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1、精选优质文档-倾情为你奉上小导管超前注浆和复合式衬砌技术在布东水电站2 号引水隧洞的应用黄 杰（广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁 ）摘 要：介绍布东水电站2 号引水隧洞出口段，采用小导管超前注浆和复合式衬砌施工技术；同时讨论了施工过程中施工工艺。关键词：布东水电站 2 号引水隧洞 小导管超前注浆 复合式衬砌1 概 述布东水电站位于广西百色地区隆林县境内，是新洲河下游最后一级待开发的引水式电站，水头落差为116m，装机容量10.5MW，引水流量为13.23m3/s。工程主要建筑物有挡水闸、进水闸、1 号隧洞、反虹管、明渠、2 号隧洞、压力前池、压力钢管、发电厂房、开关站等。2号引水隧洞断面型
2、式为城门洞型，其断面尺寸为3.2m4.124m，最大开挖断面尺寸为4.12m5.03m，出口段为软弱围岩、松散土、类砂土状，风化层较厚，其稳定性极差，设计采用小导管超前注浆与复合式衬砌技术。2 基本地形、地质条件2.1 地形资料2 号隧洞位于新州河左岸，洞轴线走向N83E；隧洞位于碎屑岩相地区，为侵蚀中低山地类型。山体呈鱼背脊状，弯曲而狭长，普遍覆盖殘坡积层，植被发育，草木丛生，沟谷发育。2.2 地质资料2 号隧洞出口地形坡度较平缓，岩性为灰褐色薄中厚层状砂岩和极薄中层状泥岩夹层或互层，覆盖层厚度约35m。强风化带厚度一般为5055m，岩体较为破碎，局部泥岩全风化呈土状，围岩类别为类，围岩不稳
3、定极不稳定。工程区出露地层为三迭系中统新苑组下段（T2x1）地层，岩相变化复杂，分布面积广。地层可分为上部和下部：上部（T2x1-2）为薄中厚层砂岩、粉砂岩夹薄中层状泥岩夹层或互层；下部（T2x1-1）为薄中厚层砂岩、粉砂岩夹薄中层状泥岩夹层或互层，顶部为砂岩、含泥质灰岩夹泥岩。3 加固支护及洞口超前支护设计3.1 洞口超前小导管和锁口墙在洞口设计开挖线以上50mm 先打两排间距500mm 小导管，其环向间距为300mm,外径为42mm, 壁厚3.5mm，小导管前端加工成锥尖状，管壁每隔200mm 交错钻8mm 的小眼孔，最后一排眼孔离管末端的距离大于1000mm，钢管长度为6m,其中有5m
4、钳入岩石内，1m 埋在锁口墙内，从而防止进洞时隧洞冒顶,为进洞创造安全的条件。锁口墙长度2m，高出洞顶2m,锁口墙两侧及靠近洞脸一侧的开挖边坡为1:0.3,使锁口墙和超前小导管联合受力，起到既可以防止洞脸边坡滑塌，又可以降低洞脸边坡的双重作用。3.2 洞脸边坡支护和加固锁口墙浇筑完成后，从锁口墙顶按1:1.25 开挖边坡进行开挖，并对边坡进行加固，加固方法是：先按竖直方向打25mm1500mm1500mm 的砂浆锚杆(锚杆打到洞顶开挖轮廓线为止)，再浇筑厚250mm 的C25 混凝土,混凝土内配双层12mm200mm200mm 的级钢筋网，并将砂浆锚杆与钢筋网焊牢。为了避免边坡受到雨水的冲刷，
5、对边坡进行锚喷保护,保护方法是：先按垂直坡面方向打25mm1500mm1500mm的砂浆锚杆(锚杆长度为3000mm)，再配挂网钢筋8mm250mm250mm,最后在挂网钢筋上喷100mm 厚的C25 混凝土。洞脸边坡还设置503000mm3000mm 排水孔，孔深为1500mm 。加固支护及洞口超前支护详见图1、图2 及图3。4 洞身超前支护及复合式衬砌由于围岩软弱破碎、自稳定能力差，因此进洞施工时采取了“短进尺，弱爆破、少扰动”的措施。作为临时支护的超前小导管是不能保证隧洞的正常运行的，因此为了保证隧洞的正常运行，尚需采用喷锚支护和钢拱架复合式衬砌。图3(A 型断面)和图4(B 型断面)是
