喷锚支护在郭堡水库新建输水洞施工中的应用

张华林

（晋中市水利建筑工程总公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

郭堡水库位于黄河流域汾河支流的小西沟、佛峪沟与象峪河汇合处，地处太谷县范村镇王公村。控制流域面积228.8 km2，总库容3 110万m3，是一座以防洪、灌溉为主的中型水库。水库设计灌溉面积0.60万hm2。水库保护下游铁路、公路、75个村、16万人和1.33万hm2耕地的防洪安全。水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪洞和输水洞组成。大坝为碾压式均质土坝，最大坝高40 m。新建输水洞，位于大坝右侧山体中泄洪洞的左侧。

郭堡水库新建输水洞全长183 m，其中桩号0+000—0+053为输水洞进口段，桩号0+053.0—0+057.6为进水塔控制段，桩号0+057.6—0+177为输水洞段，出口0+177—0+183设控制闸阀，下游埋设DN 1000钢管，长423 m，与规划的灌区输水干管道连接。

进口段为方形隧洞结构，结构净尺寸为1.5m×1.5m，进口段底高程为926.5 m，控制段进水塔塔身尺寸为3.0 m×3.4 m，进水塔底高程为926.5 m，检修层高程为946.5 m，塔身为C 25钢筋混凝土结构，洞身段洞型为圆形，洞径为2 m，输水洞进口段及洞身段，在洞顶180°范围内采用喷锚支护衬砌，锚杆长L为1.5 m，直径为25 mm，螺栓角度为15°，行距为1 m，呈梅花形布置。开挖完成后内衬DN 100壁厚15 mm的压力钢管，钢管与洞壁间以C 15细料膨胀混凝土填塞密实。

2 工程地质

桩号0-54.5—0+000段，该段为输水洞进口前引渠段，设计底高程为926.5 m。该段基岩顶高程928～934 m，上覆第三系及第四系全新统冲洪积松散层。

桩号0+000—0+027段隧道主要穿越灰白色中细粒长石砂岩和紫红色砂质泥岩，隧道顶部以紫红色砂质泥岩为主。洞顶以上围岩厚度约7.2～21.3 m，其中弱风化岩厚度2.7～13.5 m。围岩类型为V类，极不稳定，围岩不能自稳，变形破坏严重。

桩号0+027—0+172段，隧洞主要从灰白中细粒长石砂岩与紫红色砂质泥岩层中通过，洞顶以灰白中细粒长石砂岩层为主。洞顶以上围岩厚度约21.3～46.2 m，其中弱风化岩厚度13.5～40 m。节理裂隙发育，围岩被切割成块状，裂隙张开度被认为是微张力。此外，第二组中节理走向和隧道走向的小角度交会，不利于隧道的稳定性。岩体完整性较差。洞穴的底部在地下水位以下。围岩为Ⅳ型，不稳定，自稳定时间短，可能发生较大的变形破坏。

0+172—0+183段，地层三迭系二马营组基岩顶高程926～928 m，上覆新生界上第三系上新统（N2）棕红、紫红色砂中含有低液限粘土，局部含有小砾石和斜坡碎屑，厚6～10 m。

3 喷锚支护施工

喷锚支护包括，喷混凝土支护和锚杆、钢筋挂网及喷混凝土支护，在施工中，设计、地质、施工必须紧密协调。根据围岩条件的变化，调整支护方案和施工措施，确保安全可靠、经济。

3.1 喷锚支护施工顺序

隧洞开挖成形后，经通风排烟清危，工作面清洗，进行首次混凝土喷射作业，对开挖岩面进行及时封闭。紧接着安装锚杆，挂设钢筋网，进行第二次混凝土喷射作业，使喷射混凝土达到设计厚度。对喷射混凝土进行养护，开始下一循环喷锚支护作业。

3.2 喷射混凝土

喷射混凝土是利用喷射混凝土机，将按照一定比例拌制的混凝土通过喷嘴，喷到岩壁表面，并迅速固化成一层支撑结构，从而在周围的岩石上起到支撑作用。

3.2.1 施工准备

施工机具。喷射混凝土施工设备：混凝土喷射器、喷嘴、混凝土搅拌机、给料装置、动力空气压缩机、储水容器等。

原材料及配合比。根据设计要求，施工前应进行混凝土配合比。水泥、砂岩质量配合比为1∶5；水灰质量比0.45；粗骨料最大粒径2.0 cm；水泥用量475 kg/m3；砂的质量占比55%；速凝剂用量为水泥质量的3%；普通硅酸盐水泥P·O 42.5。

