溢洪道復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)的作用及施工工藝探討

1、溢洪道復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)的作用及施工工藝探討【摘 要】本文以貴州烏江洪家渡水電站溢洪道復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)實(shí)際施工為例,對(duì)噴錨支護(hù)在不同圍巖中的作用及施工工藝進(jìn)行了探討。【關(guān)鍵詞】噴錨支護(hù) 錨桿 噴射混凝土 施工工藝一、工程概況洪家渡水電站是烏江梯級(jí)龍頭電站。電站裝機(jī)容量600MW，保證電力171.5MW，多年平均電量15.94億kW.h。洪家渡水電站位于貴州織金縣與黔西縣交界處，電站距貴陽158km，距東風(fēng)水電站公路里程70km。其溢洪道為大斷面隧洞，開挖斷面在350m2左右，洞底凈寬14m，洞凈高21.54m，長754.543m(我項(xiàng)目部施工長度654.25m)，縱坡7.5%，斷面為城門

2、洞形，洞身一期支護(hù)噴鋼纖維混凝土、錨桿等工程，洞身襯砌為鋼筋混凝土，襯砌厚度為0.8m1.2m。洞室沿軸線地面高程1010m1300m，埋深20260m。對(duì)于如此大的斷面施工，以噴錨支護(hù)為主的施工支護(hù)在隧洞初期阻止圍巖變形、承載圍巖壓力、保護(hù)施工安全中所起的作用是決定性的。本文就洞室復(fù)合式襯砌施工中，噴錨支護(hù)的作用及其施工工藝進(jìn)行探討。二、噴錨支護(hù)的作用復(fù)合式襯砌中，永久襯砌是在初期噴錨支護(hù)趨于穩(wěn)定后再施工的，噴錨支護(hù)在襯砌未施工前的這一時(shí)段里，能夠與圍巖一起形成具有一定強(qiáng)度和柔韌性的受力體系，其作用可從錨桿及噴射混凝土兩個(gè)方面來考慮。1 錨桿的作用首先，錨桿對(duì)圍巖有懸吊作用。錨桿可將危石與穩(wěn)

3、定圍巖聯(lián)結(jié)，防止個(gè)別危巖的掉落或滑落，加固局部失穩(wěn)的巖體。其二，對(duì)于水平或緩傾斜的層狀圍巖，錨桿能把數(shù)層巖層連在一起，增加巖體各層間的抗剪能力，增大層間摩擦阻力，形成“組合梁”效應(yīng)，從而提高圍巖自穩(wěn)性。第三，錨桿對(duì)圍巖的加固作用。其加固原理如圖1所示。錨桿施工后圍繞每根錨桿均產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定地帶，其形狀大致象一個(gè)錐體(如圖1(a)所示)。錨桿之間的巖體則以各穩(wěn)定帶為支柱，互相支撐而形成拱效應(yīng)(如圖1(b)所示)，從而提高圍巖自身的承載能力。錨桿加固圍巖后所產(chǎn)生的應(yīng)力場是復(fù)雜的，對(duì)于錨桿的支護(hù)作用，不能孤立的按三種作用來分析，而應(yīng)是各種作用綜合的結(jié)果。2 噴射混凝土的作用噴射混凝土對(duì)圍巖的作用表現(xiàn)

4、在以下幾個(gè)方面：1) 對(duì)圍巖的支承作用。噴層能與圍巖密貼和粘接，并給圍巖表面以抗力和剪力，從而使圍巖處于三向受力的有利狀態(tài)，防止圍巖強(qiáng)度惡化，阻止不穩(wěn)定巖塊體的塌滑。2) “卸載”作用。噴層早期強(qiáng)度較高，并具有一定的柔性，能及時(shí)向圍巖提供抗力，可有控制的使圍巖在不出現(xiàn)有害變形的前提下，進(jìn)入一定程度的朔性，從而使圍巖“卸載”。3) 填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖。噴射混凝土可填充圍巖裂隙及圍巖表面凹穴，使裂隙分割的巖塊層面粘接在一起，保持巖塊間的咬合、鑲嵌作用，提高其間的粘接力、摩阻力，有利于防止圍巖松動(dòng)，避免或緩和圍巖應(yīng)力集中。噴層還能形成覆蓋圍巖表面、防風(fēng)化和一定止水作用的防護(hù)層，并能阻止節(jié)理裂隙中充填物質(zhì)的

