王 建

(新疆額爾齊斯河投資開(kāi)發(fā)(集團(tuán))有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

近些年隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度逐漸加大，水利水電[1- 2]工程作為其中的重要部分也有了飛速發(fā)展。引水隧洞[3- 6]作為水電項(xiàng)目重要的組成部分，對(duì)其開(kāi)展安全高效地開(kāi)挖支護(hù)[7]尤其重要，特別是引水隧洞軟巖洞段洞挖施工[8]時(shí)發(fā)生變形[9- 10]，對(duì)工程質(zhì)量、安全及進(jìn)度均帶來(lái)較大影響，采取合理的施工工藝和措施尤為重要。本文以新疆某水利樞紐工程引水隧洞開(kāi)挖支護(hù)為例，介紹軟巖洞段施工工藝及措施。

1 工程概況

新疆某水利樞紐工程發(fā)電洞洞身長(zhǎng)9000m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞身襯砌后為直徑8.5m的圓形斷面，襯砌厚度40～60cm。洞室圍巖以微風(fēng)化～新鮮巖體為主，穿越地層為白堊系砂巖、泥巖、礫巖夾泥灰?guī)r。一次支護(hù)采用錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、型鋼拱架及超前導(dǎo)管等方式相結(jié)合。根據(jù)圍巖類(lèi)型，具體支護(hù)參數(shù)有：系統(tǒng)錨桿Φ25砂漿錨桿、長(zhǎng)3.0m、間排距1.0～1.2m，鋼筋網(wǎng)間距200mm，C30噴射混凝土厚18～20cm，18#工字鋼支護(hù)，榀距0.8～1.5m，局部洞段頂拱180°采用長(zhǎng)6mΦ40注漿小導(dǎo)管、間距0.25m。

該工程開(kāi)挖支護(hù)1a后，Ⅰ#洞K3+560～K3+580段、Ⅱ#洞K3+440～K3+520段拱架最大收斂變形70cm，平均收斂變形30cm。通過(guò)原位取樣，測(cè)得圍巖平均單軸飽和抗壓強(qiáng)度為24.8MPa，屬于軟巖，變形的拱架?chē)?yán)重侵占設(shè)計(jì)混凝土襯砌體型，且有繼續(xù)收斂變形趨勢(shì)，為保證后續(xù)施工安全及混凝土襯砌質(zhì)量，亟需采取措施處理。

2 目的

為保證新疆某水利樞紐工程發(fā)電洞洞身工程后續(xù)施工安全及混凝土襯砌質(zhì)量，需對(duì)侵占混凝土體型的一次支護(hù)拱架進(jìn)行更換施工，換拱后的結(jié)構(gòu)體型及尺寸與原設(shè)計(jì)一致。

3 方法及措施

3.1 施工方法

為保證混凝土襯砌的質(zhì)量、安全及進(jìn)度，針對(duì)不同變形部位按以下內(nèi)容和順序進(jìn)行作業(yè)和處理：①對(duì)拱架變形段上下游兩側(cè)20m范圍內(nèi)拱架進(jìn)行變形測(cè)量；②對(duì)未變形拱架進(jìn)行鎖腳錨桿加密施工；③對(duì)拱架變形段開(kāi)裂混凝土進(jìn)行素噴施工；④拱架變形段變形拱架處理；⑤超前注漿小導(dǎo)管施工；⑥拱架變形部位固結(jié)灌漿施工；⑦拱架變形部位加密安裝系統(tǒng)錨桿施工；⑧空腔部位回填施工；⑨對(duì)處理完的變形拱架進(jìn)行封閉(如需要)。

3.2 施工措施

3.2.1 變形拱架鎖腳錨桿加密施工

鎖腳錨桿采用長(zhǎng)3.0mΦ25錨桿，在拱架左右拱腳兩側(cè)上下游各布置2根，鎖腳錨桿打設(shè)角度為垂直于巖面向下傾斜10°～20°，入巖2.8m，外露0.2m，具體布置形式如圖1所示。加固鎖腳錨桿必須緊貼鋼架內(nèi)側(cè)，錨固牢靠，鋼拱架與鎖腳錨桿焊接飽滿(mǎn)，連接可靠。

