锚喷支护技术在隧洞检修竖井中的应用

刘 强，马 军

（新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆 昌吉 831100）

1 工程概况

隧洞位于头屯河水库大坝右岸，全长605 m，洞身为圆形，直径2.5 m，采用60 cm厚钢筋混凝土衬砌。由进口明渠、检修竖井（新建）、引水隧洞及出口闸等工程组成。

2 施工项目

施工内容主要有：石方开挖、混凝土拆除、砂浆锚杆、钢筋挂网锚喷支护等。

施工工序为：施工准备→测量定位→边坡明挖→测量复测→井口开挖→混凝土锁口→竖井开挖→锚喷支护。

3 施工方法及技术措施

3.1 边坡明挖

根据现场确定的竖井中心点位置，竖井中心点位于坡脚处，需向下游侧开挖部分山体（以不小于4.5 m为宜）。下游侧边坡开挖采用自上而下分两层进行开挖，挖掘机配合液压破碎锤进行挖除，在高程995.2 m设置2.0 m宽马道，边坡开挖坡比：1∶0.5。

3.2 石方开挖

竖井地层为砂岩、砂岩与泥岩互层，围岩介于强风化和弱风化地层之间。竖井高程984 m以上石方采用挖掘机配合液压免爆破碎锤进行开挖，在高程987 m开挖出施工平面后浇筑混凝土锁口圈梁，铺筑施工平台，搭设龙门架，安装电动吊葫芦，架设暖棚，棚高4 m，将施工平台完全遮护，棚顶铺设木板、篷布以防山坡落石。

使用MGJ-50型钻机在竖井中心点位置打一个垂直钻孔，将隧洞顶拱混凝土打穿，孔径110 mm，可作为开挖临空面起点和排水通道之用，亦可校核测量定位的竖井中心点位置。

984 m高程以下，将MGJ-50型钻机放置于高程987 m处钢木结构施工平台上，以造好的竖井中心孔为中心，沿同心圆向外层造密集孔，孔径180 mm，孔距0.6 m（孔心距）,钻孔梅花形布置。待钻造至最外侧孔时，孔距控制在0.5 m左右，严格控制好钻孔垂直度，以防超挖。

当所有钻孔完成后，自高程984 m向下采用风钻、风镐开挖岩石，人工装渣入出料斗，电动吊葫芦提升出料斗，人工用胶轮车运送至临时弃料点。开挖时吊设竖井中心线，严格控制开挖直径，不允许欠挖。竖井内石方开挖面每下降3 m左右，即停止开挖，修整边角后进行井壁喷护工作。喷护工作完成后，再进行下一层次的石方开挖，依次循环。

开挖至高程967 m，岩石坚硬，出料时间加大，人工风镐开挖进度缓慢，且隧洞内0+212.39～0+238.31 m渐变段混凝土双层钢筋网密集，混凝土强度高，拆除初期采用免爆炸药拆除的方式，效果不佳。改为常规爆破拆除，采用钻机密集造孔、小药量、多频次爆破进行渐变段混凝土拆除及竖井剩余石方的开挖，从井内自下而上及隧洞自内向外3个通道进行石渣外运。

石方开挖过程中，同时进行固结灌浆造孔，混凝土喷护及混凝土衬砌浇筑前在孔口预埋PVC管并将管口封堵，防止混凝土进入管内堵塞灌浆通道，一期混凝土衬砌浇筑完成后，利用预埋PVC管进行固结灌浆，以避免对钢筋结构的破坏。

3.3 钢筋挂网锚喷支护

隧洞检修竖井开挖面采用钢筋挂网锚喷支护技术，随竖井石方分段开挖，钢筋挂网锚喷支护分段进行，分段长度3 m。人工风钻造锚杆孔，锚杆长3 m，间距2 m，采用φ22螺纹钢作为杆体，M20砂浆灌注。锚杆支护利用开挖石渣作为工作平台，分层将锚杆眼提前完成。采用φ10钢筋挂网，钢筋网片固定在锚杆上，喷护15 cm厚混凝土（采用C25F200混凝土），喷护混凝土时台秤计量、搅拌机拌料，往复循环进行岩石壁面喷护。

