績溪抽水蓄能電站尾水隧道支護技術

宋 平/SONG Ping

（中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250003）

由于鐵路、公路、水利工程需求的逐漸增加，隧道建設需克服的復雜地質越來越常見[1]。黃解放等為解決破碎帶軟巖大變形問題，提出隧道支護變形分級預警方法[2]；李海原介紹了超前強支護技術，成功穿越長斷層[3]；張粒等研究了特大斷面隧道支護的力學特性和位移規律[4]；王林等推導了開挖面極限支護壓力表達式，得到了破碎帶極限支護力的變化規律[5]。

本文針對尾水隧洞斷層穩定性差，易失穩，支護難度和工作量大的問題，研究了洞室支護、特殊部位和不良地質地段的處理方法和施工技術。

1 工程概況

尾水隧洞易在隧洞局部頂拱形成不穩定的楔體，尤其是層間擠壓帶與斷層、巖脈及節理的組合，易在洞頂產生掉塊等失穩現象，斷層帶穩定性差。巖體相對較破碎，洞室圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，斷層帶屬Ⅳ～Ⅴ類。

2 洞室支護施工技術

2.1 支護形式

不同工程中不同地質所采用的支護形式也不同，針對績溪地質情況，尾水隧洞支護形式有砂漿錨桿、噴素混凝土、鋼筋網噴射混凝土、管棚支護以及鋼格柵拱架等形式，局部布設隨機排水孔；5#施工支洞與尾水隧洞分岔口進行鎖口支護。隨機支護參數根據現場實際情況確定。

5#施工支洞開挖至尾水隧洞的交叉部位應對尾水隧洞洞口進行鎖口錨桿支護后方可進行隧洞開挖，鎖口錨桿參數?28@1.5×1.5m，L=6m，入巖5.9m。交叉口位置根據現場地質情況進行加強，加強支護范圍從交叉口位置向外延伸長度為2 倍洞徑，且不小于10m。

Ⅱ類圍巖支護形式為：隨機砂漿錨桿（?25mm，L=4.5m），入巖4.4m，隨機噴C25混凝土，厚5cm，如圖1 所示。Ⅲ類圍巖支護形式：頂拱180°范圍內采用系統錨桿支護系統（?25mm，l=4.5m），入巖4.4m，間距1.5m，排距1.5m，采用梅花形布置（8/9 根交錯），頂拱180°范圍內系統噴射混凝土，厚度5cm，龍骨筋錨桿與主體錨桿牢固緊密連接，如圖2 所示。

圖1 Ⅱ類圍巖支護形式

圖2 Ⅲ類圍巖支護形式

Ⅳ類圍巖支護形式為：系統砂漿錨桿（?25mm@150×100cm、L=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內打設，呈梅花形分布（12/13 交替分布），預噴C25 混凝土，厚5cm，設置格柵拱架@100，頂拱和邊墻進行系統噴射鋼纖維砼CF25，厚25cm，如圖3 所示。

圖3 Ⅳ類圍巖支護形式

Ⅴ類類型圍巖支護形式：填土系統圍巖砂漿填料錨桿支護（?25mm@100×75cm、l=4.5m），入巖4.3m，從邊墻至頂拱全斷面范圍內打設，呈直角梅花形分布（19/18 交替方向分布）。頂拱灌漿采用自動直鉆式中空錨桿注水灌漿方式錨桿間距R25，L=4.0m 錨柱間距50cm，排距150cm，外傾傾斜角度15°。預噴C25 混凝土，厚5cm，設置格柵拱架@75cm，頂拱和邊墻進行系統噴射鋼纖維砼CF25，厚度25cm；如圖4 所示。

圖4 Ⅴ類圍巖支護形式

2.2 錨桿支護施工

1）錨桿施工程序 尾水支護隧洞主要采用自動噴砂式混凝土隨機施工掛網，尾水錨桿采用?25mm，l=4m（自動直鉆式中空尾水注入砂漿網和錨桿）、入巖4.5m 掛網進行尾水支護，砂漿網和錨桿施工采用“先注漿，后插桿”的傳統施工工藝。

2）施工方法 從錨桿孔的孔位開始鉆孔，高度按施工設計圖紙中布置的錨桿鉆孔高度位置順序進行，孔位高度偏差不大于100mm。水泥砂漿填料錨桿孔深度的允許角度偏差范圍為±50mm。錨桿板 用新型手風機式鉆孔機進行鉆孔，孔徑為?42mm。隨機增強加固后該錨桿的孔向與一個可能發生滑動的斷面的偏斜傾向正好相反，其橫向交叉夾角不得大于45°，斷層保護帶隨機加強后的錨桿須完全穿過斷層帶且不小于1.5m。鉆孔完畢后沖洗孔壁，清除殘渣并吹干積水。注漿錨桿施工采用先安裝注漿后連接插桿的安裝工藝方式施工，水泥砂漿錨桿灌注采用數控注漿機自動進行。注漿時將注漿排水管垂直插至孔底，保證注漿飽滿。注漿完成后用致密棉紗將注漿孔口暫時堵塞，防止漿液快速倒流。