拱架加固施工如圖2—3所示。

3.2.2 鋼拱架制作及安裝

(1)鋼拱架加工。①鋼拱架按圖紙?jiān)诙纯诰C合加工廠(chǎng)加工成型。每榀鋼拱架由頂拱及側(cè)拱各單元鋼構(gòu)件采用螺栓拼接。從加工廠(chǎng)運(yùn)輸至洞內(nèi)過(guò)程中注意對(duì)成品的保護(hù)，防止碰撞變形導(dǎo)致安裝時(shí)拼接困難。②鋼支撐加工完成進(jìn)行試拼，沿隧洞周邊輪廓誤差不大于3cm。③螺栓中心誤差不超過(guò)±0.5cm。

(2)鋼拱架安裝。①安裝前在鋼拱架基腳處預(yù)留0.2m至原地基，保證鋼支撐置于穩(wěn)固的地基上。②鋼拱架平面與隧洞中線(xiàn)傾角不大于2°。③為保證鋼拱架位置安裝準(zhǔn)確，安裝前由測(cè)量隊(duì)測(cè)放安裝軸線(xiàn)。④在鋼拱架安裝中若鋼支撐和初噴層之間有較大間隙則安裝砂漿墊塊。⑤為增強(qiáng)鋼拱架穩(wěn)定性，在鋼拱架連接板處設(shè)置鎖腳錨桿，并與鋼拱架焊接在一起并設(shè)置縱向連接鋼筋。⑥為使鋼拱架定位準(zhǔn)確，安裝前須預(yù)先隨機(jī)布設(shè)定位聯(lián)系鋼筋。聯(lián)系鋼筋一端與鋼拱架焊接，另一端用砂漿錨入圍巖0.5～1.0m，若鋼拱架附近有錨桿時(shí)可用錨桿定位。⑦鋼拱架安裝后在空腔部位最高處埋設(shè)2根Φ40鋼管作為后期的灌漿管及排氣管，灌漿管低于排氣管50cm，排氣管距空腔頂部20cm，在空腔部位最高處埋設(shè)混凝土泵管。⑧鋼拱架安裝后應(yīng)立即噴混凝土封閉，須將鋼拱架全部覆蓋，使鋼拱架與噴混凝土形成整體。為保證噴混質(zhì)量，須分層噴混凝土，單層厚度控制在5～6cm左右，噴混凝土施工按自下而上順序進(jìn)行，杜絕先對(duì)上部施工造成噴射料墜落至鋼拱架根部，虛掩底部漏噴情況。

3.2.3 空腔處理

利用在拱架安裝時(shí)預(yù)埋的混凝土泵管，使用HBT60混凝土泵泵送至空腔，水平運(yùn)輸采用9m3混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)，采用C30F100W10高抗硫水泥混凝土填充。

3.2.4 超前注漿花管施工

利用鋼筋臺(tái)車(chē)和塌方渣堆進(jìn)行超前注漿花管施工，在塌方段拱架頂拱120°范圍內(nèi)安設(shè)超前注漿花管。如圖4所示。

(1)花管制作?；ü懿捎忙?0鋼管，長(zhǎng)度4.5m，間距25cm，前部設(shè)梅花狀出漿孔，外插角度為5°～30°，外露部分應(yīng)與鋼拱架焊接牢固。

(2)花管安設(shè)。①用YT- 28手風(fēng)鉆開(kāi)孔，并用吹管將砂石吹出。用帶沖擊的鉆將花管頂入孔中，用膠泥封堵導(dǎo)管孔口周?chē)肮ぷ髅嫔系牧芽p。②根據(jù)地質(zhì)情況鉆設(shè)、安裝、灌注小導(dǎo)管鋼架支護(hù)。③花管按設(shè)計(jì)位置安裝，位置偏差不大于5cm，角度偏差不大于1°。④為保證鉆孔質(zhì)量，鉆孔中臺(tái)架要絕對(duì)堅(jiān)固。⑤在鋼拱架上沿地下洞室開(kāi)挖輪廓線(xiàn)縱向鉆設(shè)小導(dǎo)管孔，其外插角需符合設(shè)計(jì)要求，孔深不宜小于5m，鉆孔孔徑比小導(dǎo)管直徑大20～30mm，鉆孔順序自高孔位向低孔位。