6、两种不同的衬砌型式。 (1)图3(A 型断面)的衬砌型式：完成洞脸边坡支护及洞口管棚施工即可浇筑洞口锁口墙混凝土，待锁口墙混凝土养护时间充足后方可进行隧洞洞内的开挖，洞内开挖时不可一次开挖到位，应采用自上而下的正台阶式开挖(上部的开挖水利技术监督 2004 年第6 期高度为2514mm)，拱顶开挖完后应立即初喷20mm 厚的C25混凝土以封闭掌子面，再安装用工字钢140 加工而成的上层钢拱架, 钢拱架排距为750mm；然后打拱顶砂浆锚杆25mm750mm1500mm（排距环距）,L=3500mm，并与钢拱架焊紧焊牢,同时进行钢筋挂网(8250mm250mm)，挂完钢筋网后即可喷140mm 厚的
7、C25 混凝土封闭钢拱架及砂浆锚杆；上部初期支护完后，方可进行隧洞下部的开挖及初期支护的施工,其方法与上部相同。待下部初期支护完后，即可进行下一个循环的初期支护施工(一次进尺为1500mm)，同时进行本循环的二期支护施工，二期支护的衬砌厚度为300mm 的C20 混凝土，混凝土内配置纵向钢筋12200mm200mm,环向钢筋16200mm200mm。图1 2 号隧洞支护处理纵剖面图 图2 锁口墙断面图(桩号7+341.9007+343.900)图3 2 号隧洞支护处理断面图(A 型断面) 图4 2 号隧洞支护处理断面图(B 型断面) (桩号7+335.9007+341.900) (桩号7+25
8、8.9007+338.900)(2)图4(B 型断面)的衬砌型式：进洞3m 以后先沿拱部开挖线布置向外倾斜、仰角为8的超前小导管42mm1500mm300mm（排距环距）,L=3500mm , 安装完小导管后即可按图4(B 型断面)衬砌型式中的洞内初期支护及二期支护。(3)两种衬砌型式的设计参数如表1 所示。(4)两种衬砌型式可按如下工序施工。A 型断面的施工工序：施工洞脸施工洞口管棚浇筑洞口锁口墙上层隧洞开挖拱顶初喷20mm 厚喷混凝土上层钢拱架安装拱顶径向砂浆锚杆安装挂网喷混凝土封闭钢拱架及砂浆锚杆下层隧洞开挖下层钢拱架安装喷混凝土封闭钢拱架。B 型断面的施工工序：超前导管施工上层隧洞开挖
9、拱顶初喷20mm 厚混凝土上层钢拱架安装拱顶径向砂浆锚杆安装挂网喷混凝土封闭钢拱架及砂浆锚杆下层隧洞开挖下层钢拱架安装喷混凝土封闭钢拱架。表1 2隧洞两种衬砌型式设计参数表支护结构 A 型断面 B 型断面初喷C25 混凝土厚度 20mm 20mm次喷C25 混凝土厚度 140mm 140mm砂浆锚杆钢筋 25mm 750mm 1500mm （ 排距 环距）,L=3500mm钢筋25mm750mm1500mm（排距环距）,L=3500mm钢筋网 钢筋8250mm250mm 钢筋8250mm250mm钢拱架 工字钢140(排距为750mm) 工字钢140(排距为750mm)小导管钢管42mm150
10、0mm300mm（排距环距）,长度L=6000mm,厚度=3.5mm,仰角=0钢管42mm1500mm300mm（排距环距）,长度L=3500mm,厚度=3.5mm,仰角=85 砂浆锚杆设计如前面所述，2 号隧洞出口段的岩体较为破碎，局部泥岩全风化呈土状，围岩类别为类，围岩不稳定极不稳定。为了增加洞挖的成洞率和围岩的稳定，在洞身范围内设计水泥砂浆全粘结式锚杆，其设计要点如下。(1)杆体材料为钢筋，钢筋直径为25mm。(2)杆体钢筋的保护层厚度不应小于8mm。(3)水泥砂浆的强度等级不应低于M20。(4)在施工过程中，若遇到自稳时间短的围岩，可以考虑用早强水泥砂浆锚杆。(5)锚杆的排距为750m