安插錨桿采用風槍推送，人工智能輔助手動安裝。為保證已經灌注好的各種錨桿不會粘貼進氣孔壁，各種錨桿均在適當固定部位進行綁扎精密鉛絲。錨桿全部安裝好后使用打入1 根鋼管的楔子固定整個錨桿，并用土工布進行封堵，防止水泥砂漿滲入溢出。待土工砂漿全部凝固后，將土工布拆除，并用砂漿錨固劑或水泥砂漿將土工孔口底部封堵密實。

2.3 鋼筋格柵拱架施工

Ⅳ、Ⅴ類礦區圍巖和斷層隧洞破碎支護帶施工要求采用大型鋼筋綜合格柵拱梁桁架主梁加強隧洞支護，鋼格柵拱梁桁架主梁間距分別為100cm、75cm，采用?22mm 鋼筋連接，環向主梁間距約為85cm，鋼格柵拱架主筋施工采用?22mm 鋼筋，腹筋施工采用?12mm 鋼筋，箍筋施工采用?28mm 鋼筋。拱架施工采取在洞外材料加工廠洞內集中進行加工而后制作，洞內組裝而后完成的施工方法。圓弧形鋼筋加工采用彎曲機冷彎，并根據需要，制作成不同的單元標準件。單元標準件端頭部位焊接角鋼作為連接板，角鋼上設置M16（孔徑?18mm）螺栓，在洞內現場快速安裝，再點焊連接鋼。鋼格柵拱架坐落在牢固的基礎上，格柵拱架基礎采用混凝土墊層加預制塊的形式。

2.4 掛網施工

在Ⅲ類鋼筋施工制作過程中，對噴面進行隨機掛網，在圍巖鋼筋切割加工廠將一個盤圓形的鋼筋通過自動調直機切割成4.0m 以上的圓形直條。采用現場加工焊接、制作和人工綁扎，鋼筋形成網片全部焊接在已圍巖施工制作完畢的掛網系統或隨機掛網錨桿上，鋼筋形成網片。在Ⅳ類圍巖和斷層破碎帶處，進行頂拱180°范圍掛網支護，鋼筋網片與巖面距離為3～5cm。為有效確保鋼筋施工進度，可將一個盤圓形的鋼筋通過自動調直機切割成固定不同長度的鋼筋直條，然后加工焊接切割成100×150cm 的盤圓鋼筋施工網片，運送至施工作業面，直接加工焊接在已鋼筋施工處理完畢的供電系統鋼筋錨桿上。

3 特殊部位、不良地質地段的處理

3.1 多條平行隧洞開挖支護

尾水系統中3 條尾水洞是平行布置的隧洞，相鄰洞室距離較小，平行隧洞開挖遵行以下原則：采取掌子面錯開距離開挖，兩個開挖面錯開距離經試驗證明安全可靠，交錯距離不小于30m，待相鄰洞室中的錨噴支護完成后進行。洞室開挖爆破時，需檢查相鄰洞室的最近點振動是否滿足規范。每個隧道隨開挖隨支護，嚴格控制開挖與支護的距離，保證相鄰隧道施工的安全性和已噴射混凝土和錨桿不被爆破震動損壞。

3.2 尾水支管平交口部位的開挖

平交口開挖程序按照“先洞、后墻”的程序施工。平交口1.5～2 倍寬的大型環形洞徑建筑工程施工工藝重點技術范圍按照“短進尺、多循環、弱爆破、分部開挖、強支護”基本原則進行施工。

平交口段的開挖工程待施工主洞圍巖掌子面寬度超過了與岔道隧洞口一定寬度距離后，同時主洞圍巖加強錨桿支護和方向岔道隧洞口超前段封鎖口施工錨桿加強支護后方向即可施工開口，岔洞口在進口段2 倍以上洞徑寬度范圍內按上述施工原則進行施工，保證岔道隧洞口和平交口段主洞圍巖穩定。平交口粘土支護工程緊跟本次開挖過程作業面，針對開挖的特殊地質應力條件，采用長條式錨桿、掛網或預噴鋼筋混凝土、型鋼交口拱架、鋼筋混凝土型鋼鎖口等多種方式進行加強交口支護，加強后的支護區域范圍寬度不得大于開挖平口和交口粘土應力強度集中點的區域。

3.3 尾水隧洞斷層處理措施

加強地震斷層的超前性和探測。采取超前探測巖洞或地質勘查探測等技術手段探明大規模斷層的準確所在位置、產狀及其受影響范圍。針對性的確定安全有效的斷層施工技術方案。加強對斷層頂拱開挖的超前管道支護，在斷層頂拱的支護范圍預先超前支護管道。采用1 根?108×8mm鋼管，L=15m 時加大管棚，周圍支護采用一根直徑40mm 的小管引導管道并預注水泥漿作支持。斷層影響帶頂拱采用超前砂漿錨桿支護。上述支護措施延伸到大斷層帶以外5m。

4 結論

尾水蓄能系統支護地質條件相對復雜，一次開挖支護操作工程量大，時效性強。開挖與二次支護須平行交叉移動作業，且支護工作面多，相互制約，施工干擾大。采用合理的地下洞室支護施工技術布置施工通道，合理優化資源配置和有效利用后期施工流程資源、統籌安排和協調施工組織，可有效減少各環節工作的相互干擾，加快后期施工進度，保證工廠尾水系統后期施工的安全與穩定。