镇安抽水蓄能电站工程1#泄洪排沙洞开挖支护施工方法探讨

2019-04-09侯娟

陕西水利 2019年2期

侯娟

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安 710068）

0 前言

1#泄洪排沙洞进口布置在拦沙坝右岸上游。与施工期导流洞相结合，设有压短管进口的无压隧洞,洞身段长度为2170.438 m；进口闸室段长度为12.5 m,孔口尺寸为10.54 m×12.77m；进口连接段长度为12.5 m，进口底板开挖高程EL919.00 m，采用潜孔式平面闸门。洞身坡比3.0546%，进口开挖高程EL920.50 m，出口开挖高程EL854.203 m，出口采用挑流消能。1#泄洪排沙洞开挖典型断面为：8.4（宽）m×10.2（高）m和9.2（宽）m×11.6（宽）m。本工程工期紧，任务重，监理业主对隧洞的初期支护要求高，正确处理与合理安排隧洞开挖与喷锚支护的关系，是保证工程工期的重点环节。本次研究的重点侧重于通过现场的实际施工情况解决隧洞开挖和锚喷支护的关系问题。

1 施工方法及工艺要求

1.1 洞室开挖主要施工方法

1.1.1 施工准备

施工准备主要包括技术准备，施工人员和设备、材料的准备，施工风、水、电管线的延伸以及道路修筑等。

1.1.2 测量放样

测量人员采用全站仪测放隧洞中心线、顶拱中心线、设计轮廓线、两侧腰线，使用水准仪对底板高程进行控制，每个循环钻孔前进行设计线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况；断面测量滞后开挖面10 m～15 m，每5 m为一断面进行测量。

1.1.3 布孔、钻孔及验收

采用自制钻爆台车（见图1）作为施工作业平台，根据围岩分类情况，采用YT28型手风钻进行钻孔。Ⅱ、Ⅲ类围岩钻孔深度按3 m控制；Ⅳ类围岩钻孔深度按2 m控制，使用高压风冲洗钻孔，并经检查验收合格后，进行装药。

图1 钻爆台车结构图

1.1.4 装药、爆破

按照爆破设计要求进行钻孔、装药、堵塞及联网,作业时严格按照监理工程师批准的爆破设计成果进行操作，装药严格按照爆破设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行。

1.1.5 排烟

在洞口各布置一台通风量为2×55 kW的轴流风机通风排烟，确保洞内有害气体和粉尘含量在规范允许范围内，并定期进行有毒有害气体和氡气检测。

1.1.6 出渣

开挖石渣采用侧卸装载机配20 t自卸车运输出渣，开挖出的渣料运输路线为经漫水桥走左岸低线道路到指定弃渣场。

1.2 洞室支护施工

1.2.1 洞内支护形式

根据围岩类型不同，洞身段开挖支护断面形式分三种型式。

Ⅱ类围岩顶拱支护形式采用C25系统锚杆，L=4.5 m/6 m，深入岩石4.0 m/5.9 m，外漏0.1 m,间排距2.5 m，梅花型布置，挂网钢筋A6.5，间排距15 cm×15 cm，喷C25混凝土，厚10 cm；侧墙支护形式采用C25系统锚杆，L=4.5 m，深入岩石4 m，外漏0.5 m,间排距2.5 m，梅花型布置，随机挂网钢筋A6.5@15 cm×15 cm，喷C25混凝土，厚10 cm。

Ⅲ类围岩侧墙及顶拱支护形式采用C25系统锚杆，L=4.5 m，深入岩石4 m，外漏0.5 m,间排距2.5 m，梅花型布置，挂网钢筋A6.5，间排距15 cm×15 cm，喷C25混凝土，厚10 cm。

Ⅳ类围岩顶拱支护形式采用C25系统锚杆，L=4.5 m，间排距2 m，梅花型布置，深入岩石4 m，外漏0.5 m。地质条件较差地段采用I20 a工字钢临时支护，间排距1 m，C22纵向连接筋连接，通过锁脚锚杆固定，当系统锚杆与锁脚锚杆重叠时，采用锁脚锚杆固定。挂网钢筋A6.5，间排距15 cm×15 cm，喷C25混凝土，厚10 cm。

II、III类围岩开挖，支护滞后开挖不大于30 m，IV类围岩开挖，支护紧跟开挖。对于揭露出来的地质缺陷所显现的不稳定岩体，随时进行随机锚杆锚固；在特别松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室时，采取“一掘一支护”的方式进行支护施工。

