盧建山

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司,甘肅 蘭州 730000）

0 引言

支渠是灌溉工程的重要組成部分，支渠施工中可能會遇到一些地質(zhì)比較復(fù)雜的支渠隧洞。在施工過程中需要充分結(jié)合地質(zhì)情況，選擇更加合理的開挖以及支護施工技術(shù)，從而使支渠隧洞工程得以高效開展。貴德縣拉西瓦灌溉工程的17#支渠隧洞處于黃土高原和青藏高原的過渡位置，地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，巖層地質(zhì)強度較低，穩(wěn)定性差，容易坍塌變形。本文結(jié)合該工程實際，對支渠隧洞開挖與支護施工技術(shù)進行分析。

1 工程概況

貴德縣拉西瓦灌溉工程的17#支渠隧洞(樁號0+864.30～1+519.40)管線全長3644.6m，其中隧洞開挖及支護部分長655.1m。隧洞位置山體在遇水的情況下極易軟化、崩壞、穩(wěn)定性變差，黏性土質(zhì)，V 類（1）圍巖。隧洞進出口區(qū)域的圍巖屬于上更新統(tǒng)卵礫石，其強度比較低，膠結(jié)性也不好，拱頂容易出現(xiàn)坍塌變形，因此需要超前支護，屬于V類（2）型巖層。

2 施工總體方案

針對不同類型巖層段采用不同的開挖及支護方案。對于砂礫石巖層的開挖采用的是LWL80 履帶銑挖式裝載機（下文簡稱銑挖機）進行開挖裝渣。

在支護方面，對于V 類（1）圍巖除采用鋼支撐、錨桿、混凝土噴射支護外，還加入鋼拱架支護，間距設(shè)置為50cm/榀。對于V 類（2）圍巖在初期先采用基于超前小導(dǎo)管灌漿的超前支護，然后再采用鋼支撐、錨桿、混凝土噴射支護以及間距為80cm/榀的鋼拱架支護。

3 支渠隧洞開挖施工

3.1 砂礫石、黏土巖層隧洞采用銑挖機開挖施工

砂礫石、黏土巖層隧洞的開挖施工會用到火工材材料爆破開挖；盡管隧洞的橫截面較小，但爆破會對圍巖穩(wěn)定造成擾動，產(chǎn)生較多的開挖外運量。該項目地質(zhì)主要為黏土巖及砂礫石，總體上滿足銑挖的施工條件。由于砂礫石結(jié)構(gòu)松散，故在工程進出口設(shè)置了10m的明洞段，為安全進洞打好基礎(chǔ)。然后利用銑挖機在明洞和隧洞進出交界處開挖一個小斷面，再逐漸擴大，配合鋼支撐、掛網(wǎng)、噴混凝土等，短進尺循環(huán)作業(yè)進入洞身。施工流程如圖1所示。

圖1 砂礫石巖層的支渠隧洞開挖

（1）施工準備。配置好施工人員，準備好施工所需的設(shè)備、水電等。

（2）測量放線。采用全站儀開展本工程的測量放樣工作，由專業(yè)的測量人員負責。

（3）超前支護。因此類巖層的穩(wěn)定性差，為保證施工質(zhì)量及安全性，加入了超前小導(dǎo)管注漿。注漿的小導(dǎo)管為孔距在30cm 的單排孔，孔深為3m，孔徑為Ф 40mm，外傾角約3～6°，注漿采用水泥漿[1]。支護的鋼拱架為I14型號的工字鋼，在頂拱區(qū)域的腹板上預(yù)先留有孔眼。為了能夠保證掌子面的圍巖穩(wěn)定性，以及注漿的壓力，避免漿液倒流問題，采用混凝土噴射的方式進行封閉，噴射的厚度不小于10cm，還能夠起到止?jié){墻的效果。