11、m,环距为1500mm,锚杆长度为3500mm,锚杆在顶拱126.9范围内呈梅花形布置。(6)锚杆体使用前应平直、除锈、除油。(7)砂浆中的砂应采用中细砂，并且保证其粒径不大于2.5mm，使用前应过筛。(8)砂浆的重量配合比：水泥比砂为1:11:2，水灰比为0.380.45。(9)砂浆应拌和均匀，随拌随用。一次拌和的砂浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入；注浆开始或中途停止超过30min 时，就用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路；注浆时，注浆管应插到距孔底50100mm,随砂浆的注入缓慢匀速拔出；杆体插入后，若孔口无砂浆溢出，应及时补注。杆体插入孔内的长度为3450mm,锚杆安装完后，不得随意
12、敲击。6 超前小导管设计为了保证施工进度及施工过程中的安全，在围岩破碎的隧洞设置超前小导管。6.1 超前小导管的特点(1)小导管超前注浆中可以形成管棚与围岩联合超前支护体系，提高岩体自身稳定性，抑制围岩松弛变形。(2)注浆质量易于控制，工艺操作简便，工人容易撑握。(3)由于工期紧迫，可以通过调整浆液凝固时间，缩短工序时间。(4)小钢管材源广，易采购。6.2 小导管的设计要点(1)杆体材料应用Q235 钢材制作，钢管的外径为42mm,钢管壁厚为3.5mm。(2)洞脸小导管的长度为6000mm,其中5000mm 插入岩体内，1000mm 埋在锁墙的混凝土中；第一排小导管距洞顶开挖线50mm，第二排
13、小导管距第一排小导管500mm,小导管的环向间距为300mm。(3)洞内小导管的长度为3500mm, 钢管的外径为42mm,钢管壁厚为3.5mm；小导管排距750mm,环距为300mm；小导管在顶拱126.9范围内呈梅花形布置,小导管应穿过钢拱架顶部并向外倾斜，仰角为8，纵向相邻两排小导管的水平投影搭接长度为2000mm。(4)注浆压力控制在1.0MPa 以下，并在孔口处设置止浆木塞；或接橡胶软管，用铅丝麻绳绑扎，防止孔口跑浆。(5)注浆材料采用水泥浆水玻璃双浆注浆。其配比为：水泥浆水灰比1:10.5:1；水玻璃的模数以2.8 左右为宜；水泥浆与水玻璃的体积比为1:11:0.3。通过调整配合比
14、控制初凝时间。小导管的注浆工序见图5。7 钢拱架设计由于喷锚支护具有较大的柔性变形，为了防止围岩过大变形而拔出锚杆引起隧洞的坍塌，所以隧洞围岩开挖后的早期支护要求具有较大刚度，以承受因围岩变形而释放的部分松驰荷载，但是此时的二期支护因工期紧，未能及时施工而无法发挥其作用，故在初期支护中采用钢拱架是完全有必要的。钢拱架可以用钢筋或型钢加工：用钢筋加工造价底，但施工比较繁锁，影响工期；用型钢加工造价高，但施工较简单，其与锚杆焊牢，能及时抑制围岩的变形；经过权衡利弊，采用工字钢140 加工钢拱架。考虑到钢拱架的施工和安装的方便，采用了一榀3 个单元行现场加工。钢拱架施工图如图6、图7 及图8 所示。8 结 语布东水电站2 号引水隧洞出口段通过临时的超前支护及复合式衬砌，为进洞创造了条件。根据进洞后揭露出来的地质条件，没有超前支护，要在洞内施工几乎是不可能的；而采用超前支护后，出口段的施工期需1 个月的时间，缩短了施工工期，更是为进洞施工提供了安全保障，从而创造了社会效益和经济效益。专心-专注-专业