钻杆用作超前小管棚支护在洞室开挖中的应用

・３８・　四川Ｉ水利　２００８．Ｎｏ．６　钻杆用作超前小管棚支护在洞室开挖中的应用　杨波　（中国水利水电第七工程局，四川彭山，６２０８６０）　【摘要】姜射坝水电站调压井穹顶，因处于软弱围岩、裂隙及断层较发育等地质条件较恶劣的地段，在地下洞室开　挖ｇｘ．时难以进行超前钢筋锚杆及钢管小管棚等超前支护。通过多次试验，提出了将造孔所使用的钻杆直接用作超前　小管棚。对松散岩石进行超前预支护，起到了较好的功用，为在软弱围岩中进行洞室施工提供了成功的经验。　【关键词】钻杆小管棚超前预支护调压井姜射坝电站　１工程地质概况　姜射坝水电站为低闸引水式电站，电站总装　机４×３２ＭＷ，总引用流量２１６ｍ　／ｓ。引水隧洞全　长１２７４２．６７８ｍ，采用“一洞一室一管”的布置方　式。调压井工程布置于厂房后边坡山体内，为全　埋藏阻抗式调压井，平面为长条形，轴线长度　１２２．７０ｍ，断面为城门洞形，井身最大开挖高度　６８．１Ｏｍ，穹顶开挖跨度９．９ｍ。　来一定困难，同时也给施工期和运行期的安全带　来了一定的不确定性。　调压井水平埋深ｌＯＯｍ～１５０ｍ，垂直埋深　８０ｍ～１４０ｍ，位于弱一微卸荷岩体，地质构造背景　极为复杂且存在着许多的不可预见性，据实际开　挖后的岩石情况和现场地质工程师鉴定，岩石类　别均为Ｖ类围岩，洞室成型条件极差。　穹顶开挖所出露围岩的岩性均为花岗斑岩夹　由于本水电站调压井所赋存的地质力学环境　极其复杂（被到场专家认定为地质博物馆），不同　洞段所处的地质条件、岩体结构、地应力特征和地　下水状况不易掌握，力学参数难于确定，给设计带　系统在现有场地条件下扩大砂料仓容积，对两种　不同细度模数要求的用砂起到备料调节作用。　（２）砂砾石垫层料与混凝土用砂同时供应。　由于砂砾石垫层料指标允许天然砂和小石比例有　较大幅度的波动，因此系统在主筛分小石集中料　斗一角开孔，采用溜槽连接砂胶带机掺ＪＪｔｌｄ＇，石入　二云片岩，层间错动带极为发育，受区域构造强烈　作用影响，岩体呈镶嵌～碎裂～散体结构，节理裂　隙普遍松驰张开，充填有糜棱岩、泥膜等软弱物　质；断层及挤压破碎带出露较多，交替出现频繁。　即大石中石各一台开启给料，达到掺和的目的。　３　结语　丹河砂石系统己正常运行近３年，通过灵活　调节生产模式，满足了不均衡生产需要，具备超没　计同时生产供应多品种骨料的能力。系统现场布　置紧凑，工艺设计灵活，便于运行管理；生产的成　混合砂的方式生产砂砾石垫层料。开孔处设镫活　动翻板门，合＿Ｌ￣ＩＪ可生产混凝土用砂。　（３）振７叶１碎石桩用大中石混合料与混凝土单　一品料质量合格，圆满完成了南水北调中线穿黄工　程前期施工阶段的特殊供料任务。　值得指出的是，在加工系统　１：艺流程设汁巾，　除了着重考虑常规混凝土用料外，还应充分考虑　并吃透招标文件中对其他骨料乩质隐含的技术要　求并结合料源条件，采，Ｅｌｊ最新成熟的　艺，做到工　艺流程雨１设备配置最优化。　■　粒径骨料同ｉｌ，ｔ＇ｆＪ￣应。系统成ｎＩ１ｎ祠ｉ．骨料仓采用一　动给料机给料，一般情况单粒级给料同时开　。　条胶带机装车，不同粒级料仓下分别采用两台振　，ｆＪＬ，￣ｚ大ＩＩ＿１　昆合料时，分别关闭一台振动给料机，　２００８．Ｎｏ．６　四川水利　・３９・　洞室各方向的节理裂隙分布普遍，原始岩体呈碎　裂一散体结构的细小颗粒、松散形状，岩石的完整　性极差，变形、破坏现象严重，围岩块度均在３０ｃｍ　以内；开挖后的岩体无自稳能力，并时常发生掉块　及塌落现象。　