盧學(xué)文

1 概 述

趙山渡引水工程是國家重點(diǎn)工程,許岙隧洞進(jìn)口位于浙江省瑞安市篁社鎮(zhèn)村口村,隧洞呈城門洞形,高 4.1m,寬4.5m,其進(jìn)口洞臉及兩側(cè)邊坡地質(zhì)條件極差,在整個(gè)引水渠系中,像這樣地質(zhì)條件的洞口不止一個(gè),其它一些洞口采用傳統(tǒng)方法開挖先后發(fā)生了坍塌事故,但許岙隧洞進(jìn)口采用筆者介紹的方法開挖卻取得了成功,其中插筋縱梁與減震爆破相結(jié)合并輔以格柵鋼架及臨時(shí)混凝土襯砌的施工方法是隧洞進(jìn)口掘進(jìn)成功的關(guān)鍵。

該隧洞進(jìn)口明挖完成后,出露的洞臉及兩側(cè)邊坡地質(zhì)條件極差,洞頂以上覆蓋層厚 24.3m,其中地表土層厚 1～3m,為殘坡積層,巖性為黃褐色粉質(zhì)粘土夾碎塊石,坡積土以下為灰紫色全風(fēng)化晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r,洞臉縱橫節(jié)理發(fā)育,泥質(zhì)充填,屬土質(zhì)圍巖,極不穩(wěn)定。整個(gè)覆蓋層透水性極強(qiáng),坡腳有地下水滲出。

2 插筋縱梁的應(yīng)用

2.1 選擇插筋縱梁的原因

在土質(zhì)圍巖中打超前錨桿很困難,皆因:

(1)鉆孔時(shí)鉆桿易卡住,很難拔出;

(2)孔內(nèi)注漿或填裝錨固劑困難。鉆桿拔出后,孔內(nèi)立刻會被孔內(nèi)小石等堵住,需反復(fù)吹孔,其結(jié)果是孔越吹越大,注水泥砂漿或填錨固劑很難注滿,鋼筋與上部孔壁是脫開的,這些均已被工程實(shí)踐所證實(shí);

(3)安裝超前錨桿時(shí)間太長。

相比之下,安裝插筋縱梁就容易得多,只需將孔鉆好,將鋼筋直接插入或用大錘輔助打入即可,無需注漿或填錨固劑,經(jīng)濟(jì)方便,更重要的是為格柵鋼架安設(shè)和臨時(shí)襯砌爭取了時(shí)間。

2.2 插筋縱梁的工作原理

插筋縱梁的工作原理見圖 1,其作用為:

(1)臨時(shí)支護(hù)作用。插筋縱梁是指兩端具有支點(diǎn)的、沿洞軸線方向插入的近水平鋼筋,作為縱向梁使用。以拱圈混凝土或格柵鋼架為一個(gè)支點(diǎn),前方未開挖圍巖為另一個(gè)支點(diǎn),形成簡支梁承受圍巖壓力,以防止掘進(jìn)時(shí)頂拱圍巖失穩(wěn)塌落,為臨時(shí)支護(hù)、襯砌爭取時(shí)間。

(2)懸吊作用。爆破后,插筋縱梁桿體大部分出露,格柵鋼架安設(shè)時(shí),用鐵絲綁扎或焊接于出露的插筋縱梁桿體上,起懸吊作用。

圖1 插筋縱梁工作原理示意圖

2.3 插筋縱梁的設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)材質(zhì)。一般選用 φ18～25螺紋鋼;

(2)長度。由插筋外露端長度 L1、設(shè)計(jì)單循環(huán)進(jìn)尺 L2、未開挖巖體內(nèi)插入長度 L3三部分組成(圖 2)。插筋外露長度 L1由格柵鋼架到開挖面的距離確定,一般為 50～70cm;單循環(huán)進(jìn)尺 L2,一般為 70～100cm;未開挖巖體內(nèi)的插入長度L3,一般為 70～80cm,故插筋縱梁長度以 190～250cm為宜。

(3)插入角度。應(yīng)盡量采用小角度插入以減少超挖,一般應(yīng)控制在 5°～10°。

2.4 插筋縱梁的安裝

圖2為插筋縱梁安裝示意圖,圖中 1為格柵鋼架,2為插筋縱梁與格柵鋼架焊接點(diǎn),3為假定的爆破后開挖面。準(zhǔn)備掘進(jìn)前,先預(yù)設(shè)插筋作為縱梁,其外露端澆入混凝土拱圈內(nèi)或砌入漿砌石內(nèi),另一端插入土質(zhì)圍巖中。

