水利水电工程中隧洞衬砌及喷锚支护加固施工关键技术的探讨

2024-02-09杨劲松

科技资讯 2024年24期

摘要：水利水电工程隧洞工程能够合理规划水资源，缓解用水和能源紧张问题，却受限于地质情况，存在一定施工隐患，应做好隧洞衬砌与支护加固施工。以湘河水利枢纽及配套灌区工程为例，简要阐述隧洞衬砌与支护结构，进而详细探讨衬砌及喷锚支护加固施工关键技术，并分析隧洞围岩稳定性，从而验证施工技术有效性。

关键词：水利水电工程"隧洞衬砌"喷锚支护"施工技术

Discussion"on"Key"Technologies"of"Tunnel"Lining"and"Shotcret-Bolt"Support"Reinforcement"Construction"in"Water"Conservancy"and"Hydropower"Projects

YANG"Jinsong

Sinohydro"Bureau"9"Co.，"Ltd.，"Guiyang，"Guizhou"Province，"550008"China

Abstract：The"tunnel"engineering"of"water"conservancy"and"hydropower"projects"can"reasonably"plan"water"resources，"alleviate"water"and"energy"shortages，"but"is"limited"by"geologicalnbsp;conditions"and"has"certain"construction"hazards."Therefore，"it"is"necessary"to"do"a"good"job"in"tunnel"lining"and"support"reinforcement"construction."The"article"takes"the"Xianghe"Water"Conservancy"Hubnbsp;and"its"supporting"irrigation"area"project"as"an"example"to"briefly"explain"the"tunnel"lining"and"support"structure，and"then"explores"in"detail"the"key"technologies"for"lining"and"shotcret-bolt"support"reinforcement"construction，"analyzes"the"stability"of"tunnel"surrounding"rock，"verifies"the"effectiveness"of"construction"technology.

Key"Words："Water"conservancy"and"hydropower"engineering;"Tunnel"lining;"Shotcret-bolt"support;"Construction"technology

由于水利水电工程的特殊要求及其所处的地理位置，应在不同位置修建引水隧洞，以达到引水发电、导流作用。而引水隧洞存在多边形与复杂性，一旦出现事故将会造成严重经济损失，威胁民众生命安全。为保证引水隧洞工程质量，诸多学者对其进行研究。余自业等人[1]根据东北地区冬季土体受冻胀影响引发渠道渗漏情况，以宁夏固海灌区为例，分析衬砌结构优化前后破坏规律等，构建三相耦合数学模型，以热-力-位移物理场反应衬砌冻胀机理。朱悦悦等人[2]对输水隧洞预应力灌浆施工技术进行研究，采取荷载结构法，推演衬砌环向拉应力，以有限元模拟技术合理性，表明该技术能够提高隧洞承载力。以上学者针对工程实际，对隧洞衬砌被破坏机理、结构承载机理等进行了研究，但对具体施工技术的研究不足。基于此，本文采用案例分析法对隧洞衬砌、喷锚支护加固技术进行分析，以便提高工程质量。

1"水利水电工程隧洞衬砌与支护介绍

湘河水利枢纽及配套灌区工程是一座以灌溉、供水、改善保护区生态环境为主，兼顾发电等综合利用的大型水利枢组工程。引水发电洞布置于左岸，为有压洞，总长854.2"m，洞身为圆形，开挖半径为4.2"m，底板坡降为1∶200，洞身Ⅲ、IV类围岩长度为204.2"m、148.35"m；洞身布置混凝土，锚杆长3.5"m，间排距为1"m，φ6钢筋挂网@20"cm×20"cm，喷混凝土厚10"cm作为一期支护；洞身衬砌采用C30混凝土（F250，W6），砌厚度60"cm；结构缝处采用W型止水紫铜片，施工缝采用橡胶止水条；顶拱90°范围内进行回填灌浆。

2隧洞衬砌及喷锚支护加固施工关键技术

2.1测量放样

隧洞测量工作中，包括放样洞内开挖断面、高程控制测量、平面控制测量、放样衬砌断面、钢支撑定位、贯通测量等，采取GPS与全站仪放样，便于在工作面上迅速放出工程轮廓线、钻孔孔位及隧洞中轴线，且对循环开挖面检查测量[3]。

2.2隧洞衬砌

隧洞衬砌能够提高隧洞耐久性与稳定性，其作为永久性支护层，可避免围岩坍塌、松动[4]。该工程根据实际情况，确定衬砌结构如图1所示。

2.2.1搭设模板

模板搭设作为隧洞衬砌施工关键环节，需及时清理基层围岩岩石，以高压水冲洗，设备难以接触地方人工凿毛，避免积水。之后，按照设计图纸参数，选择钢模板，要求模板稳定、平整，尺寸精准，最大偏差在±2"mm以内，保证衬砌成型混凝土尺寸达到设计要求。

2.2.2钢筋安装

钢筋原料进场，按照设计规格、型号堆放加工，每完成一段衬砌所需钢筋长度即可将其运输至现场，结合测量放线的高程控制点、衬砌轴线等，明确主筋、分布筋安装部位。

2.2.3预埋件施工

隧洞衬砌预埋件包括止水片、套管等。该工程按照规范尺寸加工止水片，装车运输至现场，安装于伸缩缝部位，利用封头木模板进行固定。预埋套管则要测定灌浆孔位置，一端与模板紧贴，一端连接钢筋网骨架，封闭处理。