5、流失。4) 分配外力的作用。通過噴層把錨桿、鋼架等支護(hù)形式聯(lián)成整體，并把外力傳給錨桿、鋼架等，使整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)均勻受力。三、不同圍巖噴錨支護(hù)的施工通過以上的作用分析，噴錨支護(hù)的施工即是要讓噴錨支護(hù)體系與圍巖一起共同受力，從而發(fā)揮其最大的支護(hù)作用。在實(shí)際施工中，就應(yīng)面對(duì)圍巖的變化，要合理的安排噴錨支護(hù)的施工，充分發(fā)揮噴錨的作用。現(xiàn)將洪家渡水電站溢洪道施工中噴錨支護(hù)施工情況介紹如下：1 類圍巖噴錨支護(hù)施工洪家渡水電站溢洪道，其類圍巖為九級(jí)灘泥頁巖地段，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育，圍巖呈碎石狀壓碎機(jī)構(gòu)。隧洞開挖后，圍巖變形以朔性變形為主。為防止圍巖變形過大而導(dǎo)致隧洞坍塌，在施工時(shí)，噴錨支護(hù)緊隨開挖進(jìn)

6、行，采取錨噴與開挖交互進(jìn)行的工序進(jìn)行支護(hù)施工。首先施工系統(tǒng)錨桿和初噴混凝土，加固圍巖。錨桿施工時(shí)盡量使錨桿方向垂直于巖面及層理面。這樣施工的好處在于使錨桿受力方向與圍巖變形方向一致，同時(shí)也可使錨桿穿過的層理數(shù)最多，增強(qiáng)錨桿對(duì)圍巖的組合梁效果。錨桿尾端預(yù)車絲口，并用螺栓將錨桿墊板錨于尾端，增強(qiáng)錨桿對(duì)圍巖的懸吊能力及其與其他支護(hù)的聯(lián)結(jié)。錨桿施工后進(jìn)行初噴，這樣完成對(duì)圍巖的初期支護(hù)，將圍巖變形限制在安全范圍內(nèi)。其次施工鋼筋網(wǎng)及格柵鋼架，復(fù)噴混凝土。鋼筋網(wǎng)可增加噴混凝土的柔韌性及抗裂性，格柵鋼架則可增加支護(hù)體系的剛度。施工地點(diǎn)離開挖掌子面約相距1015米，施工時(shí)間相距約24小時(shí)左右。此時(shí)圍巖變形量顯著

7、減少，通過后序支護(hù)施工，使整個(gè)噴錨支護(hù)體系與圍巖緊貼密實(shí)，形成能夠限制圍巖變形、一具有足夠強(qiáng)度及柔韌性的支護(hù)體系。2 、類圍巖噴錨支護(hù)施工、類圍巖整體性較好，圍巖位移量較少。噴錨施工可安排先錨再噴的次序進(jìn)行。此時(shí)錨桿主要對(duì)圍巖起懸吊加固作用，先施工個(gè)別裂隙圍巖及節(jié)理發(fā)育圍巖，保證施工安全，再進(jìn)行系統(tǒng)錨桿及噴射混凝土施工，封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化剝落。噴射混凝土與掌子面間距一般控制在3080米左右，支護(hù)效果較好。3 破碎圍巖地段噴錨支護(hù)施工隧洞軟弱破碎地段施工，多具有易碎易塌及富水性。對(duì)此種圍巖施工，單純的噴錨支護(hù)已滿足不了施工要求。這時(shí)，就要結(jié)合其他支護(hù)方式進(jìn)行綜合的噴錨支護(hù)施工。以下為在具體的

8、施工中對(duì)此類地段的施工方法。對(duì)于長度小于3米、破碎程度不大的地段，可結(jié)合局部超前錨桿進(jìn)行支護(hù)施工。此時(shí)超前錨桿的作用是形成兩端支點(diǎn)在較好圍巖、中部在破碎圍巖中的簡支梁。將鋼筋網(wǎng)掛點(diǎn)在超前錨桿上，并立即進(jìn)行噴混凝土施工，使噴錨支護(hù)在破碎帶處形成縱向及環(huán)向均受力較好的成片成環(huán)的支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于較大破碎帶的施工，其施工方法原理同上。只是其超前錨桿調(diào)整為受力更好的管棚，個(gè)別地段還需采取安裝格柵鋼架、墻背注漿等輔助措施。4 一般圍巖段噴錨支護(hù)施工的最佳效果隧洞噴錨支護(hù)施工必須本著成環(huán)成片的原則，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況，使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成整體受力體系，才能發(fā)揮其最佳支護(hù)作用，保證施工安全。噴錨支護(hù)施工時(shí)錨桿徑向施

