水利工程隧洞衬砌及喷锚支护加固施工探讨

熊 昕

(江西省水利水电建设集团有限公司,南昌 330200)

0 引 言

水利隧洞工程加固难度比较大,需要综合考虑水利隧洞的用途和特点,选择有针对性的加固技术,制定科学的加固方案和计划,提升加固效果。和公路隧洞、铁路隧洞相比,水利隧洞在加固中,最困难的如何解决水对加固施工造成的不良影响,既要解决水渗漏、水损坏问题,也要对隧洞围岩进行加固。因此,需要联合应用多种加固技术,来提升加固效果。通过隧洞衬砌和喷锚支护,可很好的解决水利隧洞渗漏、围岩稳定性不足等问题,以保证水利隧洞运行的安全性。因此,开展水利工程加固隧洞施工的隧洞衬砌及喷锚支护施工的探讨分析就显得尤为必要。

1 工程概述

江西省兴国县长冈灌区改造工程加固隧洞47条,含洞室扩挖、洞室衬砌、回填灌浆等。左干渠加固隧洞29条、右干渠加固隧洞18条,社富支渠续建20条。本工程隧洞进出口及洞身段围岩为强～弱风化粉砂岩,岩体稳定性较差,洞身围岩类别为Ⅲ～Ⅳ类。

2 隧洞衬砌技术在水利隧洞加固的应用

为降低水对水利隧洞加固施工造成的不良影响,本工程在隧洞衬砌施工中采用了分层、分段施工的方法,保证横向分段和设计结构分缝的一致性,先进行底板衬砌,再进行边墙衬砌,最后进行顶拱衬砌。

2.1 模板安设

就案例工程而言,隧洞断面比较小,施工原材料运输的条件比较差,因此,不同隧洞位置采用了不同的模板,如隧洞边墙采用了木质模板,隧洞拱顶采用了铝合金模板,封头模板采用可加固定型的木质模板。但无论选择何种模板,在安设中都必须保证模板表面足够光滑、接缝足够严密,并有良好的稳定性和刚度。拱架使用前需要提前在样台上试拼装,重复使用时需要加强检查,如果发生变形、位移等要及时调整后再使用。并在拱架外缘沿着径向通过支撑结构体系和围岩顶紧,以免在进行混凝土衬砌浇筑中发生拱架变形问题。模板接头要平顺、整齐,尤其是挡头板和岩壁之间的间隙要嵌堵密实。

2.2 钢筋制作安装

本工程在隧洞加固衬砌中采用分段、分层衬砌的方法,隧洞断面钢筋分为两段,先进行底板施工,再进行边墙和顶拱施工,所用到钢筋需要统一加工完成,通过自卸汽车运输到隧洞施工现场进行安装,先安装底板钢筋,等底板混凝土浇筑后再进行边墙和顶拱安装,钢筋的绑扎和焊接,应由人工完成[1]。

2.3 混凝土衬砌

混凝土衬砌分段进行,先底拱再边墙,最后顶拱,从水利隧洞进口开始,逐步向出口浇筑。在整个混凝土衬砌中,必须保证中线、标高、断面尺寸、净空大小等全部都符合设计要求。所用的混凝土在隧洞口外附近布设搅拌机来提供,拌制好的混凝土通过移动小车运输到施工浇筑位置,通过人工铲锹的方法入仓,并用插入式振捣器进行充分振捣。

2.4 养护和拆模

当衬砌混凝土浇筑完成后10～12h,进行洒水养护,保证混凝土表面在养护期间始终处于湿润状态,为混凝土固化提供良好的条件,水利隧洞一般加固部位混凝土养护7d即可,针对一些特殊的、重要的部位,养护时间≥14d。

严格按照施工方案的规定确定模板拆除时间,在进行模板拆除时,不拆除侧面模板,保证混凝土强度达标后方可拆除,以免影响混凝土强度,以及出现缺角掉楞问题,尤其是隧洞边墙位置,在混凝土强度没有达到3.5MPa时,不能拆除。

2.5 衬砌施工质量技术要求

本工程围岩等级不同,混凝土衬砌厚度也不相同,为Ⅲ级围岩,为提升加固效果和质量,隧洞底板和边墙,衬砌混凝土的厚度≥20cm,拱顶需要采用混凝土喷锚支护技术。Ⅳ级围岩需要进行全断面加固,衬砌混凝土的厚度≥25cm。混凝土强度等级为C20,钢筋要采用强度比较高的HRB335,钢筋保护层厚度≥4cm,全断面衬砌时,每隔8～12m设置一道分缝进行止水,伸缩缝中需要布设橡胶止水带,以提升止水效果[2]。

