莫呼查汗水库导流隧洞临时支护及施工方案研究

李万金

(新疆水利水电项目管理有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 引言

随着水利枢纽工程建设的快速发展，水工隧洞开挖工程也越来越多。隧洞安全已经受到了众多专家、学者的关注[1-2]。影响隧洞安全的因素众多，支护方案、施工方案是其中的重要因素[3-5]。为了保证隧洞在施工过程中的稳定，需采取临时支护措施，加固围岩；同时，合理的施工方案可以减轻对隧洞稳定性的影响，保证工程安全。结合莫呼查汗水库倒流隧洞工程，对隧洞临时支护方案和施工方案进行研究。

2 工程概况

莫呼查汗水库为小(1)型IV等工程，是以灌溉为主兼顾防洪的综合性水库。导流兼冲沙放水隧洞布置于河道右岸，洞身段为有压圆洞，直径为3.1 m，由进口引水渠段、进口闸井段、洞身段、出口闸井段、出口引渠段、闸井交通桥、金属结构及启闭机安装共七个分部工程组成，全长362.058 m。

3 隧洞临时支护方案分析

引水渠段(0-049.096～0+000)：长49.096 m，纵坡i=0，进口底板高程2246.00 m，梯形断面，底宽6.1 m，开挖坡度为1∶0.3，边坡每10 m高度设一马道，马道宽2 m，边坡采用挂网锚喷支护，锚杆采用Φ25砂浆锚杆，孔排距2.0 m，L=4.5 m。

进口闸井段(0+000～0+010.500)：进口闸井段长10.5 m，宽度7.5 m，孔口尺寸3.1×3.1 m，底坡i=0，底板高程为2246.00 m，闸井平台高程2292.65 m。基础设置固结灌浆，伸入岩石6.0 m，孔排距3.0 m；开挖边坡采用挂网锚喷支护处理，锚杆长度4.5 m，孔排距2.0 m，梅花形布置。

洞身段(0+010.500～0+0+248.816)：总长238.316 m，纵坡i=1/40.77，断面为近似马蹄形，内径为3.1 m。隧洞洞身除进口10.0 m、出口46.0 m衬砌外及围岩条件较差的12 m采用钢筋混凝土衬砌以外，其余段均采用挂网锚喷处理。衬砌段衬砌厚度0.6 m～1.3 m不等。隧洞洞身全断面进行固结灌浆，孔距2.0 m，排距2.0 m，伸入围岩2.0 m，灌浆孔采用梅花型布置，隧洞衬砌段顶拱90°范围进行回填灌浆。

出口闸室段(0+248.816～0+260.016)：出口闸井段长11.20 m，宽8.10 m，闸门采用弧形闸门，孔口尺寸为2.5 m×2.5 m。纵坡i=0，底板厚度为2.2 m；基础布设间距2 m、φ25砂浆锚杆，锚杆长4.5 m，伸入基岩3.5 m，另基础设置固结灌浆，伸入岩石6.0 m，孔排距3.0 m；开挖边坡采用挂网锚喷支护处理，锚杆长度4.5 m，孔排距2.0 m，梅花形布置。

4 施工方案分析

4.1 施工顺序及方法

4.1.1 施工顺序

施工顺序：施工准备→施工测量控制网建立→施工临时道路修建→进出口洞脸明挖→洞脸锁口→石方洞挖→锚杆支护→挂网钢筋→喷射混凝土→衬砌段钢筋制安→混凝土底板衬砌→混凝土边项拱→回填灌浆→固结灌浆→工程收尾→竣工验收。

4.1.2 施工方法

采用电子全站仪测量并用油漆画出开挖边线，并按照试验段的爆破参数布孔。洞内石方开挖每工作面采用4～6台手风钻钻孔，人工填装乳化炸药，非电毫秒雷管微差爆破；周边进行光面爆破，导爆索起爆。爆碴由装载机运至洞口装20 t自卸汽车运至弃料场或利用料场堆存。对局部岩体破碎带采用锚喷等临时支护措施，以确保围岩稳定。

根据地质资料及现场揭示情况显示，隧洞主要为Ⅲ类围岩，洞身每循环钻孔深度2.2 m，进尺2.0 m。围岩开挖采用“新奥法”施工工艺，Ⅲ-IV类围岩采用全断面开挖，IV类较差、V类围岩采取上导坑(层)领进下层开挖的施工方法。

