謝丹

（郴州市水電建設(shè)公司，湖南 郴州423000）

1 引言

隨著我國水利工程建設(shè)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，水庫工程中的隧洞施工也逐漸得到了建筑企業(yè)與施工單位的高度重視，同時為提高隧洞的施工效率與質(zhì)量，以超前支護為例的施工技術(shù)也越來越廣泛地被應(yīng)用于水庫隧洞工程中。但就水庫隧洞建設(shè)中超前支護技術(shù)應(yīng)用的目前情況來看，依然存在極大的進步空間。要充分發(fā)揮超前支護的重要作用，從而提高水庫建設(shè)質(zhì)量以及投入使用后的安全性，必須對其進行深入探索與研究。

2 超前支護施工技術(shù)概述

超前支護施工技術(shù)的先進性較強，更適用于地形復雜的隧道及隧洞工程。施工人員在開挖工程面時，可采取錨桿或鋼管超前支護的方法錨固地質(zhì)圍巖，從而為公路隧道開挖過程中，施工人員、設(shè)備與物資的安全提供更高的保證。具體來講，施工人員需通過對導向架與管棚等設(shè)備的應(yīng)用，以水庫隧洞為中心施工開挖線，同時應(yīng)充分發(fā)揮鋼管與錨桿的作用來實現(xiàn)對隧洞圍巖的預(yù)支護，進一步保證隧洞工作面開挖的穩(wěn)定性與安全性。

要在地質(zhì)條件較復雜的施工區(qū)域內(nèi)應(yīng)用超前支護施工技術(shù)并確保其有效性，應(yīng)注意以下幾點：（1）輔助與支撐措施不能忽視；（2）施工測量與放樣工作也必須提前做好，為超前支護技術(shù)的全面落實奠定牢固基礎(chǔ)；（3）施工人員也應(yīng)嚴格按照施工方案確保水庫隧洞開挖的有序性，然后再將工程地質(zhì)情況與周邊環(huán)境作為根據(jù)，選擇應(yīng)用管棚或錨桿支護；（4）超前支護技術(shù)應(yīng)用完畢后，應(yīng)對水庫隧洞的強度與坍塌的可能性展開評估，確定是否需要再次支護與二次襯砌，最大限度地保證水庫隧洞建設(shè)的質(zhì)量和安全性[1]。

3 工程案例概況

以某水庫工程為例，其河谷為“U”形，地形陡峻且基巖裸露，左岸高程660m下覆蓋的碎塊石土約為5～10m，存在咫斷層；右岸高程超730m的砂漂礫石約為15～30m，階地山坡角度為50°。此水庫工程的主要構(gòu)成為導流、大壩、泄洪、排砂洞以及溢洪道，計劃將排砂洞、導流泄洪和溢洪道設(shè)置在右岸，大壩為鹼面板堆石壩，最高高度是94.2m；導流洞直徑為5m，屬于圓形有壓洞；溢洪道寬度為10m，最大泄洪量為228.4m3/s。

4 水庫隧洞工程施工中應(yīng)用超前支護技術(shù)的關(guān)鍵點

4.1 制訂科學合理的施工方案

由于工程地質(zhì)條件非常惡劣，所以，在已進洞10m的情況下，針對毛洞與仍未開挖的洞身制訂了2種支護技術(shù)應(yīng)用方案。毛洞支護以新奧法為主，同時與掛網(wǎng)噴護技術(shù)相結(jié)合，使卸荷變形的問題得到規(guī)避；在綜合考慮多方因素后，基本可以確定超前支護能夠發(fā)揮最好的效果。

超前支護在水庫隧洞施工，即為對圍巖破碎嚴重的開挖部分，以及洞頂或容易卸荷變形的部位進行施工。未開挖之前，施工人員應(yīng)先沿軸線，在掌子面上按要求開鑿小孔，并將鋼管、錨桿以及鋼梁等支撐物插入孔中，其中一個支點可設(shè)置為未開挖的圍巖，而另一個支點則可選擇為已經(jīng)支好的鋼支撐或托架，如此形成簡支梁來承受頂拱圍巖帶來的壓力。施工人員可使用此組梁代替開挖圍巖中需承受的壓力，如此能使支撐力在卸荷變形前充分補充，進一步降低卸荷變形出現(xiàn)的概率，有效預(yù)防塌方事故。

4.2 選擇合適的施工技術(shù)