2.2.4浇筑混凝土

该工程浇筑衬砌混凝土前，在搅拌站对材料集中拌和，进而将其运输至混凝土泵，开始浇筑，具体操作如下。（1）先浇筑底板，未免出现脱空缺陷，对其单侧下料，直至混凝土达到中线以上，借助其自重力增强底板密实度。之后，两侧对称开始下料，控制浇筑速度，保证两侧高度相同，以免一侧浇筑过快、混凝土较多导致模板跑位。（2）混凝土分层下料浇筑，使用振捣器振捣，排除内部气泡，无下沉方可停止，注意不能振捣过长，否则骨料离析影响施工质量。（3）混凝土覆盖草袋、洒水养护，时间在28"d以上。

2.3喷锚支护

隧洞内根据围岩情况、地质条件、应力要求等，结合工程实际布置锚杆，采取“喷锚+钢筋网”体系，优化支护加固效果，基本施工工艺流程为施工台车就位→标出孔位→钻孔→注浆→安装锚杆→封闭空口→验收→循环。

2.3.1材料准备

在钢筋加工场制作锚杆，利用自卸汽车将其运输至仓面，对其人工安装。并准备各项材料，水泥选用42.5"MPa硅酸盐水泥，骨料细度模数≤2.5，含水量≤6%，各粒径占比满足表1要求。

2.3.2钻孔

该工程根据砂浆锚杆排距、桩号等确定锚杆孔位，以红油漆标号。采用YT28手风钻造孔，按照测量放样标出孔位及设计要求，确定孔深、锚杆长度等。根据基岩面结构，钻孔角度可分为0°、30°、45°、90°，结合锚杆型号调整。该工程喷锚加固均先注浆、后插锚杆，锚杆孔径为锚杆直径+15"mm。钻头施钻中，对准锚杆孔位标记点下钻，控制孔位偏差在100"mm以内[5]。为保证钻孔角度准确性，安排操作人员手持地质罗盘，准确判断钻杆方向，避免出现角度偏差。

2.3.3注浆

锚杆孔验收后，选用注浆机注浆。该工程砂浆均以搅拌机现场搅拌，根据设计强度等级控制配合比，要求以称量装置对砂浆原材料进行严格控制，进而将其均匀拌和，做到随拌随用，禁止杂物、石块混入其中。在砂浆现场拌制中，结合不同钻孔角度、施工部位选用相应注浆设备，及时调整砂浆浓度。

2.3.4插杆

注浆施工后，需立即插入锚杆，施工人员可站在操作平台上作业，插杆后以水泥纸将孔口堵住，以免浆液倒流，进而将木楔子打入进行固定，直至砂浆强度达到75%设计强度，方能将其拔出。并且，插入杆体如果孔口未有砂浆溢出，应适当补充注入砂浆；插入孔内杆体长度应达到95%设计长度。

2.3.5钢筋网

工程伴随开挖隧洞分块、分区、分段实施，以φ6.0"mm光圆钢筋将其加工成2"m×2"m的网块，运输至现场后，以锚杆头点焊固定，以铆钉加密固定，网间铅丝扎牢。在安装钢筋片中，尽量贴近岩面，且将钢筋片电焊或绑扎至锚杆上，无锚杆部位以铆钉固定，使其连接成整体。

2.3.6喷砼

在喷锚支护中，混凝土喷射作为关键环节，将其喷射至钢筋网与岩面上，构成稳定支护层。喷射施工前先清除喷射面的杂物。用高压风吹洗岩面，即可喷射混凝土，选用C20混凝土，将其分2次喷射完成，控制每次喷射厚度在5～8"cm，前一次混凝土终凝后二次喷射混凝土，直至达到设计厚度（厚度为100"mm），表面要求基本平整。

3"隧洞衬砌与喷锚支护加固施工效果

3.1"建立模型

在隧洞开挖前，围岩应力处于初始应力状态。围岩开挖后受自身卸荷作用，内部出现松胀位移，导致应力重分布。而隧洞稳定性在于应力重分布后状态。该工程假定围岩是弹性介质，取洞室（r，）为中心原点极坐标，任意围岩一点应力公式如下。

其中，、、分别是初始应力、径向应力与切向应力；是计算点水平与径向夹角；是洞室半径；是围岩某点距离洞室中心间距。计算模拟隧洞情况，构建三维模型，模型尺寸50"m×45"m×1"m。

3.2"加固效果

该隧洞工程模拟衬砌、喷锚加固过程，结合实际荷载受力，确定竖直与水平方向混凝土设计值/标准值富余度及最大拉应力（如表2所示）。可见，工程衬砌、支护加固后，满足质量要求。

4结论

综上所述，水利水电工程隧洞施工存在多边形与复杂性，受不可预见因素影响，安全隐患较多，衬砌与支护质量对工程稳定运行具有直接影响。通过湘河水利枢纽及配套灌区工程分析，得到以下结论。

（1）喷锚支护应做好材料准备、钻孔、注浆、插杆、钢筋网、喷砼等工作，将锚杆与钢筋网联合使用，提高加固效果。

（2）隧洞衬砌与喷锚支护加固后，构建围岩、衬砌应力模型，确定其加固效果满足工程要求，维护围岩稳定。

参考文献

[1]余自业，陈家豪，徐存东，等.湿陷性黄土地基渠道抗冻胀衬砌结构优化模拟[J].中国农村水利水电，2023（10）：138-144.