引水隧洞主洞超前及临时支护技术方案.pdf
1、施工方法、工艺 1.1 超前支护 1.1.1 V级围岩超前支护 关州水电站C4 标段引水隧洞5#洞上游9+2359+352.19, 长 117.19m；6#洞下游 14+195.9314+287,长 91.07m，设计均为 V级围 岩，易出现断层、冲沟及破碎带，为保证施工质量安全，需进行超前 支护。类围岩开挖前沿拱部设计开挖轮廓线外10cm施作超前小导 管（42，L4.5m,2 030cm ，排距 3.0m） ，初喷 C20砼 35cm ， 打设25，L=3.5m系统锚杆，间排距1.0m，挂8mm15×15cm钢筋 网、架立钢支撑并复喷C20砼 1015cm 。超前小导管外插角为5° 10°，纵向搭接长度不小于1.5m，采用 YT28型风枪进行钻孔并顶进 超前小导管，小导管插入孔内的长度不小于管长90% 。尾部与型钢钢 架焊接固定， JYZ 2 型注浆泵进行注浆作业。 制作钢花管： 42mm超前小导管在钢构件加工场制作。前端做 成尖锥形，尾部焊接 8mm 钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错布置 注浆孔，孔眼直径为68mm ，详见图 1 注浆小导管加工图。 小导管安装：采用ZM-12T型煤电钻钻设锚杆孔后，将小导管按 设计要求插入孔中， 外露端支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同 组成预支护体系。 图 1 注浆小导管加工图 注浆：注浆设备采用JYZ 2 型注浆泵，注 M20水泥砂浆，砂浆 8mm 加劲箍 50cm 42mm 普通钢管 15cm 的配合比由现场试验确定， 在管口处设止浆塞。 水泥砂浆采用小型砂 浆搅拌机拌制，注浆压力一般为0.5 0.8MPa 。注浆前先喷射混凝土 35cm 封闭掌子面作止浆盘，若注浆未达到压力要求，应调整浆液 浓度继续注浆， 直至符合注浆质量标准， 确保钻孔周围岩体与钢管周 围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。 注浆先从拱顶开始向下注，先灌注“单”号孔，再灌注“双”号 孔。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况适当调整。注浆作业中 认真填写注浆记录， 随时分析和改进， 并注意观察施工支护工作面的 状态，试挖掌子面，无明显渗水时，即可进行开挖作业。 质量要求： 钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角。并对每个孔 进行编号。 钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在 5 O 10 O ，钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1% 左右，并控 制在 4cm 6cm之间。 严格控制钻孔平面位置， 小导管不得侵入隧道开挖线内，相邻 的钢管不得相撞和立交。 经常量测孔的斜度， 发现误差超限及时纠正， 至终孔仍超限者 应封孔，原位重钻。 掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。 工艺流程图：参见图 2 小导管施工工艺框图 图 2 小导管施工工艺框图 1.1.2 级围岩超前支护 关州水电站 C4标段引水隧洞 6#洞下游 13+608.4014+195.93, 为级围岩。长 587.53m米，主要以千枚岩、二云片岩为主，岩性软 弱，层理发育，局部有节理水发育，设计采用超前锚杆进行支护，锚 杆型式采用 25砂浆锚杆，长度 4.5m，搭接长度为 1.5m。 3.2.6 特殊地质情况处理 1）渗水 当隧道开挖有渗水现象时，主要以抽、排为主。采用锚固钉及 PVC窄条将 50 的透水软管固定在渗水处， 根据渗水点的密集度选择 透水软管的安设方式和间距， 然后喷射砼封闭岩面。 软管则埋在喷射 砼层内，在拱脚处露出砼层一定的富余量与纵向设置的80 透水盲 沟相连。让渗水通过软管流到集水井当中然后通过抽排设备排至洞 外。 1.2 临时支护 1.2.1 V级围岩临时支护 关州水电站 C4标段引水隧洞 V级围岩临时支护采用锚、 网、喷、 型钢钢架联合支护的方式进行支护。锚杆采用25 的锚杆，拱墙全 断面布设，长度为3.0m，间距为 1.0m×1.0m(环×纵 ) 全断面铺设 6.5 钢筋网，间距15cm ×15cm 。喷射 C20混凝土为 10cm ，采用 I18 型钢钢架进行支护，间距为0.51.5m(中至中)。 地质调查浆液选择 注浆设计 现场试验 配比试验 注浆参数 效果检查 制定施工方案进行施工施工准备 设备准备 管材加工 材料准备 喷砼封闭掌子面 机具准备 钻孔打小导管 注浆 开挖 1.2.2 级围岩临时支护 关州水电站 C4 标段引水隧洞级围岩临时支护采用锚、网、喷 联合支护的方式进行支护。锚杆采用25 的锚杆，拱墙全断面布设， 长度为 3.0m，间距为 1.5m×1.5m(环×纵 ) 全断面铺设 6.5 钢筋网， 间距 20cm ×20cm 。