简析涔天河泄洪洞在Ⅴ类围岩情况下的进洞施工方法

熊文玉

摘 要：笔者结合既往实际工作经历与经验，就涔天河泄洪洞在Ⅴ类围岩情况下的进洞施工方法进行相关分析与探讨，以期对以往工作经历进行总结，并对日后类似工作起到借鉴作用。

关键词：涔天河；泄洪洞；围岩；进洞；施工

中图分类号：TV651.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0087-02

1 概述

涔天河水库扩建工程导流洞工程主要为导流洞与2#泄洪洞组合。导流洞与2#泄洪洞部分结合，布置于同一个纵剖面上，全长830m，坡比2%，其中非结合段长146m，断面尺寸为12×12.5m（宽×高）。进口底板高程238.8m，进口预留高程为247.0m的岩埂，泄洪洞进口底板高程282m；出口底板高程224.5m，出口设有挑流鼻坎。

2 洞口地质情况

洞口地形较陡，平均坡度33°，硐脸为顺层边坡，高33m，岩层产状为N40°E·NW∠50°～68°，上部强风化岩体破碎，夹层发育，存在开挖切层后的顺层滑动问题。此外，边坡表部有2～5m的残坡积层，且基岩面坡度较陡，在雨季或受施工扰动后，存在覆盖层沿基岩面的塌滑问题。隧洞出口段还有多条小断层，破碎带宽度一般几厘米至0.3m，走向N10°～55°E，倾SE或NW，倾角多大于70°，隧洞出口在冲沟位置。泄洪洞出口洞脸范围围岩为Ⅴ类围岩，围岩为碎裂与散体结构，且极不稳定，岩体风化强，破碎，存在掉块、塌顶、涌水、流砂问题，甚至冒顶通天，成洞困难，同时因洞口位于山体坡脚处，在洞口开挖过程中，随着左侧山体的不断开挖减少，左侧山体会出现较严重的偏压现象，存在较大安全隐患。

3 进洞施工方法

3.1 施工方法

泄洪洞断面分三部分开挖成型，第一部分为上半洞全断面开挖，断面尺寸约为6*12m，第二部分为下半洞开挖，断面尺寸约为6*12m，第三部分为底板保护层开挖，断面尺寸约为2*12m。上半洞断面开挖采用全断面开挖；下半洞断面开挖采用中间爆破拉槽，两侧扩挖及底板保护层紧随拉槽的开挖方式；底部保护层开挖采用一次开挖成型。距洞口20m范围内的隧洞进洞开挖方式，采用预留核心土的开挖方式[1]。具体方案如下：

（1）在洞口外侧设置混凝土明拱段，针对洞口偏压的问题，在洞口偏压侧，设置钢筋混凝土承压墙；（2）在洞口明拱外侧50cm设置一排大管棚对洞口进行支护，管棚采用φ108mm，壁厚6mm，总长度L=20m；（3）洞内开挖主要采用人工开挖，部门区域可采用小型反铲开挖。每次开挖进尺不大于50cm，开挖完成后立即进行钢拱架及锚喷支护施工；（4）核心土开挖视现场情况而定。

3.2 施工工艺

（1）为保证岩体稳定及进洞安全，洞口支护采用大管棚支护形式，管棚沿拱顶开挖轮廓线以外0.5m布置单根长度20m，管棚采用351潜孔钻造孔，管棚纵向20m一次钻进，环向间距0.4m，钻孔角度同洞身角度。①管棚采用热轧无缝钢管直径φ108mm，壁厚6mm，总长度L=20m，节长9m、9m、2m交错布置（两头套丝，套管连接），在管壁上按间距50cm梅花型布置10mm小孔，钢管采用套管连接。②钢管最外端1.5m范围内不设置注浆孔，孔口用厚3～5mm钢板开孔焊接与注浆管等直径的小导管。

（2）洞口段设置长5m的钢筋混凝土明拱段。①将洞脸部位沿设计洞室开挖线向外侧进行40cm扩挖，以便进行明拱段钢筋砼的施工，明拱段为C20混凝土。②明拱段由钢格栅架组成，格栅间距30cm，横断面尺寸30*30cm，格栅拱架间采用有Φ25、Φ18钢筋布设钢筋网连接，钢筋网间距20cm。明拱段成型后在棚口设置1.5m高挡石护栏。③为增强明拱段与洞内支护的整体稳定性，将明拱段的格栅架与洞内系统锚杆焊接在一起。④明拱段的底部高程为根据现场实际情况而定，已不低于现有地面3m埋深为准。⑤格栅设锁脚锚杆，一端與格栅焊接，另一端锚入围岩。锁脚锚杆设置在格栅拱脚左右两侧拱肩及底脚，锚杆直径Φ28，长度L=4.5m，外露部位与钢支撑焊接。