（4）開挖。通過銑挖機先于上臺階掌子面的中心區(qū)域橫向挖出一深度為90～100cm 的槽，寬度和隧洞初支前導(dǎo)坑相同。之后對槽周邊巖體開挖，為保證開挖質(zhì)量，避免開挖過大，采用逐次分層開挖，每次挖深在20～30cm。槽開挖后形成了一個工作面，之后沿著槽口不斷向外擴挖，按照隧洞的設(shè)計尺寸，分層分次開挖，避免出現(xiàn)超挖。在開挖施工后，檢查開挖尺寸是否合格，如果欠挖，則需要繼續(xù)通過銑挖機開挖，直到達到設(shè)計尺寸后進行人工修邊，將開挖形成的虛土、危石清除，并初噴混凝土，將基面和掌子面封閉，安裝錨桿。對于中下臺階通過銑挖機直接切槽開挖，方法和上臺階開挖相同。隧洞在開挖過程中可能會遇到地下水較多的情況，這會對隧洞銑挖機開挖造成影響，對于此類問題，在開挖的同時于隧洞中布設(shè)排水管、抽水泵，及時將水排出隧洞之外。如果在施工中出現(xiàn)了高壓涌水的情況，需要暫停開挖，及時通過混凝土材料將涌水洞封堵，封堵材料包括水泥、聚氨酯或水玻璃，封堵完成等巖體穩(wěn)定后再繼續(xù)用銑挖機開挖施工。

（5）輪廓線調(diào)整。銑挖機在開挖施工時，對于輪廓線位置要預(yù)留出大概10～20cm 厚度，這部分由人工進行開挖、修整[2]。控制間距為20cm 作為一個點,鑿巖修整至設(shè)計輪廓線。

（6）出渣。該隧洞工程截面面積為7.48m2，屬于典型的小斷面隧洞，這類隧洞采用常規(guī)的出渣裝載機會受到空間的限制，故采用銑挖裝載機，實現(xiàn)銑挖和出渣裝載一體化。銑挖機首先于施工掌子面根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的開挖輪廓線完成銑挖作業(yè)，并利用三輪車運輸出渣，每次循環(huán)進尺約為1m。

（7）鋼支撐、掛網(wǎng)以及錨桿施工。鋼支撐結(jié)構(gòu)均在加工車間進行制作，分別制作拱腿以及圓弧等部分，通過1cm 厚度的鋼板螺栓將不同部位連接起來。拱腿部分按照設(shè)計尺寸直接下料加工，圓弧部分根據(jù)弧度的要求，通過彎拱機進行制作。制作好后，送入施工現(xiàn)場。針對不同類型圍巖進行組裝，將拱腿、圓弧等鋼支撐元件按照場地實際情況進行拼接安裝，并通過錨桿鎖住，使鋼支撐結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，形成一個整體。之后把加工完成的鋼筋網(wǎng)送入隧洞中按照設(shè)計位置逐一掛設(shè)【3】。每榀鋼拱架都需要通過錨桿進行鎖定。錨桿是由直徑Φ18 尺寸的HRB400 鋼筋制作而成，其長度為1.5m。需要打入巖層大約1.2m 深。外露的部分需要制作成L型，并與鋼拱架的翼板進行焊接固定。

（8）混凝土噴射。在噴混凝土之前需要對噴射部位做好檢查，將噴射面上的石渣、灰塵、堆積物等清理干凈,并通過高壓風槍進行吹洗【4】。施工環(huán)境要保證通風和照明，噴射時要采用分段分塊的形式有序進行，即從下到上，從墻到拱的順序依次噴射，噴射總厚度不小于10cm。等到噴射的第一層混凝土終凝之后，再開展下一層的噴射。在噴射之前，需設(shè)置好噴射厚度的標志，以有效控制噴射厚度。

