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。Φ8mm加劲箍50cmΦ42mm普通钢管15cm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锚杆制作各项工前准备锚杆钻机就位钻锚杆孔钻孔角度定位锚杆孔位测量放样锚杆孔清孔机械设备保养准备注浆材料注浆设备就位锚孔成孔检查搅拌砂浆注浆插入锚杆锚杆竣工验收安装垫板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1I20型钢钢架连接加工图(cm)I20型钢6.3/4角钢(d=5mm)钢板(d=15mm)¦µ24螺栓孔¦µ24螺栓孔I20型钢钢板(d=15mm)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、质量验收钢架预拼分部安装钢架与定位锚杆焊连定位设锁脚锚杆锁定加设鞍形垫块安装纵向连接筋挂钢筋网复喷混凝土围岩监控量测置。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