（3）管棚及钢性支护施工方法[2]。①管棚施工方法。钻孔：利用CM351潜孔钻机，一次性钻孔成型，成孔孔径115mm；清孔：利用高压水、风将孔内余碴清理干净，以防塞管时卡管。装入钢管：用反铲分节将钢管插入，钢管连接采用套管连接，相邻钢管接头错开。高压注浆：用注浆泵将浆液压入孔内，通过注浆孔来加固围岩，注浆材料采用纯水泥浆，水灰比（重量比）1：1～0.6：1；注浆压力：初压0.1—0.2Mpa，终压0.3Mpa；注浆结束标准：注浆压力由小逐渐增大，注浆量由大逐渐变小，直到接近为0，闭浆10min，即可结束注浆。注浆水泥的强度等级为P.O42.5。堵孔止浆：堵孔质量的好坏，直接关系到注浆效果。堵孔包括钢管自身的封堵和钢管与孔壁之间空隙的封堵。一般在钢管最外端1.5m范围内不设置注浆孔，孔口用厚3～5mm钢板凿孔焊接与注浆管等直径的小导管来封堵。钢管与孔壁间空隙的封堵：利用自制工具将早强水泥砂浆塞入孔口封堵，封堵材料装入孔内不小于1m长度，确保封堵质量。②明拱段钢筋格栅加工及架设工艺。钢格栅加工制作时，构件的连接是关键性工艺，按洞身尺寸要求，每榀钢格栅分别加工顶拱圆弧及边墙支腿，各单元由钢筋、连接板焊接而成，焊缝处的厚度hf=10.7mm（翼缘），单元间以4套螺栓（4套M20×60）连接，纵向插入Φ25连接钢筋连接，环向间距为0.2m。刚格栅架设在明拱段的土包上，保护层厚度为5cm。

（4）在设置明拱段的基础上，对洞口左侧设置承压墙，起到减轻洞口偏压的问题。承压墙施工参数如：①承压墙设置在洞口左侧，洞室左侧开挖线为承压墙竖直面边线，高度约5m，顶部宽1.5m，底部宽3.5m，靠洞身侧为竖直面，靠河岸侧为斜面。②承压墙为C20混凝土，在承压墙底板基岩设置插筋，插筋直径Φ28，长度L=4.5m，外露1.0m。③将明拱段左侧的钢拱架竖向接腿预埋在承压墙内，间距按设计布置，并预留连接板。

（5）出口20m长度开挖范围中，现场采用“短进尺、弱爆破、强支护，勤观测”的施工方式，降低最大单段起爆药量，做到边开挖边支护，有效防止爆破震动造成的洞顶山坡和洞口岩石发生震裂、松动和塌方，出口洞段断层和破碎带增设随机锚杆。

4 施工中的注意事项

4.1 加强支护施工

在进洞施工中，支护是施工重点。洞内主要采用系统锚杆、刚性支护相结合的支护方式，喷射混凝土厚度大于20cm。在现场施工中，进尺开挖一结束，应立即进行支护施工。支护施工安排两个施工班组轮流进行，确保支护施工的及时。

4.2 洞内排水措施

泄洪洞洞内渗水较大，在施工中需进行排水处理。现场采用在洞顶部设置排水孔的排水措施，同时在洞内设置积水坑和水泵，将积水抽排至洞外。洞内排水孔设置5m长度，50孔径，孔内装PVC花管，在喷射混凝土施工过程中要将管口进行封堵保护，喷射混凝土结束后将封堵打开，确保排水孔的畅通性。

4.3 做好下部开挖的施工部署

洞口段的下部开挖是隧洞开挖的施工安全重点。在进行洞口段下部开挖时，同一榀拱架的两侧支撑不能同时挖除，要采用先开挖一侧，立即支护一侧，在开挖另一侧的施工顺序。不能让拱架两侧出现都悬空的状态。同时开挖中要严格控制进尺，每次开挖最多不得大于1m。

5 结语

涔天河泄洪洞出口进洞施工整体效果较好，未出现质量、安全问题。在进行洞口段开挖时，未出现塌方等质量问题，开挖施工安全连续，在进度要求时间内达到了进尺桩号。通过在涔天河泄洪洞出口段的进洞开挖施工，对同类型的隧洞施工有了深入的了解，为今后在隧洞施工中的进洞施工方案提供了有力的施工范本。

参考文献

[1]刘芳春，陈铁鑫.用超前导洞和蘑菇形断面扩挖法加快隧洞施工[J].水力发电，1983（09）：70-71.

[2]郭友刚，尹晓冰，石强.湖北某水电站拦河大坝导截流施工方法研究[J].科技创新导报，2010（32）：56-57.