砂礫石層的開挖按照每天3 個循環(huán)進尺來進行，每個循環(huán)為8h，每次進尺0.5m，即每日進尺1.5m。

3.2 黏土巖層的開挖施工

（1）施工準備。配置好施工人員，準備好施工所需的設(shè)備、水電等。

（2）測量放線。采用全站儀開展測量放樣工作，由專業(yè)的測量人員負責。

（3）鉆孔施工。按照設(shè)計位置的中線以及開挖輪廓線分別布孔進行鉆孔作業(yè)。鉆孔完成后進行檢查，保證位置偏差不能超過50mm。

（4）裝藥爆破施工。采用光面爆破，崩落孔通過直徑Φ35 的藥卷進行連續(xù)裝藥，周邊區(qū)域的光面爆破孔通過直徑Φ20的藥卷竹片進行捆扎，并間隔放藥。

（5）通風散煙以及除塵。隧洞中啟動通風設(shè)備，將爆破后產(chǎn)生的煙塵、有害氣體排出，等到氣體散盡之后，再灑水除塵。

（6）出渣。由于隧洞斷面較小，為滿足出渣過程中的車輛錯車問題，大約在隧洞進出口200m 的位置設(shè)置會車道。

（7）鋼支撐、掛網(wǎng)以及錨桿施工。鋼支撐結(jié)構(gòu)均在加工車間進行制作，分別制作拱腿以及圓弧等部分，通過1cm 厚度的鋼板螺栓將不同部位連接起來。拱腿部分按照設(shè)計尺寸直接下料加工，圓弧部分根據(jù)弧度的要求，通過彎拱機進行制作[5]。制作好后，送入施工現(xiàn)場。針對不同類型圍巖進行組裝，將拱腿、圓弧等鋼支撐元件按照場地實際情況進行拼接安裝，并通過錨桿鎖住，使鋼支撐結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，形成一個整體。

（8）混凝土噴射。噴射之前的準備工作同3.1 節(jié)。噴射時要采用分段分塊的形式有序進行，即從下到上，從墻到拱的順序依次噴射，噴射總厚度不低于10cm。

黏土石層的開挖按照每天2 個循環(huán)進尺來進行，每循環(huán)一次為12h，每次進尺2m，即每日進尺4m。

4 支渠隧洞的支護施工

4.1 總體支護施工

（1）V類（1）圍巖支護。對于V類（1）圍巖采用鋼支撐、錨桿、混凝土噴射支護外，還加入鋼拱架支護，間距設(shè)置為50cm/榀。錨桿是由直徑Φ18 尺寸的HRB400鋼筋制作而成，其長度為1.5m。需要打入巖層大約1.2m 深。外露的部分需要制作成L 型，和鋼拱架的翼板焊接固定。拱架之間通過直徑Φ22的鋼筋連接，每2個鋼筋的間距為40cm。網(wǎng)片采用Φ8 直徑I 級鋼筋支撐，網(wǎng)格設(shè)置為20cm×20cm。噴射C20 規(guī)格的混凝土厚度約10cm。

（2）V類（2）圍巖支護。對于V類（2）圍巖在初期先采用基于超前小導(dǎo)管灌漿的超前支護，之后通過鋼支撐、錨桿、混凝土噴射支護以及鋼拱架支護，間距設(shè)置為80cm/榀。注漿的小導(dǎo)管為孔距在30cm 的單排孔，孔深為3m，孔徑為Φ40mm，外傾角約3～6°，注漿采用水泥漿。支護的鋼拱架為I14型號的工字鋼，在頂拱區(qū)域的腹板上預(yù)先留有孔眼。為了保證掌子面的圍巖穩(wěn)定性以及注漿的壓力，避免漿液導(dǎo)流的問題，采用混凝土噴射的方式進行封閉，噴射的厚度在10cm 左右，錨桿是由直徑Φ18 尺寸的HRB400 鋼筋制作而成，其長度為1.5m。需要打入巖層大約1.2m 深。外露的部分需要制作成L 型，并與鋼拱架的翼板進行焊接固定。拱架之間通過直徑Φ22 的鋼筋連接，每2根鋼筋的間距為40cm。網(wǎng)片采用Φ8 直徑I 級鋼筋支撐，網(wǎng)格設(shè)置為20cm×20cm。噴射C20規(guī)格的混凝土厚度約10cm。