待喷面。喷混凝土前检查开挖断面尺寸，清除拱脚和拱角处的松散石块和碎屑；根据岩石情况用高压空气和水冲洗喷混凝土面，清理开挖粉尘和碎屑，处理滴水和渗漏；在喷混凝土施工前，在岩壁上均匀分布短锚固杆，用于检测混凝土厚度；操作区域应安装足够有保护措施的照明设施。

3.2.2 施工工艺

喷射混凝土的施工工艺。

根据不同的制造方法，喷射混凝土分为干喷混凝土和湿喷混凝土，该工程采用湿喷施工。

湿喷法施工工艺流程：将经过检验合格的砂石料与水按确定好的重量比先在搅拌机中拌和，搅拌到一定程度按混凝土配合比确定的量加入水泥，继续搅拌，搅拌时间不小于90 s；搅拌好的混凝土经运输设备运输至喷射机，启动空压机，开动喷射机，把混凝土加入喷射机，混凝土在压缩空气的作用下通过喷头与速凝剂混合后喷射到岩面。

施工要点。

喷射混凝土，一是喷嘴应尽量与受喷岩面垂直，使喷射混凝土得到最大的压力，尽可能减少回弹量。二是工作气压，拱的工作气压约0.5 MPa，侧壁的工作气压0.3 MPa为宜。三是喷涂顺序，从下到上、先凹后凸，如果岩石较差，则应从上到下喷涂。四是喷涂混凝土厚度，一次喷涂太薄，容易产生回弹；一次喷得太厚，容易下坠。

由于喷射混凝土水泥用量大、凝结剂用量大，喷射混凝土后2 h应进行养护。喷洒时间应尽量保持混凝土充分湿润，养护时间不应少于14 d。

3.3 锚杆施工

锚杆在隧道施工中的主要作用。一是悬吊危险岩层作用，将坚硬岩层悬挂在坚硬稳定的岩层之上，防止岩层离层。二是组合岩梁作用，将锚杆长度内的薄层串联成复合岩梁，以改善岩体的完整性。三是压缩加固作用，当围岩收敛时，锚杆被拔出，从而对围岩产生约束。绕过岩石，防止围岩变形和发展，这三个角色相辅相成。

3.3.1 锚杆布置及施工工艺

按锚杆锚固方式不同，可分为张力锚杆和砂浆锚杆，郭堡水库新建输水洞采用砂浆锚杆。砂浆锚杆按设计采用1.0 m×1.0 m梅花形布置，锚杆的方向为垂直隧道开挖轮廓线，在沿隧道纵向上，锚杆常按等间距的方式均匀布置。

3.3.2 锚杆施工要点

施工工艺：定孔位、钻孔、清洗钻孔、压注砂浆和安插锚杆。

锚杆定位采用三角形模板定位，由拱顶向下点用红色油漆定位，孔位偏差小于10 cm；系统锚杆孔轴线方向尽量垂直于岩层的主要结构面，钻孔L直径（＞锚固直径+3 mm）；钻孔深度不小于锚固长度（+50 cm）。钻孔后，所有孔均清洗一次。清孔时将吹风管插至孔底，打开阀门，将孔底碎屑吹出，通过插入和拔出风管清洗钻孔；压力灌浆砂浆：M 25，水泥∶砂=1∶4，水泥∶水=1∶0.75；插入螺栓：缓慢插入螺栓，避免砂浆过量挤出，造成砂浆在孔内不密实。锚固螺栓，不得在3 d内吊挂重物或敲击。露处较多时，要将露出端切断。

4 结语

锚杆采用拉拔仪检测拉拔力，抽检频率为每300根抽检3根，各锚杆的抗拔力均满足设计要求；喷浆混凝土厚度校核，截面间距10 m，各截面拱、侧壁测点大于5个，喷混凝土厚度平均值不小于设计值，其中90%符合设计值要求；对50 m左右的一组（3个块）钻芯进行强度检验，经过28 d抗压强度基本为20 MPa以上，强度保证率大于90%。

喷锚支护作为工作面的主要支护，可以与工作面密切配合。控制围岩早期应力释放、防止围岩发生任意松动。具有支护灵活性、及时性、安全性，可节省材料和劳动力，降低费用，且工艺相对简单、质量容易保证。对洞内交通、通风、防风和其它工序生产均有利，便于施工。实践证明，锚喷支护在隧洞施工中是一项行之有效的施工技术。