李光傳 楊志明

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 410007）

1 工程及項(xiàng)目概況

涔天河水庫擴(kuò)建工程位于湖南省永州市江華瑤族自治縣境內(nèi)的湘江支流瀟水上游峽谷出口處，系瀟水流域開發(fā)的第一梯級(jí)，下距江華縣城12 km。該工程是具有灌溉、防洪、下游河道補(bǔ)水和發(fā)電，兼顧航運(yùn)等綜合利用的大型水利水電樞紐工程，水庫正常蓄水位313.0m，防洪庫容2.5億m3，總庫容15.1億 m3，電站裝機(jī)容量 200MW，為Ⅰ等大（I）型水利水電樞紐工程。樞紐工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、泄洪洞、放空洞、發(fā)電引水洞、電站廠房和灌溉渠首工程等主要建筑物組成。

左岸臨時(shí)交通隧洞工程是為了解決涔天河樞紐施工期間，庫區(qū)數(shù)萬人對(duì)外出行問題，屬于臨建工程,施工后期進(jìn)口部分改造為至左岸灌溉渠首交通入口，設(shè)計(jì)開挖拱半徑6.9m，開挖最大洞高8.0 m、底寬12.5m。原設(shè)計(jì)進(jìn)口處，掘進(jìn)40m未見洞臉基巖出露（明挖近6萬m3）；由于表土植被清除、順層切腳和軟化夾層影響，加之2013年8月15~19日的連日暴雨，造成圍巖受泡富水飽和，仰坡地表多處產(chǎn)生裂縫，最終該交通洞進(jìn)口洞臉EL315m以上邊坡出現(xiàn)大面積滑坡、垮塌，致使施工進(jìn)洞困難，該洞口被迫廢棄，重新選擇洞口進(jìn)洞，既浪費(fèi)建設(shè)成本，也影響了工期。結(jié)合新洞口的地形、地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采納交通鐵路系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，采用大管棚超前支護(hù)施工進(jìn)洞。

2 超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞原理簡介

大管棚超前支護(hù)主要是沿隧洞襯砌外緣一定距離打入一排縱向鋼管作為灌漿管棚，通過鋼管上的孔向圍巖灌漿，利用漿液滲透作用填充圍巖裂隙，使管棚與周邊圍巖固結(jié)緊密，并堵住巖體裂隙水，提高管棚的強(qiáng)度和剛度，從而提高圍巖的整體承載能力，增大洞室圍巖自穩(wěn)能力。另外，在管棚進(jìn)口端一般設(shè)有導(dǎo)向墻基礎(chǔ)，另一端深入到隧洞圍巖，這樣可以對(duì)上部的破碎軟弱圍巖形成一個(gè)穩(wěn)定的“簡支梁”支撐結(jié)構(gòu)，此簡支梁可承受上部松動(dòng)壓力或者傳遞上部荷載，起到承載、擴(kuò)散和傳遞開挖釋放荷載的作用。

3 超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞措施

為保證順利進(jìn)洞和施工安全，本工程采用了超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞方式：首先在預(yù)進(jìn)洞位置處測(cè)量放樣，確保進(jìn)洞洞頂部位基巖最小厚度（1～2）m，然后洞臉外側(cè)槽挖兩側(cè)導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻長度為4m；導(dǎo)向墻開挖到位后澆筑混凝土至圓拱腳部位，半挖半填（利用土石渣料）形成圓拱內(nèi)模，拱圈內(nèi)布置結(jié)構(gòu)鋼筋、3榀I18鋼拱架、導(dǎo)向管，然后澆筑混凝土，混凝土與內(nèi)側(cè)山體巖壁間不留縫隙。待頂拱混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，采用管棚鉆機(jī)快速成孔，插入管棚支護(hù)鋼管并灌漿，最后挖除明拱段預(yù)留巖體，進(jìn)而進(jìn)洞開挖施工，進(jìn)洞后視圍巖破碎情況和灌漿固結(jié)情況及時(shí)進(jìn)行鋼支撐等初期支護(hù)。

（1）導(dǎo)向墻及導(dǎo)向管施工。進(jìn)洞前充分利用明拱段預(yù)留巖體阻滑，后期利用明拱段襯砌混凝土阻滑并“抬撐”管棚，同時(shí)兼做超前大管棚導(dǎo)向墻。在洞口管棚施工前，應(yīng)先澆筑導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻采用C25鋼筋混凝土澆筑，長（3～4）m，厚1m。導(dǎo)向墻在洞口襯砌外輪廓線以外施工，導(dǎo)向墻內(nèi)預(yù)埋Φ144mm、δ=6mm、L=4m間距40 cm導(dǎo)向鋼管，導(dǎo)向管的外插角為1°（偏角過小會(huì)侵入設(shè)計(jì)斷面造成欠挖，偏角過大可能造成大超挖）,為準(zhǔn)確控制導(dǎo)向管沿拱圈環(huán)向布設(shè)間距、位置及方向，現(xiàn)場要求用全站儀或精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行管棚和導(dǎo)向墻位置的放樣，采用經(jīng)緯儀以坐標(biāo)法在工字鋼架上定出導(dǎo)向孔口套管的平面位置，用激光導(dǎo)向儀設(shè)定孔口管的傾角，用前后差距法設(shè)定孔口管的外插角。導(dǎo)向管牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生位移。