喷射 C20混凝土为 10cm进行临时支护。 1.2.3 级围岩临时支护 关州水电站 C4 标段引水隧洞级围岩临时支护采用锚、网、喷 联合支护的方式进行支护。锚杆采用25 的锚杆，拱墙全断面布设， 长度为 3.5m，间距为 2.0m×2.0m(环×纵 ) 全断面铺设 6.5 钢筋网， 间距 20cm ×20cm 。喷射 C20混凝土为 8cm进行临时支护。 1.2.4 级围岩临时支护 关州水电站 C4 标段引水隧洞级围岩临时支护采用随机锚杆和 喷射 5cm厚 C20混凝土作为临时支护。 1）25锚杆施工工艺 锚杆采用先注浆后插杆体法施工。锚杆钻孔在各台阶上利用简易 自制台架施钻，按照设计间排距，尽可能垂直结构面打入，高压风吹 孔。成孔后注浆， 注浆需要达到成孔体积的三分之二，再用风枪将锚 杆送入孔内，并使杆体位于孔位中央。锚杆尾端焊接在型钢支撑上， 以便共同受力。 施工工艺流程见图 3。 图 3 砂浆锚杆施工工艺流程图 2） 6.5钢筋网 锚杆制作 各项工前准备 锚杆钻机就位 锚杆孔位测量放样 机械设备保养准备注浆材料 注浆设备就位 钢筋网片采用 6.5钢筋焊制，全部集中在钢筋加工场内加工。 先用钢筋调直机把钢筋调直， 再截成1.5m长的钢筋条，然后焊接成 1.5 ×1.5m的钢筋网片（为方便洞内安装， 此规格可根据钢架间距及布设 位置作调整）。 钢筋焊接前要先将钢筋表面的油渍、漆污、水泥浆和用锤敲击能 剥落的浮皮、铁锈等均清除干净；加工完毕后的钢筋网片应平整，钢 筋表面无削弱钢筋截面的伤痕。 制作成型的钢筋网片必须轻抬轻放，避免摔地产生变形。 钢筋网 片成品应远离加工场地， 堆放在指定的成品堆放场地上。存放和运输 过程中要避免潮湿的环境，防止锈蚀、污染和变形。 按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋网片使用前清除 锈蚀，绑扎固定于先期施工的钢架之间和系统锚杆之上，再把钢筋片 焊接成网。用混凝土块衬垫在钢筋和围岩之间，以保证钢筋和围岩之 间保持 3050mm 的间隙。 3）I18 或I20 型钢钢架 隧道钢架支护级围岩采用I18 或 I20 型钢钢架，全断面按 1 榀 /0.5 1.5m 设置；设计为全断面支护，台阶法进行开挖和支护，上 部台阶高度为 35m,钢架采用分段加工，洞内现场拼装。在洞外加工 时根据设计图纸放出大样图， 并确定分段长度， 加工完成后需进行现 场预拼装，根据拼装效果 隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元及时安装钢架， 采用与定位 锚杆、径向锚杆的方式固定钢架，针对洞口浅埋土质围岩地段，在每 一台阶开挖两侧拱脚增设两根锁脚锚杆，采用22钢筋，长度为 3m 。 钢架环向采用 1822钢筋进行连接， 环向间距为 1m ，并内外侧交锚 布置。钢架之间铺挂 6.5钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度，并 及时进行围岩监控量测。 型钢钢架施工工艺流程图见图5。 加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出加工大样。钢架弯制 采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后， 先在 加工场地上进行试拼。各节钢架拼装成型后，要求尺寸准确，弧形圆 顺，要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm 。连接底板螺栓孔眼中间误 差不超过± 0.5cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm 。钢架应尽量 减少中间型钢焊接接头，当确需焊接接头时，应错开处理（两相邻型 钢不得在同一位置处接头） ，焊接接头处理时需先将型钢对接后，再 双面邦焊 10mm 厚钢板，钢板尺寸为 18cm 宽，20cm 长。加工示意图如图 4所示。 图 1 I20型钢钢架连接加工图 (cm) I20型钢 6.3/4 角钢 (d=5mm) 钢板(d=15mm) | 24螺栓孔 | 24螺栓孔 I20型钢 钢板(d=15mm) 图 4 I18或 I20 型钢钢架连接板加工图 图 5 型钢钢架施工工艺流程图 钢架拼装在掌子面开挖初喷完以后立即进行。 各节钢架间以螺栓连接， 连接板应密贴。 为保证各节钢架在全环 封闭之前置于稳固的地基上， 安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及 初喷 定位锚杆施工中线标高测量 清除底脚浮碴 钢架加工、质量验收 杂物。 为保证钢架位置安设准确， 隧道开挖时在钢架的各连接处预留连 接板凹槽。初喷砼时，在凹槽处打入木楔，为架设钢架留出连接板位 置。为增强钢架的整体稳定性，将钢架与锚杆焊接在一起。钢架纵向 连接采用 22钢筋，环向间距 1m ，内外交错布置。 为使钢架准确定位，架设钢架时尽量利用径向锚杆定位固定。 