在混凝土浇筑中,要保证混凝土能够充满整个模板,并继续充分振捣,在进行混凝土运输中,需要加强保护,以免混凝土发生离析、损失、混入杂质等,影响最终的衬砌效果。

3 锚喷支护技术在水利隧洞加固中的应用

3.1 锚筋和钢筋网施工

为提升加固效果,本工程锚筋和钢筋网施工中通过试验施工的方法,来确定最佳的施工方案,具体如下:钢筋网纵向钢筋、环向钢筋直径为6mm,网格间距为300mm,喷射混凝土保护层≥50mm,且钢筋网应与锚杆焊接牢固,交叉点连接宜采用间隔点相焊或隔点相绑的方法[3]。锚杆采用先注浆后插锚杆的施工方法,锚杆直径φ16,单根长度1.5m,锚杆纵向间距1.5m,梅花型均匀交错布置,钻孔深1.5m,孔径40mm,钻孔中灌注M25水泥砂浆。

3.2 技术参数

水泥要选择强度≥42.5MPa的普通硅酸盐水利;骨料的细度模数最大不能超过2.5,含水量最大不能超过6%,并且要满足表1所示的要求。

表1 喷射混凝土用骨料级配表

钢筋网纵向和环向钢筋直径为6mm,控制网格间距≤300mm,混凝土喷射厚度≥50mm,钢筋网和锚杆之间要通过焊接的方法,连接成一个整体,交叉点要间隔点焊。锚杆直径为16mm,单根长度为1.5m,按照梅花形均匀布置,钻孔深度为1.5m,孔径为40mm,锚杆灌注砂浆选择M25水泥砂浆,喷射混凝土的强度等级≥C25,抗渗标号≥W4,混凝土喷射厚度<100mm[4]。

3.3 混凝土喷射方法

为保证水利隧洞加固质量,在进行混凝土拌和中,水泥和速凝剂的称量允许偏差为±2%,砂石称量允许偏差为±3%。本工程在混凝土拌和中,采用容量在400L以上的强制式搅拌机进行拌和,控制搅拌时间≥1min。避免采用人工拌和混凝土,更不允许干喷混凝土,若混合料中加入适量外加剂,搅拌时间也要适当延长。混凝土在运输、存放等环节,需要加强保护,以免雨淋、水滴以及掉入大粒径石块,运输到施工现场的混凝土,需要过筛后才能装入到喷射机中。

混凝土正式喷射前,要将锚杆支护中产生的浮土、浮石、坡脚石渣等全部清理干净,对光滑的岩面进行凿毛处理,并安设混凝土施工作业平台,通过高压风枪对受喷面进行清洗,为正式喷射混凝土提供良好的条件[5]。

本工程在混凝土喷射中采用了湿喷法,按照施工作业分区分段的实际情况,从下到上依次喷射,喷射厚度需要满足施工技术参数的规定。在进行分层喷射时,要等前一层混凝土完成终凝后,再进行喷射。在混凝土喷射支护中要保证混凝土供料的连续性,并保证喷射机风压稳定,喷射完成,或者是因故障、异常等发生中断,需要将喷射机和输料管中的积料清理干净。将喷头和隧洞受喷面相互垂直,且喷头到受喷面的距离要严格控制,最好控制在60～100mm之间,以减少喷料回弹和流淌。在进行隧洞边墙混凝土喷射时混凝土回弹率≤15%,在进行隧洞拱顶混凝土喷射时混凝土回弹率≤25%。

为最大限度上提升水利隧洞加固质量,要保证混凝土喷射后,表面不会出现起砂、脱空、松弛、裂缝等缺陷。如果已经出现了这些质量缺陷,或者质量判定不合格,要及时上报,重新喷射混凝土。正式喷射混凝土之前,需要在隧洞岩石表明插入钢筋锚杆,控制每根钢筋锚杆之间的距离≤5m,钢筋锚杆伸出部分的长度,应为喷射混凝土的厚度,混凝土喷射完成后要保证混凝土能够实现对钢筋锚杆的全部覆盖。此外还要按照每100m2,布设3孔的数量用手风钻进行钻孔,以检查混凝土喷射厚度,实际厚度的平均值≥设计尺寸,未合格检测点的厚度应≥设计厚度的50%,且绝对值≥5cm。喷射混凝土终凝2h后,及时进行喷水养护,养护时间≥7d。

4 结 语

综上,结合实际案例,探讨了水利工程隧洞衬砌及喷锚支护加固施工技术,探讨结果表明,水利工程隧洞加固施工受到地理位置和工程特点的影响,加固施工难度比较大,仅凭混凝土衬砌技术,不能对隧洞围岩进行有效的加固。采用隧洞衬砌和喷锚支护相互结合的方法,可有效解决水利工程隧洞加固施工难度大、质量要求高的问题,并实现对隧洞围岩封闭加固,以提升水利隧洞的稳定性,延长使用寿命。