２超前钻杆小管棚的提出　开挖巾所遇到的特殊、恶裂的地质情况，在穹　顶均处于软弱、破碎的不良罔岩地段的施工过程　中，如何按照工期要求，快速、高质、安全地完成调　压井穹顶的开挖与一次支护是项日部在施工中所　遇到的较大的技术难题。　鉴于特殊的地质情况，洞室开挖前必须对前　方岩体进行超前预支护，达到稳定前方岩体的作　用。为此，本工程采用了超前钢筋锚杆、超前钢管　小管棚、超前大管棚等预支护的方法进行多次试　验性施：［，但【｛ｊ于调压井的地质力学环境复杂，且　受穹顶特殊地质构造影响，均没有取得较为理想　的超前预支护效果。在进行超前支护及爆破造孔　施工过程　ｉ１’普遍存在造孔难的问题，卡住钻杆、　塌孔现象极为突出，当钻孔深度超过１．５ｍ钻杆　便难以拔出，使得超前钢筋锚杆、钢管小管棚均无　法在此环境条件下展开施工。最后，我部又通过　多次现场试验，再经业主、设汁、临理共同确认后，　提｝１｛了当钻杆能直接进人前方岩石又不能将钻杆　拔出时，可直接将钻杆留在孔内作为超前预支护　的小管棚使川，为此攻克了在此Ｖ类围岩情况下　的诸多施工和技术难题，取得了较为显著的成果。　３超前钻杆小管棚的施工　调压外在高程１４４０．００ｍ～１４４７．００ｍ部位为　穹顶，其石方洞挖实行全断面一次开挖支护成型，　为城门洞型。穹顶开挖尺寸９．９ｍ　Ｘ　７．３ｍ（周边　一期支护考虑３０ｅｍ模喷混凝土厚度）。在进行　整个丌挖与一次支护施工的全过秤ＩｆＩ，严格遵循　“新奥法”原则：短进尺（１．２ｍ～１．５ｍ／循环）、多　循环、弱爆破、强支护、勤观测，做到了步步为营，　稳扎稳打。　丌挖支护　式：采川超前钻杆铺杆（＠２０ｃｍ　～３０ｃｍ）＋钢筋搭架（＠６０ｃｍ～８０ｅｍ）＋纵向联　系钢筋（＋２２ｍｍ＠５０ｃｍ）＋锁脚及锁肩锚杆＋系　统锚杆（随机锚杆）＋立模喷护混凝土等联合支　护型式。　超前钻杆锚杆：钻杆直径２８ｍｍ、长度５ｍ，钻　头为合金钻头。　钢筋拱架：山主筋＋２２ｍｍ、腹筋＋１４ｍｍ的钢　筋焊接而成，截面为２５ｃｍ　Ｘ２５ｃｍ的正方形。　锁脚及锁肩锚杆：钻杆＋２８ｍｍ，长度３ｍ，钻　头为合金钻头。　超前钻杆小管棚的施工程序、施工方法与超　前钢筋锚杆施工基本相同。　具体措施及技术要求：　（１）在紧靠掌子面的钢筋拱架穿过腹部打设　超前钻杆作为小管棚，钻杆施工问距２５ｅｒａ～３０ｅｍ　（视掌子面岩石块度和走向适当调整），长度Ｌ＝　５．０ｍ，外插角１０。～１５。，施工范围为顶拱１２８。，每　一循环的锚杆根数控制为３Ｏ～４Ｏ根。钻杆锚杆　与钢筋拱架及联系钢筋牢固地焊接成一个受力整　体（见图１）。　（２）钢筋拱架安装问距０．６ｍ～０．８ｍ，并打设　锁脚及系统锚杆（钻杆直接用作锁脚及系统锚　杆），每边四根锁脚铺杆；在拱架背面垫设拱架或　大石块或混凝土垫块，与岩石面紧贴在一起。钢　拱架问绑扎联系钢筋＋２２ｒａｍ，问距５０ｃｍ，与钢筋　拱架及前一循环的联系钢筋焊接成为一个整体。　（３）待钢筋拱架及超前钻杆小管棚支护系统　形成后，随即进行立模板并模喷３０ｃｍ厚混凝土，　浇筑过程中用软轴振捣器振捣密实。　（４）每一个开挖与支护循环确保在２４ｈ内完　成，其施工质量、施工安全、施工进度均有确切的　保障。　（５）爆破开挖而要求多钻孔、钻浅孔、小药　量、弱爆破并及时支护。