河曲引黄灌溉工程隧洞围岩破碎带快速支护措施

闫国平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

河曲引黄灌溉工程隧洞围岩破碎带快速支护措施

闫国平

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

以河曲引黄灌溉工程5号隧洞围岩破碎带支护为例，介绍了小断面隧洞破碎带的快速支护措施及支护施工中需注意的问题，有效缩短了作业人员在洞室破碎裸岩下的暴露时间，有利于施工安全，可为类似工程的施工提供参考。

隧洞；引黄灌溉工程；围岩；支护

1 工程概况

河曲引黄灌溉工程从龙口水利枢纽左岸坝段取水，采用隧洞、暗涵、管道等方式向下游引水，线路全长33.96km。其中5号隧洞线路总长3345m，设计过水流量2.24m3/s，纵坡1/1000，断面为城门洞形，净尺寸1.7m×1.8m。整条隧洞埋深60～70m，处于地下水位以下，穿越黄土层、砂砾料层、泥岩层等软弱地带，施工难度较大。

2 工程地质情况

5号隧洞出口段围岩岩性为泥岩，砖红色，灰紫色，泥质结构，块状构造，产状平缓，质地软弱，具可塑性，遇水膨胀、变形，节理裂隙发育，裂隙内多处渗水、滴水。16+281处节理裂隙特别发育，裂隙密集分布，间距30～50cm，相互交叉，裂隙内有薄层泥质充填物，导致此段围岩极为破碎，结构不稳定，洞壁支撑能力差，拱顶有掉块、塌落现象。在支护过程中，由于洞顶频繁掉块，且最大塌落石块达70cm×60cm×40cm，无法保证作业人员安全，施工中存在较大的安全隐患。因此，为保证施工安全，需改进支护措施，做到快速支护，尽量缩短施工人员在裸露围岩下的暴露时间。

3 原设计方案

根据技施图纸，V类围岩采用超前锚杆、双层钢筋网、喷混凝土、格栅拱架支护。隧洞开挖前，先施工两排超前锚杆，开挖过程中每掘进一次，出碴后立即挂网，安装钢拱架支护，喷混凝土施工可根据现场酌情确定。拱架洞外制作，洞内拼装。格栅拱架排距1.0m，每榀拱架之间采用直径16mm钢筋焊接连接，环向间距1.0m，拱架在顶拱脚节点板处设两根八字锚杆，与拱架主筋焊接。

由于洞内初期支护形成的能够抵挡掉块的支护圈工序多、耗用时间长，因此该设计支护方案不利于此类破碎围岩条件下的支护。主要表现在：一是围岩整体破碎，超前锚杆作用不大。二是开挖完成后挂第一层钢筋网，在洞壁及洞顶上用风钻打孔插锚钉，以便挂住钢筋网片，但打锚钉时会扰动破碎的围岩。同时，钢筋网无骨架支撑，不能抵挡石块坠落。三是每榀格栅拱架有3个连接节点，洞内安装时间长。拱架之间的连接筋采用洞内现场焊接，需耗用一定时间。四是在连接筋上铺设第二层钢筋网，并用铁丝绑扎，该道工序完成后，才能形成防止掉块伤人的支护圈。

4 快速支护措施

快速支护措施能够在工作面快速形成防护棚架，同时加强支护结构承载力。围岩破碎段每茬炮进尺控制在1.5m左右，钢拱架支撑间距为0.75m，每循环安装2榀钢拱架。

首先，按加强支护要求测量放线，确定开挖轮廓线。洞挖放炮后，先排烟、处理危石，再出碴。整个出碴过程人员不直接暴露在裸露的岩石下面。出碴完成后，观察围岩情况，发现松动岩石及时处理。

其次，洞外制作拱架。钢拱架采用I14工字钢，依据开挖断面尺寸和设计要求加工成城门洞形。为便于洞内运输，每榀拱架按中心线分对称的两片分别加工，顶端焊20cm×20cm连接板，连接板打4个直径20mm的孔洞，以备在洞内用螺拴连接；拱架底部焊20cm×20cm钢板，以扩大拱脚受力面积。拱架顶拱部位和拱腿部位分别按10cm和15cm间距焊接长8cm、外径48mm的钢管，用于穿插直径25mm的钢筋。

第三，确定洞内钢拱架安装位置，做好标记。钢拱架洞外制作完成后进行组装。组装时，将任意两片拱架立起，用4条M18×100螺栓插入连接板孔内紧固，组成一榀完整的拱架。由于每榀拱架只有一个连接口，因而组装简单快捷。每组装好一榀拱架后，迅速将直径25mm的插筋插入拱架外侧焊接的钢管内，快速形成一个简易的防护棚架。

第四，在钢管内间隔穿插直径25mm的插筋，顶拱间距为20cm。侧墙布置直径25mm的钢筋，间距为30cm。为防止钢筋受压弯折脱口，插筋穿出钢管6cm。同时，为防止拱架倾覆，穿插完毕后，在拱架I14工字钢顶拱部位下缘内侧焊接直径20mm的钢筋，作为拱架之间的连接筋和内侧挂网的支撑筋。

第五，顶拱和侧墙初喷C20混凝土，厚度6～8cm，封闭裸露岩面。同时将直径25mm的插筋包裹，使其与洞顶岩石成为一个整体。

第六，全断面挂网，直径6mm钢筋网单层，网格20cm×20cm，以拱架之间的连接筋作为钢筋网的支撑筋，网筋和支撑筋之间用铁丝绑扎连接。

第七，主洞室侧墙锚杆，与钢拱架焊接，以锁定侧墙岩体并增加拱架的稳定性，同时全断面分层喷C20混凝土，直至达到要求厚度20cm。

5 支护施工中需注意的问题

一是开挖要按照该工程爆破设计中V类围岩爆破参数进行布眼、装药。在实际施工中要根据围岩实际情况进行适当调整，总体原则是多布眼，少装药，尽量少挠动围岩，并使开挖轮廓面尽可能平整，以便支护施工。

二是根据实际情况，围岩软弱带尽量采用风镐和铁锹开挖。因爆破会产生较强的震动和冲击波，从而加速和扩大围岩松动圈的形成，使洞室周围岩体处于不稳定状态，容易产生掉块和塌方。

三是严格按照快速支护方案确定的施工顺序进行施工，保证施工质量。

四是对于裂隙发育、自稳能力差的围岩，洞室开挖后变形和破坏发展很快，因此应及时支护，以保证围岩稳定。同时，应快速封闭围岩，缩短围岩暴露时间，减小围岩受空气和渗水的侵蚀程度。

五是支护过程中一定要注意安全。从开挖后处理危石到支护结束前，一定要有专职安全员现场值班，并保证洞内的照明，发现不安全情况立即撤出。

6 结语

快速支护措施可以在洞内很快形成一个简易的防护棚架，拱架连接点少，安装迅速，插筋快捷。从两榀钢拱架运输进入工作面开始到插筋结束形成防护棚架，整个过程用时40min左右。而原设计方案从拱架开始安装到形成防护圈耗时约3.5h。因而，采用快速支护措施，大大缩短了施工人员在裸岩下的暴露时间，使隧洞开挖顺利通过了45m长的破碎带，施工期间未发生任何安全事故。

TV672+.1

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1004-7042（2011）07-0033-02

闫国平（1974-），男，2003年毕业于华北水利水电学院水利工程建筑专业，工程师。

2011-05-18；

2011-06-23