3.3.1 锚杆施工

锚杆采用“先注浆后安装锚杆”程序施工。根据锚杆孔布置尺寸，用红油漆标定打孔位置和方向。采用YT-23型（7655型）风钻造孔，孔径不小于40 mm。钻孔完成后，对钻孔采用风水联合进行清洗，验收合格后进行灌浆。注浆采用人工注浆，锚杆使用榔头打入，水泥砂浆水灰比0.40～0.5。砂浆标号不低于M20。

3.3.2 钢筋网片制作安装

钢筋网片采用φ10钢筋制作，安装由人工进行，依地势而行，用榔头敲打，使钢筋网片基本贴紧岩面。钢筋网片与锚杆的连接采用焊接，网格间连接部分采用焊接，部分采用铅丝绑扎。钢筋网片安装完成并验收合格后进行喷射混凝土施工。

3.3.3 喷混凝土施工

1）施工准备。①做好开挖断面检查验收，受喷面欠挖不能超限；②清除受喷面浮石、松动石块、岩渣和其他杂物，对污染严重的受喷面采用化学清洗剂专门清理；③用高压风冲洗受喷面，必须把浮在岩壁上的岩粉清洗干净，直到露出新鲜基岩面，保证喷射混粘结强度；④对受喷面光滑岩石，采用凿毛或预先喷粗砂水泥砂浆，以使喷射混凝土达到最佳效果，减少回弹；⑤在受喷面设控制喷层厚度标志，供喷射手施喷时随时掌握。

2）喷混凝土材料及机具设备。

①喷混凝土材料：选用屯河水泥厂生产的42.5R高抗硫酸盐硅酸盐水泥；施工用清洁水；砂、石骨料采用当地砂场商品砂石骨料。喷射混凝土砂骨料优良级配见表1。

表1 喷射混凝土砂骨料级配表

②机具和设备：采用强制式搅拌机JS-500，混凝土喷射机选用HPZU-5型，生产能力3～5 m3/h，水平输送距离80～100 m，垂直输送距离40～60 m；空气压缩机选择上海英格索兰移动式柴动空压机，排气压力0.12 MPa、排气量20 m3/min。

3）喷混凝土配合比选择。采用一级配C25F200混凝土。配合比在在满足设计要求的前提下，充分考虑了施工工艺、原材料、可喷性、回弹、粉尘等方面的因素，并参照类似工程经验，选用四组不同的配合比进行优化，见下表2。

表2 喷射混凝土配合比表

4）喷射混凝土施工。喷射作业开始时，先送水，再送风，后开机，最后再给料，保证供料连续均匀。喷射作业分段分片进行，喷头与受喷面保持垂直，距离保持在0.8～1.0 m，视风压大小调整喷头距离，既保证喷混凝土均匀密实，同时又使回弹率保持最低。喷射顺序自下而上，喷头做均匀的圆周运动，每次压半圈喷射，如此往复。一次喷射厚度以喷混凝土表面不出现拉裂缝、不坍塌为宜。喷射时，喷射手控制好水灰比，保持喷混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或流淌现象。喷射作业出现故障或中间短暂停歇时，先停料，后停风，水不停。

3.4 通风排烟排水

在浅层开挖时，采用自然通风；竖井开挖到一定深度后，采用5.5 kW压入式轴流通风机不断向掌子面送风，包括在凿眼时也不中断送风。在实施中设专人负责通风，及时修补风筒，接好接头，使通风筒尽量顺直，以减少漏风和减小风阻，确保凿岩、开挖、出渣不受通风影响。竖井主要为基岩裂隙水，通过管径110 mm中空眼排水满足要求。

4 施工质量验收评定

该工程共有9个单元工程，经现场实际检测评定，合格率100%，其中8个单元工程质量等级评定为优良，优良率88.89%，工程质量优良。

5 结语

钢筋挂网锚喷支护技术在头屯河水库隧洞检修竖井的成功应用，保证了工程施工进度，节约了施工成本，达到了质量要求，为后续工程的施工提供了质量和安全保证。实践证明，此技术运用在泥岩与砂岩互层的地层，效果非常明显。

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