4.2 锚杆施工

(1)岩石边坡锚杆施工工序

岩石边坡锚杆采用的施工工序为：搭架杆→清壁→造孔→安装锚固剂→安装锚杆→封堵保护。

(2)岩石锚杆材料

锚杆：选用直径25 mm、HRB335钢筋。

水泥：采用425#普通硅酸盐水泥。

砂子：采用最大粒径<2.5 mm的砂。

(3)岩石锚杆施工方法

①孔位：锚杆孔按设计图纸布置，孔位偏差不大于10 cm。

②钻孔：锚杆钻孔设备采用手风钻钻孔或潜孔钻机，其钻孔直径为40 mm，钻孔深度为4 m～4.5 m，孔深偏差不大于5 cm。系统锚杆孔孔轴方向垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向，按照设计要求与可能滑动面的交角大于45°。

③冲洗：钻孔完成后，用压力风或水冲洗。

④锚杆注浆、安装：锚杆在钢筋加工厂制作，运至施工现场安装。锚固剂用水浸泡后，放入钻孔，将锚杆立即插入孔内，锚固剂凝固前，不得敲击、碰接和拉拨锚杆，或施加任何荷载。

4.3 喷射混凝土施工

(1)喷射混凝土施工工序

岩石边坡喷射混凝土采用干喷施工工序。

图1 喷射混凝土施工工序

(2)喷射混凝土施工设备

主要施工设备为：SP-2混凝土喷射机，JWHJ-375型强制式搅拌机，12 m3空压机。

(3)喷射混凝土施工方法

①施工准备：整理作业面；搭设工作平台，埋设喷射厚度标志。喷射前对施工设备、风、水、电等进行检查和试运行，对坡面渗水点进行妥善引排。

②拌制和运输：按照设计要求作好喷射混凝土的配合比试验，选择最优的喷射混凝土配合比。水泥、速凝剂偏差不大于±2%，砂、石骨料偏差不大于±3%。喷射混凝土混合料采取强制拌合机拌制，其拌制时间符合规范要求。混合料在运输、存放过程中防止雨淋、装入喷射机前混合料过筛，防止杂物混入影响施工。

③混凝土喷护：喷射混凝土施工前，对喷射混凝土各项指标进行检测试验，符合设计要求再进行施工。喷射混凝土应分段进行，自下而上喷射时，前一层混凝土终凝后进行，方可进行下一层喷射。完工后的喷射混凝土表面应平顺、密实，并做好质量检查记录。作业区气温和混合料温度不低于+5℃。

④养护：终凝2 h小后，喷水养护，时间不少于14 d。

4.4 混凝土衬砌施工方案

①施工分段、分块

施工分段：根据设计图纸结构型式，拟定导流兼冲沙放水隧洞洞身混凝土衬砌采用分段施工，共计5段。

导流兼冲沙放水隧洞采用有压洞，布置与河床右岸，由进口引渠段、进口闸井段、洞身段、出口闸井段、出口引渠段、闸井交通桥、金属结构及启闭机安装组成，全长362.058 m。

施工分块：根据洞型并综合考虑施工因素，混凝土衬砌确定采用分块浇筑，即先底拱、后边、顶拱。

②混凝土衬砌接缝处理

环向缝：即沿洞轴线分段形成的伸缩缝，按设计要求设置铜片止水，铜片止水的型号宽400 mm、厚1 mm，其结构型式为“Z”型。

③混凝土拌合和运输

混凝土供应由集中拌合站供应，混凝土水平运输采用混凝土搅拌运输车，混凝土入仓采用混凝土输送泵。

④进、出口渐变段模板

进、出口渐变段(方形变马蹄形)模板采用木模板，木模板采用散装木模(规格2 cm)，钢木围令。模板固定采用在侧墙打插筋孔，利用拉筋及钢管脚手架支撑。

⑤洞身衬砌模板

洞身下部侧墙及顶拱采用标准钢模，钢管围令，模板固定采用钢筋拉条及钢管脚手架支撑固定。

⑥钢筋施工

钢筋在钢筋加工厂内加工成型，人工装运，汽车运送至施工现场，直径22 mm以下的钢筋采用搭接，直径22 mm以上的钢筋采用焊接。

⑦混凝土浇筑

混凝土浇筑分为进、出口两个工作面进行施工。混凝土输送泵布置在进、出口洞口处，混凝土泵管接至浇筑工作面。混凝土从拌合站经混凝土搅拌运输车运至导流洞进口后(运距约1200 m)，用混凝土输送泵泵送混凝土入仓。

5 结论

为了保证莫呼查汗水库导流隧洞施工工期和安全，结合场地地质条件，采用分段支护的方案，以节省投资并保证隧洞安全。根据隧洞施工内容，从锚杆施工、喷射混凝土施工、洞身混凝土衬砌施工等3个方面对临时支护方案进行分析，施工过程中应严格按照施工工序、工艺要求进行，控制施工质量，以保证工程安全。