浅谈管棚联合支护在花岗岩隧道不良地质条件下的应用

　　摘要：花岗岩不良地质条件条件施工，按超前锚杆与钢拱架常规支护形式难以满足施工安全需要，在黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通洞、施工支洞进口段采用管棚联合支护形式，有效控制了不良地质情况下的围岩变形。本文仅简单介绍这一方案的应用。

　　关键词：管棚联合支护  花岗岩  不良地质  应用

　　Abstract: the granite bad geological conditions of the construction condition, according to the advanced anchor rod and the steel arch bridge conventional support form to meet construction safety need, in black elk peak pumped storage power plant in the hole, and construction, a hole traffic for import pipe anchor.the combined support form, the effective control of the bad geological conditions of the surrounding rock deformation. This paper introduced the plan only simple application.

　　Keywords: pipe roof combined support granite bad geological applications

　　1概述

　　黑麋峰抽水蓄能电站地处湖南省望城县桥驿镇境内，总装机容量2400MW，主要建筑物为上、下水库、地下厂房及引水系统。上水库位于黑麋峰森林公园内，下水库位于杨桥火车站东侧湖溪冲冲沟内，电站距长沙市区公路里程30km，距望城县城20km。

　　进厂交通洞位于湖溪冲左岸，西起下水库坝址下游灵仙庵附近，与上坝公路相连接，进口底板高程88.1m，东至地下洞室系统主变室下游边墙，底板高程30.50m，全长1041.47m（含送风洞长45m）,净断面尺寸为8.2m*7.0m（宽*高），城门洞型，设计最大纵坡为7.0%。

　　①施工支洞进口位于地面副厂房以下、下水库库尾，进口底板高程59.50，通至主厂房右端墙，底板高程44.70m，全长390m，设计最在大纵坡为9%，其中桩号①0+088.310～①0+247.402m与高压电缆道及排风洞结合，净断面尺寸为7.0×7.8m（宽×高），其它断面尺寸为7.0×6.5m（宽×高），城门洞型。

　　在进厂交通洞、施工支洞进口段开挖过程中，由于地质条件较差，用常规支护方式难以安全进洞开挖，通过采用管棚联合支护方案，确保了施工安全和工程进度。

　　2    施工方案的选择

　　2.1 工程地质情况

　　①施工支洞、进厂交通洞洞室布置区山体较雄厚~雄厚，居于燕山晚期侵入的铜盆寺花岗岩体南西部，岩性以中~中细粒斑状二云母二长花岗岩为主，构造方向以NE、NWW向为主，次为NW、NNE向。

　　进厂交通洞进口位于一地形低洼处，岩性以花岗岩为主，表部残坡积覆盖层厚、一般小于1m，全、强风花带下限埋深分别为3m左右、10m左右。进口明挖岩石多呈强风化状，局部全风化至弱风化状；两侧边坡主要由全~强风化岩体组成，局部为弱风化岩体。洞脸坡岩多呈全~强风化，洞口位于强~弱风化岩体内，岩体完整性较差，洞口及边坡主要受岩体风化破碎及结构面的影响，进洞前须作好锁口处理。

　　洞室内围岩以花岗岩为主，局部为花岗微晶岩脉或石英脉，花岗岩岩石坚硬，岩体完整性一般较好，其中近进口段岩体呈弱风化，局部为强风化，属Ⅲ~Ⅳ类围岩；其余部位为微风化~新鲜岩体，除断层破碎带外，多属Ⅱ~Ⅲ类围岩。

　　①施工支洞洞进口及洞身0+000~0+025m段地形较缓，地表综合坡度20°。进口区分布2.5m左右厚的崩积物，下状岩石以花岗岩为主，全、强风化带下限分别为3~5、10~15m，NE、NWW向结构面较为发育，其中NE向结构面与洞脸坡交角较小，且多倾向洞外；NWW向结构面与侧坡小角度相交，且基本位于地下水位以下，受结构面及其组合和岩体蚀变影响，岩体完整性差~较差，。

　　2.2   施工方案确定

　　由于进口地质条件差，受地下水侵蚀影响，洞脸边坡无法自稳。①施工支洞经设计变更，洞口位置向上游侧偏移4m，但调整后0+000~025m段受风化及地下水侵蚀影响，岩体蚀变严重，结构面节理发育，岩层破碎，多为松散体，完成洞口锚杆锁口支护后，仍然不能进洞。由于该段围岩多为松散体，其抗压强度远低于初始地应力，基本不具备抵御开挖时应力释放的能力，常规的喷锚支护或喷锚支护+钢支撑的施工方法是在围岩应力释放及应力重分布后来约束围岩变形，抵抗松动围岩压力,且锚杆长度必须穿逾松动圈，将大大增加锚杆长度。若采用上述方法支护，将会导致围岩在开挖后至支护完成前发生较大的变形，甚至坍塌。综合考虑上述因素，决定采用管棚联合支护形式。