圖2 插筋縱梁安裝示意圖

2.5 插筋縱梁的經(jīng)濟(jì)意義

插筋縱梁的施工比打超前錨桿省時(shí)、省力、省錢,同時(shí)由于懸吊作用的應(yīng)用,省掉了大量懸吊格柵鋼架的徑向錨桿,從而節(jié)約了大量資金。因此,插筋縱梁的應(yīng)用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

3 洞口開挖施工

3.1 坡面處理

首先對洞頂覆蓋層進(jìn)行了卸荷處理,以減小山巖壓力對成洞的影響。洞臉及兩側(cè)邊坡按土層1∶1.25、全風(fēng)化層 1∶1的坡比進(jìn)行了人工削坡,削成的坡面平整、光滑,坡面上噴 3～5cm厚的混凝土,封閉坡面,以防地表水下滲加速圍巖風(fēng)化。在洞臉上部馬道坡腳及巖土交界處,各設(shè)一排直徑50mm、孔深 3.5m的排水孔。

3.2 開洞口前的準(zhǔn)備

沿洞臉坡腳處繼續(xù)向前開挖,開挖寬度在原設(shè)計(jì)寬度基礎(chǔ)上兩側(cè)各加寬 80cm;開挖高度比原設(shè)計(jì)高出 50cm即可。在拱頂設(shè)計(jì)開挖線外20cm,平行于設(shè)計(jì)開挖線布設(shè)兩排水平超前插筋,間距 40～50cm、排距 60～70cm。插筋采用φ18螺紋鋼,長 400cm,外露 50cm,孔內(nèi) 350cm。鋼筋直接插入孔內(nèi),不需注入砂漿或錨固劑。隧洞兩側(cè)在設(shè)計(jì)開挖線外用 C7.5漿砌塊石砌成原開挖坡面坡度,要求與巖面頂緊。拱頂設(shè)計(jì)開挖線外立模澆筑厚 50cm、寬100cm的混凝土圈,拱圈基座為兩側(cè)漿砌石,要求拱圈與洞臉巖面接觸良好,并將超前插筋外露端澆入混凝土拱圈中。由于洞口處設(shè)計(jì)開挖線外圍巖僅厚 50cm,為防止開挖爆破時(shí)冒頂,以拱圈為基礎(chǔ)沿洞臉坡面砌筑高 120cm、厚 100cm的 C7.5漿砌塊石壓頂,并將超前插筋外露端砌入砌石中。

3.3 進(jìn)洞開挖施工程序

(1)自洞臉或開挖面在設(shè)計(jì)開挖線外 20cm,向前方開挖圍巖中鉆孔,插入鋼筋(φ18～25);

(2)進(jìn)行減震爆破;

(3)人工修整出拱頂安設(shè)格柵鋼架所必須的空間(設(shè)計(jì)開挖線外 20cm),并將插筋縱梁桿體剝出;

(4)將格柵鋼架點(diǎn)焊(或綁扎)于剝出的鋼筋上;

(5)超前鉆孔插入鋼筋并將外露端焊于格柵鋼架上;

(6)沿設(shè)計(jì)開挖線支立簡易拱圈模板并進(jìn)行C15混凝土臨時(shí)襯砌;

(7)出碴;

(8)鉆鑿減震爆破孔,待臨時(shí)襯砌養(yǎng)護(hù) 12h后爆破,重復(fù)以上步驟,直至進(jìn)入地質(zhì)條件較好的洞段;

(9)進(jìn)入地質(zhì)條件較好洞段后,在拱圈保護(hù)下,交錯開挖兩側(cè)墻并臨時(shí)襯砌邊墻。

3.4 實(shí)施效果

趙山渡引水工程隧洞進(jìn)口洞臉及兩側(cè)邊坡地質(zhì)條件極差,在整個(gè)引水渠系中,像這樣地質(zhì)條件的洞口不止一個(gè),其它一些洞口采用傳統(tǒng)方法開挖,先后發(fā)生了坍塌事故,但許岙隧洞進(jìn)口采用插筋縱梁的方法開挖卻取得了成功。實(shí)踐證明:在地質(zhì)條件比較差的圍巖中進(jìn)行超前支護(hù)時(shí),以插筋縱梁取代超前錨桿是可行的,能夠符合一次支護(hù)安全要求。

4 結(jié) 語

許岙隧洞進(jìn)口開挖工程實(shí)踐證明,在土質(zhì)圍巖中,以插筋縱梁取代超前錨桿是完全可行的,同時(shí)輔以減震爆破具有更好的效果。這種插筋縱梁與減震爆破相結(jié)合的特殊施工方法是在極不穩(wěn)固土質(zhì)圍巖中隧洞口開挖的一種安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠的方法。

[1] 水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(第 2卷施工技術(shù))[M].北京:水利電力出版社,1990.

[2] 中國力學(xué)學(xué)會工程爆破專業(yè)委員會.爆破工程(上)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.