鄂廣全 耿鵬云

1 工程概況

洛澤河水電站工程位于云南省昭通市洛澤河下游河段上，裝機容量65 MW，工程樞紐由攔河壩、引水隧洞、調壓井、壓力鋼管、地面廠房和升壓站組成。引水隧洞總長約為5.8 km，為無壓引水隧洞，采用城門洞型斷面，斷面尺寸為6.6 m×7.0 m(寬×高)，隧洞縱坡坡度為1‰。

引水隧洞所在右岸山脊地形地貌有利，巖體質量大部分較好，但隧洞穿過一條斷層，破碎帶寬度20 m～30 m，由片狀的壓碎巖組成，向兩側規(guī)模變小，逐漸變?yōu)閾锨?。隧洞洞室上覆巖性主要為泥灰?guī)r及少量的粉砂質泥巖、鈣質泥巖等，根據(jù)隧洞沿線的地形特點、巖性組成、構造發(fā)育情況、地下水分布、巖體的透水性等，并依據(jù)SL 55-2005中小型水利水電工程地質勘察規(guī)范圍巖工程地質分類標準，對隧洞及施工支洞圍巖進行分段，其中隧洞進出口、構造破碎等地段屬Ⅳ類圍巖，長度占總長度的20%，其余地段為Ⅲ類圍巖，占總長度的80%。

2 設計方案

工程方案設計時，對引水隧洞擬定了兩個設計方案，一個方案是常規(guī)的掛網(wǎng)噴混凝土襯砌方案，另一個方案是噴鋼纖維混凝土襯砌方案。具體設計方案如下:

常規(guī)的掛網(wǎng)噴混凝土襯砌方案為在Ⅲ類圍巖洞段采用錨桿φ22@150 cm×150 cm，掛鋼筋網(wǎng)φ8@15×15，噴15 cm厚混凝土，不襯砌;在Ⅳ類圍巖洞段采用錨桿φ22@150 cm×150 cm，掛鋼筋網(wǎng)φ8@15×15，噴12 cm厚混凝土進行臨時支護，60 cm厚混凝土襯砌。

噴鋼纖維混凝土襯砌方案為在Ⅲ類圍巖洞段采用錨桿φ22@150 cm×150 cm，噴10 cm厚鋼纖維混凝土，不襯砌;在Ⅳ類圍巖洞段采用錨桿φ22@150 cm×150 cm，噴8 cm厚鋼纖維混凝土進行臨時支護，60 cm厚混凝土襯砌。鋼纖維用量為45 kg/m3混凝土。

3 技術比較

掛網(wǎng)噴混凝土和噴鋼纖維混凝土兩個設計方案在技術特點上有較大差異，對比如下:

1)工程量方面。

鋼纖維混凝土特殊的組成結構和受力機理決定了它擁有良好的物理力學性能。它克服了素混凝土抗拉強度低、極限延伸率小和脆性的弱點，具有較高的抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度，也具有良好的抗沖擊性、抗裂性和抗疲勞性能，并且韌性好、適應變形能力強。噴鋼纖維混凝土的這些優(yōu)點，使它與掛網(wǎng)噴混凝土相比襯砌厚度可以減少5 cm～8 cm，減少隧洞石方開挖和噴混凝土的工程量。

2)施工質量方面。

由于隧洞圍巖開挖后的形狀是不規(guī)則的，掛鋼筋網(wǎng)不可能與圍巖緊密的貼和，在鋼筋和圍巖之間易形成空洞，即噴錨支護后采取二次襯砌，已經(jīng)脫空的部位仍然得不到加強，仍存在質量隱患。另外鋼筋的振動也容易造成鋼筋網(wǎng)和噴混凝土不能緊密結合。相比之下，噴鋼纖維混凝土則不存在這樣的問題，能夠與圍巖開挖面緊密粘結在一起，能夠共同變形，可以提供連續(xù)的、可靠的支護力，減少應力集中現(xiàn)象，支護質量更加均勻、可靠、安全。

3)節(jié)約材料方面。

掛網(wǎng)噴混凝土施工過程中，鋼筋網(wǎng)的振動會導致混凝土的回彈加大，尤其在開始噴射的短時間內，絕大部分骨料、水泥會被回彈掉。經(jīng)統(tǒng)計，掛網(wǎng)噴混凝土的回彈量在30%左右，噴鋼纖維混凝土的回彈量在10%左右。

4)施工進度方面。

噴鋼纖維混凝土可省去掛網(wǎng)的人工、設備及時間，快速及時的對爆破后的巖體實施支護。噴鋼纖維混凝土對于處理或加固軟弱圍巖而言是最好、最便捷的支護手段。另外，由于取消了掛網(wǎng)的工藝，噴鋼纖維混凝土能夠加快施工速度，和掛網(wǎng)噴混凝土相比較，其工期節(jié)約在30%以上。

4 經(jīng)濟比較

由于采取噴鋼纖維混凝土替代傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴混凝土，不再需要鋼筋網(wǎng);施工速度加快，人工和機械設備使用費降低，工程量減少，如此其綜合費用將低于傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴射工藝。噴鋼纖維混凝土與掛網(wǎng)噴混凝土相比較，在經(jīng)濟性方面有以下差異:

1)由于噴鋼纖維混凝土具有較高的抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度等優(yōu)點，噴鋼纖維混凝土的厚度小于掛網(wǎng)噴混凝土，隧洞開挖斷面減小8 cm～10 cm，使隧洞開挖量減少約1.97%。

2)噴鋼纖維混凝土的襯砌厚度小于掛網(wǎng)噴混凝土，使噴混凝土工程量減少約33.3%，噴鋼纖維混凝土與圍巖的良好結合性也使得混凝土回彈量減少20%，節(jié)約20%混凝土材料。

3)噴鋼纖維混凝土取消掛網(wǎng)鋼筋約480 t，增加鋼纖維約390 t。

4)噴鋼纖維混凝土施工工期比掛網(wǎng)噴混凝土提前3個月完成，節(jié)省人工、機械設備使用和管理成本。

經(jīng)詳細分析計算，掛網(wǎng)噴混凝土方案引水隧洞投資約1.13億元;未考慮人工和管理成本節(jié)約的情況下，噴鋼纖維混凝土方案投資約1.04億元，節(jié)省投資約943萬元，約節(jié)省8.56%。本工程總投資為4.35億元，施工工期提前3個月完成，節(jié)省建設期利息約382萬元，節(jié)省工程直接管理成本約120萬元。合計節(jié)省投資1445萬元，占引水隧洞投資的14.3%，占工程總投資的3.32%。

5 結語

地下洞室工程中掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土是傳統(tǒng)的穩(wěn)定圍巖的支護方式，在工程施工中應用較為廣泛;而目前，噴鋼纖維混凝土作為一種新的支護形式，滿足“新奧法”的設計理論——適時、適當?shù)闹ёo;具有更好的物理力學性能、質量可靠，施工進度快，節(jié)省投資和方便安全等優(yōu)點，隨著對鋼纖維混凝土材料物理力學性能認識的逐步深入以及工程實踐經(jīng)驗的不斷積累，噴鋼纖維混凝土必將在土木、水利、水電工程中得到更為廣泛的應用和發(fā)展。