（3）加固初支。隧洞加強段初支采用的是鋼支撐、錨桿以及混凝土噴射的支護形式，開挖之前需要進行超前小導(dǎo)管支護，增加強度，注漿的小導(dǎo)管為孔距30cm 的單排孔，孔深為3m，孔徑為Φ40mm，外傾角約3～6°，注漿采用水泥漿。支護的鋼拱架為I14型號的工字鋼，在頂拱區(qū)域的腹板上預(yù)先留有孔眼。為了能夠保證掌子面的圍巖穩(wěn)定性，以及注漿的壓力，避免漿液導(dǎo)流的問題，采用混凝土噴射方式進行封閉，噴射的厚度不小于10cm，錨桿是由直徑Φ18 尺寸的HRB400 鋼筋制作而成，其長度為1.5m。需要打入巖層大約1.2m深。外露部分需要制作成L 型，與鋼拱架的翼板進行焊接固定。

4.2 基于鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的隧洞支護施工

基于鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的隧洞支護施工流程見圖2。以鋼拱架支護施工作為重點，對該支渠隧洞的鋼拱架施工進行論述。

圖2 鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的隧洞支護施工

（1）鋼拱架制作。鋼拱架按照設(shè)計尺寸在加工車間進行下料，加工完成后做好編號標記，并通過汽車將鋼拱架運送到施工現(xiàn)場，分節(jié)分段安裝，利用鋼板螺栓進行連接固定。

（2）清理現(xiàn)場。先進行現(xiàn)場清理及測量放線，將松動的巖石、石渣清運干凈，并做10cm 以內(nèi)的欠挖處理?，F(xiàn)場檢查合格后可進行后續(xù)的架設(shè)施工。

（3）鋼架架設(shè)。搭設(shè)簡易工作平臺，按照本段巖層的情況設(shè)置間距，找準定位[7]之后先安裝鋼架。對于底腳存在超欠挖的問題，需要加入墊塊墊石以保證鋼架的穩(wěn)定。此外，還需要利用連接鋼筋把新安裝的部分與上一榀焊接連接，并通過錨桿固定、焊牢。對于每榀鋼架至少安裝3 點的錨桿固定底腳，每點要有2 根，形成一個穩(wěn)固的整體。

（4）掛網(wǎng)與噴混凝土。鋼筋網(wǎng)采用的是240MPa 屈服強度光面鋼筋制作而成，首先是初凝，噴射3～5cm厚度的混凝土，將鋼筋緊貼著巖面在鋼架的外沿掛上去，再進行混凝土復(fù)噴。噴射混凝土要按照分段、分片的方式有序進行，一般為由下到上。在初噴的混凝土終凝之后才能復(fù)噴。如果因故中途擱置，初凝超過1h才進行復(fù)噴，則需要先通過高壓水槍沖洗初噴面，再進行混凝土的噴射。混凝土噴射距離在0.6～1.2m 之內(nèi)，以螺旋的形式進行噴射。噴射后檢查厚度，如果沒有達到要求，需要追加噴射，直到達到設(shè)計厚度位置。復(fù)噴2h之后，進行為期2周的養(yǎng)護。

5 結(jié)束語

在支渠隧洞工程施工中，需要充分考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境，對于強度、穩(wěn)定性等都比較差的砂礫石巖層，可采用銑挖機開挖小斷面，且開挖前布設(shè)注漿超前小導(dǎo)管，增強圍巖強度。并利用鋼支撐、掛網(wǎng)、混凝土噴射等方式形成穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)，對于提高施工質(zhì)量及安全性具有理想的施工效果。