施工中钻孔布置：钻孑Ｌ孔　径　＝４２ｍｍ，周边孑Ｌ孔距＠：３５ｃｍ～４５ｃｍ，周边　二圈辅助孔孑Ｌ距＠＝４０ｅｍ～５０ｅｍ，排距＠＝　６０ｅｒａ；崩落孔孔距＠＝６０ｅｍ～７０ｅｍ；采用ｑＪ央楔　形孔掏槽，最大孔深１．５ｍ；单个开挖循环进尺控　制在１．０ｍ～１．２ｍ，以保证超前锚杆在前后两－爪　・４０’　杨　波：钻杆用作超前小管棚支护在洞室开控中的应用　２００８．Ｎｏ．６　循环问的卡丌互衔接，外露与埋入长度比为１：２（单　个开挖循环外露１．５ｍ以内，预埋在前方岩体　３．０ｍ以上）。施丁巾对周边光爆孔采取装药、不　装药或隔孔装药（以岩石情况确定），二圈孔装　药，　降低单Ⅱ向药量，降低爆破震动对围岩的不　利影响。　在掌子而爆破后（“｛渣前），及时喷护３ｅｒａ～　５ｅｒａ厚的Ｃ２０素混凝土，快速封闭开挖岩体出露　面，控制裂隙进一步发展。　图ｌ　调压井穹顶管棚及锚杆施工示意　４超围岩变形观测　隧洞开挖后的受力变形随Ｈ于问、空问变化情　况在软弱节理岩石中表现尤为突出，在我们所进　行调压井穹顶的施工中，为保证洞挖施工巾的隧　洞围岩稳定，保证洞挖施工的安全，主要采用收敛　计观测（测微千分尺法）判定洞室围岩的稳定情　况，同时辅以测量仪器表面观测法及肉眼观察法　判定。　收敛计观测法（千分尺法）：量测频率开始６ｈ　观测１次，然后根据变形量的减小而减小量测频　率（即１２ｈ、２４ｈ、４８ｈ、７２ｈ、１６８ｈ观测一次）。根据　量测结果，及Ｉ１，ｔｉ）￣整　１二序及预留变形量、开挖进尺　等，观测值趋于菜一恒定值，则表明该处旧岩锚喷　支护后趋于稳定。　表而观测法：川精密测最全站仪对巳支护表　面定点进行立体位移观测。测试元？Ｉ￣ＪＩｊ＋１２ｍｍ　圆钢ＪＪｌｌ工而成，每根死件长２５ｃｍ，锵人初期支护　体２０ｃｍ，外　５ｃｍ，以防震动影响员测结果。鼍　测点每隔５ｍ　没１身【。　肉眼观测法：观测应由有经验的人员担任，尤　其注意围岩表面有无异常，如一次支护有无变形、　开裂、错动现象。　及时整理分析监测资料，绘制变形与时问、进　尺关系曲线，及时反馈监测成果。围岩最大允许　变形量由ＧＢＪ８６—８５确定，围岩稳定标准以变形　量和变形速率进行判断。按ＧＢＪ８６—８５的规定，　其稳定标准为：①周边收缩速度明显下降；②收缩　量已达到总收缩量的８０％～９０％；③收缩速率小　于０．１ｍｍ／ｄ～０．２ｍｍ／ｄ或拱顶下沉速率小于　０．０７ｍｍ／ｄ～０．１５ｍｍ／ｄ。　５施工注意事项　５．１　钻孑Ｌ及装药是开挖质量的最关键一环，不　断调整和优化爆破参数及爆破网络进行钻爆施　工。　５．２钢支撑架设时，其问距、焊接质量、纵向连　接杆件必须按技术措施要求布设，相邻的钢支撑　应连接焊牢，每循环钢架施工后必须通过质量安　全部门检查。　５．３　在支撑安装中，一定要将钢支撑安装在较　稳定的两边墙基础上，不可悬挂在岩壁上，不能形　成一个封闭的形状结构。　５．４超前小管棚施工，不能离开钢支撑而独立　施作，必须从拱架的腹部穿过，并将其尾部与拱架　牢固地焊接在一起，并保证外露及埋入的比例。　这样，才能共同起到支撑前方岩石的作用。　５．５在模喷混凝土及钢支撑施工中，支撑系统　加固不能侵占永久结构面。当模喷混凝土人仓　后，必须用软轴振捣器振捣密实，确保防护棚架整　体受力。　５．６爆破后立即对暴露岩而进行喷射混凝土　封闭。　５．７加强旧岩变形监测，为确定最佳的支护巧！　式提供依据，　量减少『１习岩暴　时问，防止Ⅲ岩变　形ＪＪｌ１剧。　５．８严格　僻、榆查、控制每一个施ｌＪ：】：序和　施　ｒ　过程Ｉ｝１的质璇。　■