(3)注漿。①花管注漿前，對(duì)塌方變形的洞段噴射混凝土封閉。②注漿壓力為0.5～1.0MPa，必要時(shí)在孔口處設(shè)置止?jié){塞。止?jié){塞參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)確定。③注漿后至開(kāi)挖前的時(shí)間間隔，視漿液種類(lèi)宜為4～8h。開(kāi)挖時(shí)保留1.5～2.0m的止?jié){墻，防止下一次注漿時(shí)孔口跑漿。④花管注漿漿液擴(kuò)散半徑不小于15cm。

圖1 變形拱架鎖腳錨桿加固安裝示意圖

圖2 底板開(kāi)挖完成部分拱架加固示意圖

圖3 底板未開(kāi)挖部分拱架加固示意圖

圖4 超前注漿花管布置示意圖

3.2.5 掛網(wǎng)噴混凝土施工

塌方部位采用掛網(wǎng)噴混凝土封閉處理。①先對(duì)危巖清撬確認(rèn)圍巖牢固穩(wěn)定，后進(jìn)行噴射混凝土封閉。②掛網(wǎng)鋼筋在洞外鋼筋加工廠(chǎng)加工，采用Φ8圓鋼加工成網(wǎng)片，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入二次混凝土噴射施工。③人工掛網(wǎng)，必須保證網(wǎng)片安裝至緊貼噴混表面。

3.2.6 固結(jié)灌漿施工

對(duì)處理洞段頂部240°范圍內(nèi)采取固結(jié)灌漿，孔深5.0m，間距2.5m，排距3.0m，梅花型布置，灌漿壓力可從0.3MPa逐步增大，但不得大于1.0MPa。如圖5所示。

圖5 固結(jié)灌漿孔布置示意圖

固結(jié)灌漿按“分序加密”原則進(jìn)行，環(huán)間分Ⅰ序和Ⅱ序2個(gè)序列。先施工Ⅰ序環(huán)，再施工Ⅱ序環(huán)。

(1)鉆孔。①固結(jié)灌漿孔采用YT28手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑不小于Φ38，孔深入巖5m。②固結(jié)灌漿鉆孔的開(kāi)孔孔位偏差不大于10cm。

(2)裂隙沖洗。①灌漿孔灌漿前采用導(dǎo)管充水沖洗灌漿孔，由孔底向孔外沖洗。②灌漿孔沖洗沖見(jiàn)回水澄清后10min方可結(jié)束。③灌漿孔沖洗后，該孔要立即進(jìn)行灌漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24h時(shí)，在灌漿前重新沖洗。

(3)灌漿。①膠凝材料：采用質(zhì)量合格的42.5高抗硫水泥的純水泥漿液。②灌漿方法：采用SGB6- 10灌漿泵進(jìn)行灌漿，并做好記錄。③固結(jié)灌漿采用單孔灌注的方法，但在注入率小的地段，同一環(huán)上的孔可并聯(lián)灌漿，孔數(shù)可為2個(gè)，孔位保持對(duì)稱(chēng)。

(4)水灰比及變漿標(biāo)準(zhǔn)。①水灰比。固結(jié)灌漿漿液水灰比采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1，漿液的濃度由稀變濃，逐級(jí)變換。②調(diào)整漿液濃度標(biāo)準(zhǔn)。漿液?jiǎn)慰鬃⑷肓窟_(dá)300L以上，或灌注時(shí)間已達(dá)30min，而灌漿壓力和吸漿量均無(wú)顯著改變時(shí)，變濃一級(jí)水灰比。當(dāng)吸漿量大于30L/min時(shí)，可越級(jí)變濃。

(5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。在最大設(shè)計(jì)壓力下，單孔吸漿量不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min后結(jié)束。

