评价水库隧洞工程施工中超前支护的应用

谢丹

（郴州市水电建设公司，湖南 郴州423000）

1 引言

随着我国水利工程建设领域的飞速发展，水库工程中的隧洞施工也逐渐得到了建筑企业与施工单位的高度重视，同时为提高隧洞的施工效率与质量，以超前支护为例的施工技术也越来越广泛地被应用于水库隧洞工程中。但就水库隧洞建设中超前支护技术应用的目前情况来看，依然存在极大的进步空间。要充分发挥超前支护的重要作用，从而提高水库建设质量以及投入使用后的安全性，必须对其进行深入探索与研究。

2 超前支护施工技术概述

超前支护施工技术的先进性较强，更适用于地形复杂的隧道及隧洞工程。施工人员在开挖工程面时，可采取锚杆或钢管超前支护的方法锚固地质围岩，从而为公路隧道开挖过程中，施工人员、设备与物资的安全提供更高的保证。具体来讲，施工人员需通过对导向架与管棚等设备的应用，以水库隧洞为中心施工开挖线，同时应充分发挥钢管与锚杆的作用来实现对隧洞围岩的预支护，进一步保证隧洞工作面开挖的稳定性与安全性。

要在地质条件较复杂的施工区域内应用超前支护施工技术并确保其有效性，应注意以下几点：（1）辅助与支撑措施不能忽视；（2）施工测量与放样工作也必须提前做好，为超前支护技术的全面落实奠定牢固基础；（3）施工人员也应严格按照施工方案确保水库隧洞开挖的有序性，然后再将工程地质情况与周边环境作为根据，选择应用管棚或锚杆支护；（4）超前支护技术应用完毕后，应对水库隧洞的强度与坍塌的可能性展开评估，确定是否需要再次支护与二次衬砌，最大限度地保证水库隧洞建设的质量和安全性[1]。

3 工程案例概况

以某水库工程为例，其河谷为“U”形，地形陡峻且基岩裸露，左岸高程660m下覆盖的碎块石土约为5～10m，存在咫断层；右岸高程超730m的砂漂砾石约为15～30m，阶地山坡角度为50°。此水库工程的主要构成为导流、大坝、泄洪、排砂洞以及溢洪道，计划将排砂洞、导流泄洪和溢洪道设置在右岸，大坝为硷面板堆石坝，最高高度是94.2m；导流洞直径为5m，属于圆形有压洞；溢洪道宽度为10m，最大泄洪量为228.4m3/s。

4 水库隧洞工程施工中应用超前支护技术的关键点

4.1 制订科学合理的施工方案

由于工程地质条件非常恶劣，所以，在已进洞10m的情况下，针对毛洞与仍未开挖的洞身制订了2种支护技术应用方案。毛洞支护以新奥法为主，同时与挂网喷护技术相结合，使卸荷变形的问题得到规避；在综合考虑多方因素后，基本可以确定超前支护能够发挥最好的效果。

超前支护在水库隧洞施工，即为对围岩破碎严重的开挖部分，以及洞顶或容易卸荷变形的部位进行施工。未开挖之前，施工人员应先沿轴线，在掌子面上按要求开凿小孔，并将钢管、锚杆以及钢梁等支撑物插入孔中，其中一个支点可设置为未开挖的围岩，而另一个支点则可选择为已经支好的钢支撑或托架，如此形成简支梁来承受顶拱围岩带来的压力。施工人员可使用此组梁代替开挖围岩中需承受的压力，如此能使支撑力在卸荷变形前充分补充，进一步降低卸荷变形出现的概率，有效预防塌方事故。

4.2 选择合适的施工技术

目前在托架支撑方面，超前支护技术通常只有竖向立柱状支撑与锚杆固定各纵梁出露端这两种方式，前者在大洞径遂洞中应用的效果更好，而后者则更适用于小洞径隧洞。但结合工程实际需求来看，上述2种托架方式都不适用。首先，水库导流隧洞洞径较窄，如果使用竖向立柱支撑技术，支撑立柱间距极难控制，间距过大的围岩压力难以承担，间距过小则钻爆台车难以和钻孔、爆破等及时跟进，从而影响隧洞施工质量。

其次，若采用锚杆固定的方式，受地质条件的影响与制约可能比较大，同时由于洞顶有一条与洞轴线几近的断裂夹泥层通过，所以，锚杆长度必须超过6m才能穿过夹泥层并发挥作用。另外，锚杆在岩石上的制作安装相对来讲难度极大，如果现场制作能力水平较差，施工进度与成本控制都会受到影响。

基于此，可以上述2种超前支护方式为基点创新改进，使用10根大号钢筋代替原本的若干根钢梁支撑，支护后端的竖支钢管架，也应替换为拱形托架，通过拱形钢筋圈的有效连接插入掌子面的钢筋，并实现在隧洞腰线处的短锚杆上的固定。实践证明，如此能使原本全部由钢筋承受的竖向卸荷力向洞身两侧的岩壁上合理分散[2]。

5 水库隧洞工程中超前支护施工的注意事项

5.1 提高对岩体加固的重视程度

在超前支护方案最终确定后，施工人员根据水库隧洞工程要求，将施工安排为超前支护为主、硷支护为辅，同时因为使用硷在新鲜开挖面上及时喷射，所以，围岩抗力提供得也十分及时，若喷射能到达裂隙的更深处，岩体加固效果还会更加明显，从而在降低岩石剪切力的基础上，确保围岩承载能力的提升。如此不仅拱顶中卸荷变形坍塌事故出现的概率会显著降低，由岩石不断风化而使小塌方转变为大塌方的隐患也能得到规避。

5.2 制作拱形托架超前支护

首先，可使用风枪在隧洞开挖断面的掌子面外围造孔，造孔方向通常情况下和轴线的夹角应为20°，造孔范围也应控制在掌子面顶120°之内；孔深应为4m，间距40cm，在孔内插入代替超前支护钢梁的新型钢筋，再在腰线处顺洞轴方向以40cm为间距造孔。孔深应控制在80cm，孔内插入的新型钢筋长度不能低于100cm，否则固定拱形托架的效果难以得到充分发挥。拱形托架应用的钢筋数量为2根，且依然需要弯制成拱圈，再使用短钢筋连接在一起，此间距应为5cm；在岩石内插入的用于替代钢梁的钢筋上电焊拱圈，从而将其作为托架使用，在腰线的短锚杆上拱铰支撑[3]。

5.3 合理控制爆破装药量

为尽可能缓解岩石振动带来的影响，对水库隧洞进行爆破作业时，应将火药装在周边孔中，因此，在造孔结束之后，施工人员应将直径为1.5～2cm的药卷绑扎在比孔径略小的木条上。在进行超前支护之前，应使用钢梁替代岩石来受力，从而为后续托架的安装提供便利，也更有利于支撑岩体；在掌子面深度与前一超前支护相符后，则应及时展开新的超前支护，直至岩石状况得到缓解。

6 结语

综上所述，我国水利工程的数量与规模发展十分迅速，同时其作为与民生息息相关的工程，在近几年也逐渐成为国家与社会各界关注的焦点，另外，新时期对水库隧洞工程质量的要求也更高，此时加大对超前支护技术的研究力度非常必要，这也是提高水库整体质量、运行效率及安全性的重要基础。