架立钢架后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。 喷 射砼分层进行，每层厚度710cm 左右，先从拱脚或墙角处由下向上 喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱 脚（墙角）失稳。 4）防止钢架下沉的措施 拱部开挖安装型钢拱架后， 由于围岩的自稳性较差以及各部开挖 拉开了一定距离， 钢架短时间内不能全断面闭合，有可能会出现拱顶 钢架下沉，导致围岩失稳或侵入衬砌界限，因此在施工过程中需加强 对钢架安装以后的监控量测， 必要时采取有效措施进行加固，以防止 拱顶钢架下沉。具体措施如下： a、加强对钢架的径向固定措施 钢架安装与系统锚杆固定在一起，另外，要加强锚杆和钢架的焊 接质量，确保钢架和锚杆连接紧固。 两榀之间的环向连接钢管必须按 照设计间距进行焊接连接，同样要严格保证焊接质量。 b、加强对钢架的锁脚固定措施 由于采用分部开挖方法， 拱部钢架安装后， 钢架暂时不能全断面 封闭成环，同时， 因隧道围岩较差，拱部钢架无法坐落在坚实的基岩 上，因此，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以 防止钢架下沉或两底脚回收， 钢架锁脚采用两根 L=3.0m的22锁脚锚 杆锁定，锚杆采用 22螺纹钢，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差 时，采用加长锁脚锚杆长度和再增设一根锁脚锚杆以加强钢架的稳 定。 c、加设钢架基础基座垫块，扩大开挖底脚，防止钢架悬空 由于隧道围岩均较差， 拱脚位置基础承载能力较差，为防止拱架 下沉，除应清理虚碴以外， 还应增加拱脚混凝土垫块，以提高拱脚基 础承载能力，采用台阶开挖时下部钢架应错开35榀进行施工，以防 拱架整体下沉。 d、及时喷射混凝土进行覆盖 钢架安装完成后， 及时进行喷射混凝土， 喷射时分层、 分段进行， 钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于20mm 。 e、加强对钢架的应力和变形监测 钢架安装后， 加强对钢架的应力和变形观测，对钢架所承受的应 力以及变形速率和位移进行监测，通过反馈数据分析， 测定钢架的稳 定性能，一旦发现钢架有下沉或变形失稳的趋势，立即采取加固措施 进行处理，同时依据反馈信息进行方案的修正和优化。 f 、防止施工过程中的碰撞和损坏 机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械对已支护好钢架进行碰撞 和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行 指挥，严格限制机械作业界限，以防止碰撞钢架。 5) 施工要点 a 钢架应按设计位置安设, 钢架之间必须用钢筋纵向连接，并 与钢架进行可靠焊接。 拱架安设过程中当钢架与围岩之间有较大的空 隙时，设垫块垫紧。 b 钢拱架应安设在隧道横向竖直面内。 c 钢架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支 护的效应。 d 喷射混凝土时，要将钢架与岩面之间的间隙喷射饱和达到很密 实。 e 喷射混凝土应分层次分段喷射完成，初喷混凝土应尽早进行 “早喷锚”，复喷混凝土应在拱架安装完成后及时进行，达到锚喷支 护联合受力的要求。 6) 喷射混凝土 a 机具及材料准备 使用科达PZ-6B 混凝土湿喷机，该种机具最大输送距离，水平 30m ，垂直 20m ，回弹率 20，重量 2000kg。JCQ3.5型砼搅拌运输车、 JS750型砼拌合站、厦工XG953 装载机、自制作业平台。 速凝剂：选用优质高效的液体速凝剂, 其掺量不大于水泥用量的 5。使用前做相容性和水泥净浆凝结效果实验，严格控制掺量，并 要求初凝不大于 5min，终凝不大于 10min。 水：符合饮用水标准。 配合比：满足设计施工要求。 b 喷射前准备 喷射前应对受喷岩面进行清理，清除受喷岩面的浮石等杂物， 对 光滑面进行凿毛，并用高压风进行清扫； 自制简易工作台就位； 检查高压风、水管路及电路情况，湿喷机就位，进行试运行； 若遇受喷面有滴水、渗水等情况，应埋设导水管或设盲沟排水， 对淋水处可设截水圈排水； c 喷射混凝土 喷射混凝土作业采用分段、分片、分层依次进行喷射，喷射厚度 不大于10cm ，后一层应在第一层初凝后进行。埋设钢筋头作为控制 砼厚度的标志，分层喷射砼达到设计要求。 湿喷机的工作风压控制在0.30.5Mpa的范围内。严格控制好喷嘴和 受喷面的距离和角度。 喷嘴与受喷面垂直， 有钢筋网时角度适当放偏 10 o 左右，喷嘴与受喷面控制在1.5 2.0m 范围内。喷射顺序自下而 上、分层、往复喷射，后一层应压在前一层的一半，纵向按“S”运 动。湿喷混凝土作业流程图如图6 所示。 图 6 湿喷混凝土作业流程图粗骨料 细骨料 水泥 掺加纤维 水 搅拌机砼输送车湿喷机 速凝剂 压缩空气 喷头 受喷岩面
