng)固定部位進(jìn)行綁扎精密鉛絲。錨桿全部安裝好后使用打入1 根鋼管的楔子固定整個(gè)錨桿，并用土工布進(jìn)行封堵，防止水泥砂漿滲入溢出。待土工砂漿全部凝固后，將土工布拆除，并用砂漿錨固劑或水泥砂漿將土工孔口底部封堵密實(shí)。

2.3 鋼筋格柵拱架施工

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)礦區(qū)圍巖和斷層隧洞破碎支護(hù)帶施工要求采用大型鋼筋綜合格柵拱梁桁架主梁加強(qiáng)隧洞支護(hù)，鋼格柵拱梁桁架主梁間距分別為100cm、75cm，采用?22mm 鋼筋連接，環(huán)向主梁間距約為85cm，鋼格柵拱架主筋施工采用?22mm 鋼筋，腹筋施工采用?12mm 鋼筋，箍筋施工采用?28mm 鋼筋。拱架施工采取在洞外材料加工廠(chǎng)洞內(nèi)集中進(jìn)行加工而后制作，洞內(nèi)組裝而后完成的施工方法。圓弧形鋼筋加工采用彎曲機(jī)冷彎，并根據(jù)需要，制作成不同的單元標(biāo)準(zhǔn)件。單元標(biāo)準(zhǔn)件端頭部位焊接角鋼作為連接板，角鋼上設(shè)置M16（孔徑?18mm）螺栓，在洞內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)快速安裝，再點(diǎn)焊連接鋼。鋼格柵拱架坐落在牢固的基礎(chǔ)上，格柵拱架基礎(chǔ)采用混凝土墊層加預(yù)制塊的形式。

2.4 掛網(wǎng)施工

在Ⅲ類(lèi)鋼筋施工制作過(guò)程中，對(duì)噴面進(jìn)行隨機(jī)掛網(wǎng)，在圍巖鋼筋切割加工廠(chǎng)將一個(gè)盤(pán)圓形的鋼筋通過(guò)自動(dòng)調(diào)直機(jī)切割成4.0m 以上的圓形直條。采用現(xiàn)場(chǎng)加工焊接、制作和人工綁扎，鋼筋形成網(wǎng)片全部焊接在已圍巖施工制作完畢的掛網(wǎng)系統(tǒng)或隨機(jī)掛網(wǎng)錨桿上，鋼筋形成網(wǎng)片。在Ⅳ類(lèi)圍巖和斷層破碎帶處，進(jìn)行頂拱180°范圍掛網(wǎng)支護(hù)，鋼筋網(wǎng)片與巖面距離為3～5cm。為有效確保鋼筋施工進(jìn)度，可將一個(gè)盤(pán)圓形的鋼筋通過(guò)自動(dòng)調(diào)直機(jī)切割成固定不同長(zhǎng)度的鋼筋直條，然后加工焊接切割成100×150cm 的盤(pán)圓鋼筋施工網(wǎng)片，運(yùn)送至施工作業(yè)面，直接加工焊接在已鋼筋施工處理完畢的供電系統(tǒng)鋼筋錨桿上。

3 特殊部位、不良地質(zhì)地段的處理

3.1 多條平行隧洞開(kāi)挖支護(hù)

尾水系統(tǒng)中3 條尾水洞是平行布置的隧洞，相鄰洞室距離較小，平行隧洞開(kāi)挖遵行以下原則：采取掌子面錯(cuò)開(kāi)距離開(kāi)挖，兩個(gè)開(kāi)挖面錯(cuò)開(kāi)距離經(jīng)試驗(yàn)證明安全可靠，交錯(cuò)距離不小于30m，待相鄰洞室中的錨噴支護(hù)完成后進(jìn)行。洞室開(kāi)挖爆破時(shí)，需檢查相鄰洞室的最近點(diǎn)振動(dòng)是否滿(mǎn)足規(guī)范。每個(gè)隧道隨開(kāi)挖隨支護(hù)，嚴(yán)格控制開(kāi)挖與支護(hù)的距離，保證相鄰隧道施工的安全性和已噴射混凝土和錨桿不被爆破震動(dòng)損壞。

3.2 尾水支管平交口部位的開(kāi)挖

平交口開(kāi)挖程序按照“先洞、后墻”的程序施工。平交口1.5～2 倍寬的大型環(huán)形洞徑建筑工程施工工藝重點(diǎn)技術(shù)范圍按照“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、分部開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)”基本原則進(jìn)行施工。

平交口段的開(kāi)挖工程待施工主洞圍巖掌子面寬度超過(guò)了與岔道隧洞口一定寬度距離后，同時(shí)主洞圍巖加強(qiáng)錨桿支護(hù)和方向岔道隧洞口超前段封鎖口施工錨桿加強(qiáng)支護(hù)后方向即可施工開(kāi)口，岔洞口在進(jìn)口段2 倍以上洞徑寬度范圍內(nèi)按上述施工原則進(jìn)行施工，保證岔道隧洞口和平交口段主洞圍巖穩(wěn)定。平交口粘土支護(hù)工程緊跟本次開(kāi)挖過(guò)程作業(yè)面，針對(duì)開(kāi)挖的特殊地質(zhì)應(yīng)力條件，采用長(zhǎng)條式錨桿、掛網(wǎng)或預(yù)噴鋼筋混凝土、型鋼交口拱架、鋼筋混凝土型鋼鎖口等多種方式進(jìn)行加強(qiáng)交口支護(hù)，加強(qiáng)后的支護(hù)區(qū)域范圍寬度不得大于開(kāi)挖平口和交口粘土應(yīng)力強(qiáng)度集中點(diǎn)的區(qū)域。

3.3 尾水隧洞斷層處理措施

加強(qiáng)地震斷層的超前性和探測(cè)。采取超前探測(cè)巖洞或地質(zhì)勘查探測(cè)等技術(shù)手段探明大規(guī)模斷層的準(zhǔn)確所在位置、產(chǎn)狀及其受影響范圍。針對(duì)性的確定安全有效的斷層施工技術(shù)方案。加強(qiáng)對(duì)斷層頂拱開(kāi)挖的超前管道支護(hù)，在斷層頂拱的支護(hù)范圍預(yù)先超前支護(hù)管道。采用1 根?108×8mm鋼管，L=15m 時(shí)加大管棚，周?chē)ёo(hù)采用一根直徑40mm 的小管引導(dǎo)管道并預(yù)注水泥漿作支持。斷層影響帶頂拱采用超前砂漿錨桿支護(hù)。上述支護(hù)措施延伸到大斷層帶以外5m。

4 結(jié)論

尾水蓄能系統(tǒng)支護(hù)地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，一次開(kāi)挖支護(hù)操作工程量大，時(shí)效性強(qiáng)。開(kāi)挖與二次支護(hù)須平行交叉移動(dòng)作業(yè)，且支護(hù)工作面多，相互制約，施工干擾大。采用合理的地下洞室支護(hù)施工技術(shù)布置施工通道，合理優(yōu)化資源配置和有效利用后期施工流程資源、統(tǒng)籌安排和協(xié)調(diào)施工組織，可有效減少各環(huán)節(jié)工作的相互干擾，加快后期施工進(jìn)度，保證工廠(chǎng)尾水系統(tǒng)后期施工的安全與穩(wěn)定。