9、工則可發(fā)揮錨桿支護(hù)的最佳效果，從而整體提高噴錨支護(hù)的效果，這個(gè)結(jié)論可從分析中看出：1) 由錨桿對(duì)圍巖的加固作用上分析（圖1所示），錨桿徑向施工所形成的拱效應(yīng)，其范圍是最大的，相應(yīng)的，隧洞周圍圍巖所形成的“護(hù)拱”其厚度亦是最大的，支護(hù)作用最強(qiáng)；2) 圍繞徑向錨桿能夠形成一環(huán)向連續(xù)的加固帶(圖2(b)所示)，其對(duì)圍巖的加固效果好于其他非徑向錨桿(圖2(a)所示)；3) 徑向錨桿受力方向與噴混凝土的受力方向一致，最大限度的發(fā)揮了錨桿與噴混凝土共同受力的性能，從而提高了噴錨支護(hù)的效果。四、噴錨支護(hù)施工工藝隧洞噴錨支護(hù)施工工藝比較多，洪家渡水電站溢洪道，其錨桿設(shè)計(jì)采用砂漿錨桿，噴射混凝土采用濕噴鋼纖維混

10、凝土。下面就對(duì)噴錨支護(hù)的施工工藝作一介紹。1 砂漿錨桿砂漿錨桿其加工及施工都很簡單、支護(hù)能力好。砂漿錨桿以其經(jīng)濟(jì)適用性，在隧洞支護(hù)施工中廣泛運(yùn)用。其施工工藝如下：打錨桿眼砂漿拌制錨桿及墊板加工、除銹施工準(zhǔn)備注漿泵灌注砂漿人工打入錨桿砂漿強(qiáng)度達(dá)到要求錨桿墊板安裝錨桿鉆孔采用水電鉆。注漿采用注漿泵，人工打入錨桿。2 濕噴鋼纖維混凝土溢洪道噴射鋼纖維混凝土采用TK961(6m3/h)型濕噴機(jī)進(jìn)行噴射施工。其施工工藝如下頁圖所示：不合格噴錨工作平臺(tái)就位巖體表面處理，厚度控制濕噴機(jī)開機(jī)準(zhǔn)備配料拌和測定骨料含水率水鋼纖維粗骨料篩分混合料運(yùn)輸塌落度檢驗(yàn)細(xì)骨料篩分合格鋼纖維拌和均勻合格不合格圍巖滲水滲水處理噴

11、射砼液體速凝劑無有找平停機(jī)濕噴鋼纖維砼施工工藝流程圖濕噴優(yōu)點(diǎn)是回彈量大幅減少，混凝土強(qiáng)度均勻，噴射效果較好，同時(shí)能夠較好解決隧洞施工中的粉塵問題。在實(shí)際噴射施工中，從噴混凝土質(zhì)量控制、減少回彈率、及降低粉塵等方面進(jìn)行控制，取得了較好的效果。1) 對(duì)噴混凝土原材料的選擇。使用的石料采用粒徑小于15毫米的瓜米石， 噴層表面平整，取得了較好的噴射效果；2) 對(duì)噴混凝土配合比進(jìn)行科學(xué)選配，這是控制噴混凝土質(zhì)量及回彈率的關(guān)鍵。濕噴混凝土要求有較大水灰比以提高其流動(dòng)性，滿足噴射要求，施工時(shí)水灰比控制在1:0.55左右；3) 噴射前對(duì)噴射表面進(jìn)行檢查，看是否有松動(dòng)圍巖，若有則先予清除； 并用電鉆在邊墻及拱部

12、按2×2米的間距梅花鉆10厘米深小孔，孔內(nèi)錨以20厘米長短鋼筋作為檢驗(yàn)噴層厚度的參照物。用水或高壓風(fēng)管將巖壁面的粉塵和雜物沖洗干凈，濕潤噴體表面，增強(qiáng)噴層與圍巖的粘接。4) 噴射時(shí)將噴嘴作小圓圈慢速移動(dòng)并垂直于工作面，保持噴嘴與巖面約1米左右的距離。噴射混凝土順序先墻后拱，巖面不平時(shí)，先噴凹處找平。在邊墻部份為自下而上，從左到右或從右到左，并注意呈旋轉(zhuǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)，一圈壓半圈，縱向按順序進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)半徑一般為15cm，每次蛇行長度為34m。在拱部拱腳至拱腰處，自下而上。拱腰至拱頂由里（有混凝土處）向外進(jìn)行噴射混凝土施工。5) 噴射混凝土后2小時(shí)左右即向噴混凝土表面噴射高壓水霧進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7天，可明顯減少噴混凝土收縮開裂。6) 在施工中對(duì)于影響噴射質(zhì)量的人的因素加強(qiáng)控制。設(shè)置專業(yè)噴射手并對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn),使射手掌握好噴射的角度距離及水量大小的控制；同時(shí)，通過噴體的力學(xué)試驗(yàn)檢驗(yàn)噴混凝土質(zhì)量：制作了45×35×15厘米的木模，用巖石切割機(jī)切割成10×10×10厘米的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。五、噴射作業(yè)的組織噴射混凝土施工，由現(xiàn)場施工員調(diào)配