1.2.2 洞室支护施工设备配置原则

（1）锚杆有4.5 m、6 m长锚杆两种，锚杆钻孔配备16台YT28手风钻钻孔,。

（2）喷射混凝土施工配置PZ-7喷锚机施工，喷射料在拌合站拌制，混凝土车运输进洞，人工转料进喷射机设备。

1.2.3 作业平台

洞室支护作业平台均采用自制台车形式。自制台车由型钢加工成刚性结构体，长、宽、高与作业面相宜，台车采用装载机进行现场移动。

1.3 锚杆施工

1.3.1 施工工艺流程

锚杆施工采用先注浆后插杆的施工方法，工艺流程见图2。

图2 锚杆施工工艺流程框图

1.3.2 水泥砂浆锚杆施工方法

（1）钻头选用要符合要求，钻孔点有明显标志，锚杆孔的开孔应按设计图纸布置的位置进行，其孔位偏差应小于10 cm。

（2）锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求。施工图纸未作规定时，系统锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面(或建基面)。锚孔深度必须达到设计要求，孔深偏差值不大于5 cm。

（3）钻孔结束，对每一钻孔的孔径、孔向、孔深及孔底清洁度进行认真检查记录。

（4）钻孔完成后用高压风清孔，将孔内松散岩粉、土屑粒清除干净。

1.4 喷砼施工

1.4.1 施工工艺流程

喷混凝土采PZ-7型喷锚机，混凝土采用8 m3混凝土罐车运输进洞。喷射混凝土施工工艺流程见图3。

图3 喷射混凝土施工工艺流程框图

1.4.2 施工方法和要点

（1）挂网施工

钢筋网在加工场加工成1.7 m×1.7 m的钢筋网片，搭接长度10 cm。钢筋网与锚杆端头用点焊或绑扎连接固定，钢筋网与岩面之间采用插钢筋支垫等方式，确保钢筋网在喷层内居中，保护层厚度不小于5 cm。

（2）喷射作业

喷射混凝土采用喷锚机喷射，受喷面顺序作业运用自下而上,分段长度不应大于6 m，喷射时先将低洼处大致喷平，再自下而上往复喷射。一次喷混凝土的厚度以喷混凝土不滑移不坠落为度，既不能因厚度太大而影响喷混凝土的粘结力和凝聚力，也不能太薄而增加回弹量。边墙一次喷射混凝土厚度控制在7 cm～10 cm，拱部控制在5 cm～6 cm，并保持喷层厚度均匀。

（3）混凝土养生

喷射混凝土终凝2 h后，及时采取有效措施进行洒水养护，养护时间不得少于14 d。在混凝土养护期间应制定专人每天进行养护洒水，对温度进行记录。

1.5 拱架施工

1.5.1 钢支撑加工

（1）钢拱架放样、制模

模具制作采用实地放样的方法，对模具先放大样，再用工字钢弯曲机把工字钢弯曲，多次校对后，最后使得工字钢的弦长、内外弧长度、半径符合设计规范要求，再精确找出接头板的正确位置。

（2）钢拱架弯曲、切割

每榀钢拱架分6个单元加工，设置5处接头。顶拱段为2个单元（A单元、B单元），A单元弧长7 m,B单元弧长5.065 m，均为两端设置23 cm长×23 cm宽，厚16 mm连接钢板,采用M20螺栓与相邻单元连接）；两侧直墙段为各为2个单元（C单元、D单元），C单元长4.114 m,两端设置连接钢板，D单元弧长5.23 m，一端设置连接钢板。单根9 m长工字钢弯曲结束之前需暂停弯曲，并将下一根9 m长工字钢与其进行牢固焊接，然后继续进行弯曲。

（3）接头板焊接

工字钢经弯好切割后，检查工字钢的弧长。在卡槽内放入接头板，对偏差很小的工字钢，通过调节接头板，保证接头板在轴向径向方向。要确保接头板上的螺栓孔要精确，与工字钢焊接时，保证四个方向对齐固定才能进行焊接，焊接完后，对接头板面、螺栓孔打整，确保工字钢组装连接的误差。

1.5.2 运输和安装

（1）钢支撑运输

钢拱架运输采用人工配合装载机，加工厂在发放钢拱架时必须按钢拱架规格认真发放。

（2）2钢支撑安装

检查合格的支撑用25 t履带吊吊装到位，支撑吊装采用两点起吊，在吊装过程中必须保持支撑平稳、无碰撞、无变形。钢管支撑吊装到位后，先不要松开吊钩，将支撑两端放在钢牛腿上，用人工辅助将支撑调整到设计位置后再将支撑临时固定。支撑临时固定后没及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预压轴力，预压轴力应分级匀速施工，反复进行。当预加轴力达到设计预加压力稳定后锁定，然后回油松开千斤顶解开钢丝绳完成该根支撑的安装。