目前在托架支撐方面，超前支護技術(shù)通常只有豎向立柱狀支撐與錨桿固定各縱梁出露端這兩種方式，前者在大洞徑遂洞中應(yīng)用的效果更好，而后者則更適用于小洞徑隧洞。但結(jié)合工程實際需求來看，上述2種托架方式都不適用。首先，水庫導流隧洞洞徑較窄，如果使用豎向立柱支撐技術(shù)，支撐立柱間距極難控制，間距過大的圍巖壓力難以承擔，間距過小則鉆爆臺車難以和鉆孔、爆破等及時跟進，從而影響隧洞施工質(zhì)量。

其次，若采用錨桿固定的方式，受地質(zhì)條件的影響與制約可能比較大，同時由于洞頂有一條與洞軸線幾近的斷裂夾泥層通過，所以，錨桿長度必須超過6m才能穿過夾泥層并發(fā)揮作用。另外，錨桿在巖石上的制作安裝相對來講難度極大，如果現(xiàn)場制作能力水平較差，施工進度與成本控制都會受到影響。

基于此，可以上述2種超前支護方式為基點創(chuàng)新改進，使用10根大號鋼筋代替原本的若干根鋼梁支撐，支護后端的豎支鋼管架，也應(yīng)替換為拱形托架，通過拱形鋼筋圈的有效連接插入掌子面的鋼筋，并實現(xiàn)在隧洞腰線處的短錨桿上的固定。實踐證明，如此能使原本全部由鋼筋承受的豎向卸荷力向洞身兩側(cè)的巖壁上合理分散[2]。

5 水庫隧洞工程中超前支護施工的注意事項

5.1 提高對巖體加固的重視程度

在超前支護方案最終確定后，施工人員根據(jù)水庫隧洞工程要求，將施工安排為超前支護為主、鹼支護為輔，同時因為使用鹼在新鮮開挖面上及時噴射，所以，圍巖抗力提供得也十分及時，若噴射能到達裂隙的更深處，巖體加固效果還會更加明顯，從而在降低巖石剪切力的基礎(chǔ)上，確保圍巖承載能力的提升。如此不僅拱頂中卸荷變形坍塌事故出現(xiàn)的概率會顯著降低，由巖石不斷風化而使小塌方轉(zhuǎn)變?yōu)榇笏降碾[患也能得到規(guī)避。

5.2 制作拱形托架超前支護

首先，可使用風槍在隧洞開挖斷面的掌子面外圍造孔，造孔方向通常情況下和軸線的夾角應(yīng)為20°，造孔范圍也應(yīng)控制在掌子面頂120°之內(nèi)；孔深應(yīng)為4m，間距40cm，在孔內(nèi)插入代替超前支護鋼梁的新型鋼筋，再在腰線處順洞軸方向以40cm為間距造孔。孔深應(yīng)控制在80cm，孔內(nèi)插入的新型鋼筋長度不能低于100cm，否則固定拱形托架的效果難以得到充分發(fā)揮。拱形托架應(yīng)用的鋼筋數(shù)量為2根，且依然需要彎制成拱圈，再使用短鋼筋連接在一起，此間距應(yīng)為5cm；在巖石內(nèi)插入的用于替代鋼梁的鋼筋上電焊拱圈，從而將其作為托架使用，在腰線的短錨桿上拱鉸支撐[3]。

5.3 合理控制爆破裝藥量

為盡可能緩解巖石振動帶來的影響，對水庫隧洞進行爆破作業(yè)時，應(yīng)將火藥裝在周邊孔中，因此，在造孔結(jié)束之后，施工人員應(yīng)將直徑為1.5～2cm的藥卷綁扎在比孔徑略小的木條上。在進行超前支護之前，應(yīng)使用鋼梁替代巖石來受力，從而為后續(xù)托架的安裝提供便利，也更有利于支撐巖體；在掌子面深度與前一超前支護相符后，則應(yīng)及時展開新的超前支護，直至巖石狀況得到緩解。

6 結(jié)語

綜上所述，我國水利工程的數(shù)量與規(guī)模發(fā)展十分迅速，同時其作為與民生息息相關(guān)的工程，在近幾年也逐漸成為國家與社會各界關(guān)注的焦點，另外，新時期對水庫隧洞工程質(zhì)量的要求也更高，此時加大對超前支護技術(shù)的研究力度非常必要，這也是提高水庫整體質(zhì)量、運行效率及安全性的重要基礎(chǔ)。