（2）管棚鋼管制作。大管棚采用熱軋無縫鋼管Φ108mm、δ=6mm、L=30m，環(huán)向中至中間距 40 cm，管壁加工梅花狀灌漿花孔，孔眼直徑10mm，間距50 cm，前端管頭加工成錐形方便送入，管錐頭亦留有灌漿孔隙,以便灌漿加固巖體，其中大管棚尾部4.5m范圍不鉆孔，防止漏漿。管棚鋼管由現(xiàn)場反鏟直接送入或打入；鋼管接長部位為現(xiàn)場焊接（相鄰鋼管的接頭位置在環(huán)向相互錯(cuò)開）。

（3）鉆孔。鉆孔采用管棚鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑130mm。為控制鉆孔過長后，鉆頭自重下垂或與孤石鉆進(jìn)方向漂移，鉆進(jìn)過程應(yīng)隨時(shí)用測(cè)斜儀量測(cè)角度和鉆進(jìn)方向控制鉆孔的偏斜度，確保不侵占設(shè)計(jì)斷面也不偏離設(shè)計(jì)斷面過大；為防止周邊孔鉆孔震動(dòng)造成先成孔局部塌孔，原則上要打一孔裝一管，鉆孔方向一般由高孔位向低孔位隔孔分序進(jìn)行。

（4）灌漿。 初擬水泥漿水灰比 1∶1（重量比），灌漿初壓（0.5～1.0）MPa，終壓（2.0～2.5）MPa（漿液擴(kuò)散半徑不小于0.5m），灌漿結(jié)束后采用砂漿封孔；全面灌漿前有必要對(duì)先灌孔進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)的情況調(diào)整相應(yīng)灌漿參數(shù)。灌漿采用孔口密封，灌漿順序則由兩側(cè)對(duì)稱自下而上逐孔灌漿；灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：灌漿壓力持續(xù)升高，接近或達(dá)到灌漿預(yù)定壓力時(shí)且無明顯進(jìn)漿量結(jié)束。一般地下水豐富時(shí)可摻用水玻璃；對(duì)吸漿量大的巖體宜用水泥砂漿灌注，節(jié)約材料并可提高增強(qiáng)鋼管強(qiáng)度和剛度。灌漿情況見圖1。

圖1 洞內(nèi)大管棚及灌漿情況

（5）洞內(nèi)初期支護(hù)。大管棚超前支護(hù)后，洞內(nèi)視具體開挖情況仍需做必要的洞內(nèi)初期支護(hù)。本工程洞口段初期支護(hù)為系統(tǒng)錨桿梅花布置L=4m@1.5×1.5m+I18鋼拱架 （間距 0.5m～1.0m， 連 接 鋼 筋Φ25@1 000mm）+Φ8@200mm 鋼筋網(wǎng)+噴護(hù) 0.2m厚C20混凝土+永久支護(hù)0.5m厚C25鋼筋襯砌混凝土；除此，由于進(jìn)口部位頂拱上部巖體較薄，為防止爆破松動(dòng)，現(xiàn)場要求進(jìn)洞后的首段5m范圍內(nèi)禁止爆破，采用破碎錘撬挖方式掘進(jìn)。

圖2為超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞施工流程圖。

4 施工注意事項(xiàng)

（1）疏排地表水、引排地下水、導(dǎo)向墻及鉆孔位置精度、灌漿都是制約大管棚超強(qiáng)支護(hù)進(jìn)洞的關(guān)鍵因素；進(jìn)洞開挖后，初期及時(shí)輔助支護(hù)也是大管棚支護(hù)成敗的關(guān)鍵，尤其是在巖體破碎、裂隙發(fā)育部位。

圖2 超前大管棚支護(hù)進(jìn)洞施工流程圖

（2）導(dǎo)向墻澆筑前宜在隧洞進(jìn)口臨空掌子面噴護(hù)一層素混凝土做止?jié){墻，防止壓力灌漿時(shí)出現(xiàn)漏漿浪費(fèi)。

（3）鉆孔要求精度高，鉆孔偏差直接影響硐室開挖的超欠挖情況，故而要求開孔位置和終孔位置的準(zhǔn)確性和同軸度，以免管棚送入時(shí)受卡，若出現(xiàn)局部卡鉆、塌孔，宜先灌漿再掃孔鉆進(jìn)。

（4）采用控制爆破技術(shù)，如果爆破后超前支護(hù)的頂部被掏空，將會(huì)大大削弱其超前支護(hù)的效果。因此，在爆破時(shí)，須控制藥料、嚴(yán)禁超挖，以便使超前支護(hù)起到應(yīng)有的作用。

（5）掌子面前方正面的坍塌往往會(huì)導(dǎo)致超前支護(hù)的失效。在選擇開挖方法時(shí)，應(yīng)盡量降低開挖高度，采用半斷面正臺(tái)階法開挖，以保證掌子面的穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

超前支護(hù)措施在涔天河水庫擴(kuò)建工程左岸臨時(shí)交通洞施工過程中效果顯著，洞臉頂部開挖高度1 m，幾乎不破壞植被及原狀土，進(jìn)洞過程中洞臉無變形，掘進(jìn)順利，大大縮短了進(jìn)洞的工期，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,為涔天河水庫擴(kuò)建工程今后施工的泄洪洞、發(fā)電引水洞積累了成功經(jīng)驗(yàn)，值得在類似工程中借鑒和推廣。