李家湾水电站隧洞进口段支护设计

冀飞

（汉中市水利水电建筑勘测设计院　陕西汉中　723000）

1　工程概况

李家湾水电站引水隧洞沿燕子砭河右岸布置，全长5294.3m，圆形断面，内径3.8m，坡比1/500，设计引水流量14m3/s。隧洞处于李家湾背斜构造的东南翼，沿洞线地层岩性有：寒武系下统钙质细砂岩与斑纹状泥质灰岩互层，白云质灰岩；奥陶系中上统灰色、紫红色龟裂纹灰岩；志留系下统粉砂质泥岩、灰绿色～黄绿泥质页岩夹砂岩。隧洞进口段为崩塌、坡积体，含泥碎石土，含块石、孤石，厚度较厚，围岩不稳定。表层为通村公路扩建，山体开挖，堆积形成的松散体。

2　进洞方案选择

由于隧洞进口段为坡崩积块碎石土，结构松散，自稳性差，拟选超前管棚法、超前锚杆法、超前小导管法三种实施方案。管棚法预支护长度不小于10m，一次施工成棚，支护能力强，安全可靠，但施工技术复杂，要有适合隧洞断面尺寸的钻机，并且造价较高。超前锚杆法经济快速，安全可靠，能起到超前支护的作用，但无法对洞内松散块碎石土进行固结灌浆处理。超前小导管法不仅能起到超前支护的作用，还可以利用小导管对前方松散块碎石土进行固结灌浆，既经济快速，又安全可靠。经优化比选，采用超前小导管法进洞。

3　边坡加固设计

3.1　洞脸排水设计

在洞脸边坡坡脚采用M7.5浆砌块石砌筑底宽0.4m，深0.4m，开口0.6m的倒梯形截水沟，厚度0.3m，减少地表径流对洞脸边坡的冲刷破坏。在洞口右侧设置2m×1m×1m（长×宽×深）集水坑，采用浆砌块石和干砌石交错砌筑，厚度30cm。

3.2　土边坡锚喷挂网支护设计

锚杆采用全长黏结型，杆体选用Ⅲ级螺纹钢筋，直径22mm，长2.5m，纵横间距1.0m，梅花形布置。锚杆尾部外露10cm左右，与钢筋网焊接（φ6@20cm×20cm），砂浆的配合比（重量比）为水泥：砂=1：1，水灰比=0.38～0.45，采用中细砂，最大粒径小于2.5mm。喷射混凝土强度等级为C25，厚度15cm，分3次完成，并及时养护。

3.3　明涵设计

为确保施工安全并顺利进洞，在洞口浇筑长3.0m的钢筋混凝土明涵，厚40cm，环向钢筋φ22@20cm，纵向钢筋φ14@25cm。同超前小导管联合稳定洞脸，增强洞脸围岩自身支护能力。

4　超前小导管的布设

4.1　制作参数

小导管采用Q235钢管制作，规格为φ42mm×3.5mm，注浆孔眼φ8mm，眼距150mm，梅花形布置，端部加工呈锥形，以利于插入孔内，末端预留长度不小于400mm的止浆段，尾部焊接φ6mm加筋箍，防止打入小导管时尾部开裂（见图1）。

4.2　小导管布设

图1　小导管制备样图

沿隧洞设计拱线上方15cm的位置布设2排小导管，用于进洞施工超前支护，间距45cm，排距35cm，外插角度控制在2～5°，末端预留50cm，与明涵环向钢筋焊接。在洞内起拱范围内布设单排小导管，环向间距 40cm，外插角度 5～10°。

5　开挖程序及方法

（1）开挖前先喷射10cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙；测量复核隧洞中心线和高程，按设计标出小导管位置，钻机钻孔，孔径比小导管直径大20mm，并用吹管清孔；检查钻孔的外插角度，人工配合钻机将小导管顶入，再注浆。

（2）人工开挖进洞80cm后开始明涵施工，与洞脸接触处用C25混凝土喷射密实；明涵浇筑养护7d后，以人工开挖为主，配合风镐施工，每次进尺控制在0.8～1.2m之间。

（3）开挖结束后，立即喷射C25混凝土5cm封闭洞身岩面，作为临时支护。

（4）临时支护完成后开始系统锚杆的施工，锚杆规格与洞脸边坡锚杆一致，环向间距1.0m，排距与钢拱架的纵向间距一致，末端外露10cm，与钢筋网、钢拱架焊接，在墙脚附近设置加强锚杆。

（5）钢筋网采用φ6@20cm×20cm，紧贴喷射混凝土面布设，网格之间及搭接处绑扎牢固，与锚杆搭接处焊接。

（6）在洞脸开挖至注浆小导管还剩2m时开始洞内超前小导管的施工。超前小导管沿拱线上方15cm布设，水泥浆水灰比0.5～1.0，注浆压力0.5～1.0MPa。超前小导管末端与钢拱架焊接，在此之后相邻超前小导管纵向搭接长度不小于1.0m。

（7）拱架采用14#工字钢，节点部分焊接。浇筑0.5m×0.5mC25混凝土基础，将钢拱架置于混凝土基础之上，与隧洞轴线垂直，并紧贴着混凝土面架设，钢拱架与超前小导管、系统锚杆焊接。在钢拱架与喷射混凝土面间隙较大时用水泥块填塞。钢拱架的纵向间距控制在0.5～0.7m之间，每榀拱架设φ20@100cm的连接筋。

（8）喷护C25混凝土厚度10cm，要求钢拱架与临时支护混凝土面之间的间隙喷射饱满密实。

图2　超前小导管支护纵断面图

6　效果分析

土边坡稳定，未对洞身产生不良影响；洞口集水坑将地下水位线降低至洞口以下，消除了地下水对洞身的不利影响。

采用超前小导管和联合支护技术，把隧洞进口段松散的块碎石土固结成整体，提高了掌子面前方围岩的强度和刚度，极大地减少了开挖引起的围岩松动和坍塌，保障了施工安全。施工中未发生任何事故，仅用50余天完成了进口段79m土质围岩的开挖，得到了建设单位的肯定。

[1《]水利水电工程锚喷支护技术规范》（SL377-2007）.

[2《]水工隧洞设计规范》（DL/T5166-2002）.

[3]汪胡桢.水工隧洞的设计理论和计算[M].水利电力出版社，1990.