引水隧洞主洞超前及临时支护技术方案.docx

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引水隧洞主洞超前及临时支护技术方案

1、施工方法、工艺

1.1超前支护

1.1.1V级围岩超前支护

关州水电站C4标段引水隧洞5#洞上游9+235～9+352.19,长117.19m；6#洞下游14+195.93～14+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。

Ⅴ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（Φ42，L＝4.5m,@20～30cm，排距3.0m），初喷C20砼3～5cm，打设Φ25，L=3.5m系统锚杆，间排距1.0m，挂φ8mm@15×15cm钢筋网、架立钢支撑并复喷C20砼10～15cm。

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：

Φ42mm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φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm交错布置注浆孔，孔眼直径为6～8mm，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3～5cm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：

①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。

②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5O～10O，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。

③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。

④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。

⑤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

1.1.2Ⅳ级围岩超前支护

关州水电站C4标段引水隧洞6#洞下游13+608.40～14+195.93,为Ⅳ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Φ25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Ф50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Ф80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

1.2.1V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Φ25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φ6.5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0.5～1.5m（中至中）。

1.2.2Ⅳ级围岩临时支护

关州水电站C4标段引水隧洞Ⅳ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Φ25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φ6.5钢筋网，间距20cm×20cm。

喷射C20混凝土为10cm进行临时支护。

1.2.3Ⅲ级围岩临时支护

关州水电站C4标段引水隧洞Ⅲ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Φ25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φ6.5钢筋网，间距20cm×20cm。

喷射C20混凝土为8cm进行临时支护。

1.2.4Ⅱ级围岩临时支护

关州水电站C4标段引水隧洞Ⅱ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）Φ25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）φ6.5钢筋网

钢筋网片采用φ6.5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30～50mm的间隙。

3）I18或I20型钢钢架

隧道钢架支护Ⅴ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3~5m,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Φ22钢筋，长度为3m。

钢架环向采用Φ18～22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Φ6.5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4I18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φ22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7～10cm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Φ22锁脚锚杆锁定，锚杆采用Φ22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3~5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0.3～0.5Mpa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10o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