　　管棚联合支护特点及原理是可以在围岩应力重分布前加固围岩松动圈，提高其整体抗压强度，利用开挖后围岩释放的初始地应力的反作用力来控制围岩变形，可以确保掘进安全，同时钢支撑的数量可以减少一半。基于上述分析，经研究决定采用"管超前、严注浆、短开挖（上下半洞、1.0m ~1.5 m/循环）、快封闭（5cm厚喷砼）、强支护（Φ25锚杆+Ⅰ16a支撑+20cm厚喷砼）、勤量测"的施工工艺，开挖施工严格遵从"先布管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，封闭一段，支护一段"的原则。

　　3．施工方法及程序

　　管棚联合支护主要施工方法及程序如下图示：

　　总体施工程序框图

　　4.1   小导管预注浆

　　小导管预注浆施工工艺流程框图

　　开挖前沿隧洞开挖掌子面拱部及拱肩下1m范围布置L=4.5m的Φ42超前注浆小导管，环向间距400mm，外插角100左右，纵向间距200mm，每进尺3m施作一次，注浆浆液为水泥浆。其施工要点如下：

　　钻孔：采用手风钻造孔，外插角10°。

　　导管制作：导管采用φ42mm热轧钢管加工，尾部焊套箍，顶部做成锥形，管壁按梅花型交替布钻小孔，孔眼直径φ8mm，间距为15cm。

　　安插导管：人工将加工好的钢管插入孔内，钢管入岩长度4m，各段纵向搭接长度为1.5m。

　　注浆：用灌浆泵灌注水泥-水玻璃双液浆，注浆前对开挖面及距掌子面5m范围内边、顶拱喷砼封闭，喷厚5～10cm，注浆压力0.3～0.5Mpa，水泥浆的水灰比控制在0.8:1～1:1之间，具体根据现场试验后最终确定，孔口设置止浆塞。注浆时先注无水孔，再注有水孔，从拱顶向下逐孔注浆，如遇冒浆或串浆，则间隔一孔或几孔分序注浆。

　　4.2   喷锚支护

　　开挖完成后，立即喷5cm厚C20素砼进行封闭，随后按@1.0×1.0m，梅花型布置L=500cm的Φ25锚杆@800mm*800mm，挂Φ8(网格间距150×150mm)的钢筋网。锚杆施作采用YT-28手风钻钻孔，先用锚杆注浆机注浆，人工安装锚杆，保证锚杆的安设及质量。

　　4.3   钢拱架制作及安装

　　钢拱架采用I16a工字钢分段制作，按单元拼焊成榀后，运至现场安装。其制作安装要求如下：

　　加工做到尺寸准确，弧形圆顺；单元结合须采用钢板焊接；焊接成型时，沿钢架两侧对称进行，接头处相邻两节圆心重合，连接孔位置准确。

　　钢拱架安装在初喷混凝土及挂钢筋网后进行，纵向间距为1.0m，钢拱架与喷砼面之间应紧贴，钢架安装完成后，和小导管及锚杆露头焊接牢固，每5榀钢拱架间沿周边每隔1m用的纵向钢筋联接，使之成为整体结构。并随着下层洞开挖完成将钢拱架引至洞脚基岩面，用2Φ25、L=500cm锁脚锚杆及40cm*40cm*40cm的C20砼墩固定。对于钢拱架与围岩之间有较大间隙的部位，采用C15毛石砼回填。最后喷射20cm厚C20早强混凝土，包裹钢拱架。

　　5.结束语

　　由于管棚支护是在围岩应力调整及重分布之前形成了具有较大刚度和承载能力的临时支撑拱圈，并随着锚杆的安插及钢拱架的安装，对洞室开挖后周边围岩提供了一个较大的反作用力，有效地约束了洞室围岩的应力调整。在该洞段及进厂交通洞进口段施工过程中，经周边收敛及顶拱下沉观测，未发现不稳定变形，且在开挖支护完成108d~121d后，经实测成果分析，围岩无明显变形，处于稳定状态，故管棚联合支护已完全满足围岩支护要求。经业主、设计、监理、施工四方讨论研究，取消了原设计对该段的钢筋砼衬砌。因此，管棚联合支护在该工程中的应用，既保证了施工安全，又节约了投资。

　　编写：

　　1、谭其志（1969-   ），男，贵州省德江县人，高级工程师，从事施工技术及项目管理工作。

　　2、李文超（1980-   ），男，黑龙江省方正县人，工程师，从事施工技术及项目管理工作。