通风兼安全洞隧洞洞口段开挖及支护施工

通风兼安全洞隧洞洞口段开挖及支护施工
姜 波

【摘 要】 主要介绍软弱围岩洞口段使用超前小导管及钢格栅拱架支撑施工的方法。
【关键词】 通风兼安全洞 不良地质段 开挖支护施工
 
1、工程概况
响水涧抽水蓄能电站位于安徽芜湖市，为可逆式水轮水泵发电机组，装机容量为4×250MW。由上水库、输水系统、地下厂房系统、开关站和下水库等建筑物组成。其中通风兼安全洞（厂顶施工支洞）位于地下厂房的右侧，在开关站由N80°W走向进洞，后转为N65°E，再经过弯道转至地下厂房顶部。
2、工程地质
进口段为第四系覆盖，植被发育，地形坡度较平缓，其中高程37m以下地形约为10～15°，以上坡度略陡，约为20～25°。该部位覆盖层厚度变化较大，一般厚约2～5m。下伏基岩为黄马青组（T3h）薄～中薄层粉砂质泥岩、粉砂岩，呈全～强风化；其下为燕山晚期侵入的花岗岩（γ53(2)），二者呈不整合接触，接触面不规则。
3、开挖支护施工方法
3.1洞口段开挖方法
因通风兼安全洞设计进洞段的上覆岩层薄，花岗岩多呈强～弱风化，裂隙较发育，围岩完整性较差，围岩类别以Ⅲ～Ⅳ类为主。所以洞口段开挖需采用控制性开挖进洞。
洞挖爆破前首先进行爆破试验，根据振动控制标准确定爆破参数和掘进措施。初步拟定通风洞洞口段采用上导洞先行、扩挖跟进的方式与注浆小导管、钢格栅拱架加强支护的方式联合施工，24小时连续作业，每天平均进尺1.1m。上导洞领先于下导洞约5m，洞口10m段每循环作业进尺0.8m，再往里开挖每循环作业进尺1.6m。采用该施工方法的目的是顶拱开挖到位立即进行喷钢纤维、系统锚杆施工、钢格栅施工，如此确保顶拱暴露时间最短而最为安全。
上导洞开挖高度4m，采用锲形掏槽，崩落、周边光爆孔先后起爆方法。洞口10m段掏槽孔深1.8m，周边孔1.5m，循环进尺控制在1m；往里24.39m掏槽孔深3m，周边孔2.5m，，循环进尺控制在2m。
下导洞开挖高度4.3m，采用主爆孔先响，两侧、底板光爆孔后响的起爆方式，循环进尺控制3m。
钻孔孔径φ42mm，φ32mm乳化炸药装药、毫秒微差控制起爆。
3.2超前小导管与钢格栅拱架施工方法
因进洞初期围岩属Ⅲ～Ⅳ类围岩，进洞条件较差。洞口段属特殊加强段施工，该段需采用超前小导管、钢格栅拱架与喷钢纤维混凝土结合形成肋拱用于加强支护，依据“新奥法”原理，严格按“超前探测、超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤量测”的工艺要求进行施工。
3.2.1超前小导管施工方法
超前小导管施工是在破碎松散岩体中超前钻孔，插入φ42mm钢花管导管，并将其中的空气、水分排出，使松散破碎体胶结、胶化，形成具有一定强度和抗渗阻水能力的固结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性，使超前小导管与固结体形成一个具有一定强度的壳体，在壳体的保护下进行开挖支护施工。　
超前小导管采用4m／根的φ42mm，壁厚3.5mm的无缝钢管。钢管一端加工成尖锥形，距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为20cm布设φ6mm的孔眼4排，以利于小导管推入破碎岩体。采用4m/根的φ42mm钢花管布设在拱部，外插角10°（根据地质条件，按10～20°控制），环向间距40cm，纵向环距2.4m，搭接不小于1.5m，即每安装一排小导管，开挖支护2.4m。
在超前小导管施工前，首先喷射5cm厚混凝土封闭掌子面，为径向中空注浆锚杆注浆作好准备工作，然后准确测量隧道中心线和高程，并按设计标出小导管的位置，误差满足规范要求，测量定出隧道中心面，随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向，以控制外插角达到设计的标准，超前小导管安设的施工顺序为从两侧向拱顶进行。
注浆采用液压注浆机，注浆时，尾部应设封堵塞，当灌注水泥浆时，应在封堵塞上设注浆孔和排气孔。注浆时，当排气孔出浆后应立即停止注浆。
3.2.2钢格栅拱架施工方法
格栅拱架主筋采用φ25钢筋，连接筋采用φ16钢筋。每榀钢格栅拱架按设计要求分段分片加工，要求尺寸准确，弧形园顺，并在洞外平台进行试拼，堆放和运输时不得损伤和变形，安装前先除锈。
需安装钢格栅拱架部位开挖后或过程中，喷射钢纤维喷混凝土，封闭开挖面，然后安装施工前制作好的钢格栅拱架，按设计要求的间隔距离安装钢架支撑、钢筋网架设、钢架纵向连接钢筋，连接钢筋的环向设置间距按设计要求控制，随后再第二次喷射钢纤维混凝土。
钢拱架安装时严格按设计间距架立。为充分发挥钢拱架的承载能力，首先要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直；其次，架立拱部钢拱架时，严格控制左、右连接处标高，以防拱架偏斜，影响与边墙钢拱架的圆顺连接或侵入衬砌厚度。为方便拱部钢拱架与边墙钢拱架的连接，在拱脚连接处铺不小于20cm厚的粗砂或石屑。边墙钢拱架底部必须置于基岩上，以防下沉变形。钢拱架支撑安装完成后及时设定变形监测点，根据变形情况及时按照设计、监理要求对支撑系统采取加强措施。
3.3锚杆及喷砼支护施工方法
洞内锚杆均采用手风钻钻孔,孔位、孔径、孔深、孔向、孔排距符合设计与规范要求。锚杆施工采用 “先注浆、后插杆”的方法进行。注浆管先插入孔底，注入砂浆后慢慢地往外拔，全孔注满后，插入锚筋至设计深度后，进行孔口固定。
挂网钢筋用改装架子车作为施工平台，网片与锚杆可靠地固定。钢筋网的规格、网格间距等参数按设计要求确定。钢筋网绑扎时，尽量紧贴喷层，减少超喷。
喷钢纤维砼采用“湿喷法”施工工艺。每次喷层厚度按照5cm控制，分层施喷达到设计厚度，喷射部位预埋短钢筋头作为喷层厚度的标志。施喷时，控制喷枪的入射角、与岩面的距离、喷射方向等参数，确保砼喷射的质量，减少回弹率。
4、结 语
超前小导管与钢格栅拱架支护在通风兼安全洞洞口段开挖中起到了很大的作用，既保证了隧洞开挖的安全，又加快了隧洞开挖施工进度，保证了施工质量。