(6)封孔。灌漿結(jié)束后，排出孔內(nèi)的積水和污物，采用“壓力灌漿法”進(jìn)行封孔，并將孔口抹平。

3.2.7 變形拱架拆除施工

施工順序?yàn)椋核貒姺忾]→固結(jié)灌漿→系統(tǒng)錨桿加固→拱架拆除→欠挖處理→立拱架→噴護(hù)混凝土。

一次支護(hù)變形拱架及副拱拆除原則上先拆副拱后拆變形拱架，副拱及變形拱架均由外向內(nèi)側(cè)進(jìn)行，拆除變形拱架處理按照“拆一榀，處理一榀，隔榀或逐榀換拱”的原則施工，嚴(yán)禁多榀拱架同時(shí)拆除，同時(shí)換拱現(xiàn)象。

加密系統(tǒng)錨桿采用長(zhǎng)4.5mΦ25錨桿，間排距1.2m，若系統(tǒng)錨桿加密區(qū)域巖石過(guò)于松散，普通錨桿施工困難，可采取中空注漿錨桿。

(1)將支護(hù)臺(tái)車(chē)運(yùn)至作業(yè)面，由人工采用風(fēng)鎬鑿除噴射混凝土，將副拱鎖腳錨桿及連接鋼筋也鑿出。

(2)采用電焊將拆除拱架的鎖腳錨桿和連接鋼筋割斷。

(3)采用人工配合反鏟將已割除鎖腳錨桿及連接鋼筋的拱架取下。

(4)下一榀拱架拆除。

3.2.8 二次擴(kuò)挖

(1)由測(cè)量人員對(duì)拆除拱架后的斷面進(jìn)行測(cè)量，并標(biāo)注出欠挖尺寸。

(2)人工采用風(fēng)稿對(duì)欠挖部位進(jìn)行鑿除。

(3)由測(cè)量人員對(duì)處理后斷面進(jìn)行復(fù)測(cè)，經(jīng)驗(yàn)收直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)尺寸。

3.2.9 拆拱后支護(hù)方式

每循環(huán)完成擴(kuò)挖后，施工單位技術(shù)人員及時(shí)通知監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位代表，現(xiàn)場(chǎng)勘查并確定后續(xù)支護(hù)方式。遇一次支護(hù)變形部位巖石破碎時(shí)，為保證安全需及時(shí)完成支護(hù)施工，如監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位代表無(wú)法及時(shí)到位則按原設(shè)計(jì)支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)。

如因二次擴(kuò)挖導(dǎo)致破碎巖石掉塊產(chǎn)生超挖情況，原則上采用噴混凝土將超挖部位回填密實(shí)。為防止換拱后支護(hù)面變形，在空腔較大部位盡量采用噴射混凝土回填密實(shí)。對(duì)無(wú)法噴滿(mǎn)的部位，可先采用少量砂漿進(jìn)行灌注，后期繼續(xù)灌注砂漿和混凝土或采用回填灌漿的方式回填密實(shí)。

若在處理過(guò)程中出現(xiàn)塌方情況，則立即停止施工并通知監(jiān)理、業(yè)主及設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)勘查并確定處理方案。

4 結(jié)論

該工程發(fā)電洞通過(guò)以上處理措施順利完成換拱，未發(fā)生任何安全事故，質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期換拱目的?？偨Y(jié)以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)供類(lèi)似工程參考。

(1)軟巖隧洞施工前，需綜合前期地勘、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料及揭露圍巖情況合理編制開(kāi)挖、支護(hù)方案，避免初期支護(hù)方案不完善導(dǎo)致?lián)Q拱施工。

(2)重視局部變形前兆，依據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和圍巖收斂監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工。

(3)采用風(fēng)鎬及氣割拆除拱架時(shí)，嚴(yán)格按拆一榀換一榀的原則進(jìn)行，減小對(duì)圍巖及相鄰初期支護(hù)影響，遇擾動(dòng)引起垮塌及掉塊及時(shí)做封堵處理，加固后方可繼續(xù)換拱作業(yè)。

(4)新?lián)Q拱架在未封閉成環(huán)穩(wěn)定前，不得拆除或懸空支撐豎臂，做好換拱成品保護(hù)并盡早開(kāi)展仰拱及二襯施工。