浅析努尔加水库导流洞软岩开挖及支护方案的优化

　　摘要：软岩隧洞开挖由于地质情况复杂，方案不一，很难掌握特定的规律，只有经过方案设计，试验，实践才能摸索出它本身的特性,专项设计，才能在生产中保证安全、质量，提高进度，节约成本，创造效益，努尔加水库工程导流洞开挖就采取了上述方案优化的具体探索，达到了理想的软岩隧洞开挖及支护的目的，为工程软岩开挖找到了十分恰当的开挖方案。
　　关键词：软岩、隧洞、方案、优化
　　一、 工程概况：
　　三屯河努尔加水库工程位于昌吉回族自治州境内的三屯河前山出山口附近，距已建三屯河渠首上游约7.3km，距昌吉市约37km，距乌鲁木齐市约75km。枢纽由拦河坝、导流兼泄洪排沙洞、放水洞和表孔溢洪洞等主要建筑物组成。泄水、放水建筑物均为隧洞，全部布置在左岸，进口从左到石依次为表孔溢洪洞、导流兼泄洪排沙洞和放水洞，导流兼泄洪排沙洞进口底板高程为▽826m，导流洞的设计流量179.15m3/s，最大泄量为361.9m3/s，全长700m,（不含消力塘）。进口隧洞洞身为6.0*6.5m的城门洞型。洞身段为5.0*6.8m的城门洞型。工程地质条件：测区处于天山山前低山丘陵区，山体海拔高度900-1200m，相对高度200-300m。区域性活动断裂主要为西山断裂，吐谷鲁断裂，断裂多远离坝区，根据新疆防御自然灾害研究所2010年2月对《三屯河努尔加水库工程项目场地地震安全评价报告》认为场地50年超越概率10%的峰值加速度为200.4gal，故地震基本烈度为Ⅷ度，导流洞工程地质。
　　导流洞兼泄洪排沙布置于左岸，导流洞总长700m.进口位于坝轴线上游约262m处。出口位于坝轴线下游约318m处，洞形为城门洞型，开洞洞径5×6.8m。
　　工程地质条件评价如下：
　　①进口段（0-254.72～0-028）：该段为进口隧洞段，开挖洞径6×6.5m。洞顶上覆盖岩体厚12-55m，围岩分类为Ⅳ类，局部为Ⅴ类。
　　②闸井段(0-028一0+000):竖井挖深57m，竖井均位于新鲜岩体中，岩体为砂砾岩，围岩分类均为Ⅳ类。
　　③洞身段(0+000一0+463.927m)，桩号0+000一0+300m为Ⅳ类，桩号0+300一0+463.927m围岩分类为V类，弹性抗力系数取800N/cm3，fk=1.5。
　　二、 原施工方案：
　　本工程隧洞为胶结质砂岩及砾岩，岩石稳定性较差，围岩为Ⅳ类及Ⅴ类，施工中将不采取钻爆法施工，采用免爆施工，由人工及机械配合进行开挖，人工采用风镐、锹、十字镐等工具进行开挖，机械采用挖掘机配备破碎锤或挖掘机直接开挖的方式进行。
　　开挖由于稳定性较差，施工中采用支护紧随开挖的方式进行，首先由人工从上半洞顶下1m范围进行开挖，开挖1~2m后，立即进行钢支撑、挂网、砼喷护工作，达到一定强度后，再进行人工开挖，依次类推，完成一定距离后（保证挖掘机能够完成开挖的作业空间），由挖掘机破碎锤进行开挖或挖掘机直接进行开挖。此循环上半洞完成；下半洞施工由人工进行下半洞两侧人工槽的开挖，开挖宽度1~1.5m,此部分料由机械配合人工进行开挖。
　　根据本工程隧洞的特点和工期要求，隧洞开挖方案如下：
　　隧洞开挖采用人工风稿配合机械分断面作业，上半洞为洞挖断面半圆段,人工风稿配合挖掘机运渣至开挖下段面处装车，自卸车运输。
　　下半洞为边墙段，采用短臂挖掘机开挖，人工辅助，自卸车运输，配合5T自卸车运输到指定料场。
　　1、隧洞开挖工艺流程：
　　开挖准备→测量放线→上半洞人工开挖→上半洞机械开挖→出碴→圆弧钢支撑→挂网→喷护→下半洞两侧人工开挖→下半洞机械开挖→出碴→边墙钢支撑→挂网→喷护→延伸风水电线路，转入下一循环
　　⑴测量放线：控制测量采用全站仪和红外测距仪作导线控制网。施工测量采用经纬仪配水准仪进行。测量作业由专业人员认真进行，每个月进行一次测量检查复测，确保测量控制工序质量。
　　⑵上半洞风镐作业：由熟练的风镐作业技工严格按照设计断面作业。分区、分部位定人定位施工，实行严格的风镐作业质量经济责任制。
　　⑶上半洞土料运输：风镐作业土料人工装车，配合挖掘机运土至停在下半洞施工断面前的自卸车上，由自卸车运输出洞。
　　⑷上半洞一期支护：风镐作业时上半洞边缘土料优先开挖，尽快具备安装一期支护钢拱架，上半洞断面中下部预留平台，平台尺寸以便于拱架安装且不影响开挖为前提，该部分土料直接采用短臂挖掘机开挖装料或在下半洞开挖时由短臂挖掘机开挖装料，钢拱架安装完成后随后进行钢网绑扎焊接及混凝土喷护。
　　①钢拱架施工：
　　钢格栅支撑联合体设计常规由主筋（￠22螺纹钢）、附筋（￠12钢筋）组成“△”，高度18×18cm，榀距1.0m，每榀拱架由四节组成，每节之间2个钢脚板（δ＝1cm）连接而成,拱架与基础1个钢脚板连接而成，每榀拱架之间由￠22钢筋连接，间距1m。
　　上半洞钢拱架制作好后，机械运输至安装面人工安装，1榀拱架组成一个完整的拱架支承，连接处采用连接件连接。
　　上半洞钢拱架安装完成后，人工风镐开挖两边墙位置土料，开挖以能够安装边墙支承为主，宽度1－1.5m,边墙拱架安装完成，机械开挖剩余土方。
　　钢拱架、边墙拱架安装完后，开挖面喷护第一层混凝土护壁。
　　②钢筋挂网施工：钢筋挂网材料由机械运输至安装面人工安装及焊接
　　③混凝土喷护施工：
　　采用TK961型喷射机湿喷工艺施工，拌合站拌制砼，砼搅拌车运至现场，从下至上分段分层施喷。喷砼施工工艺流程如下：
　　
　　喷砼前清除松动土体，埋设钢筋条做量测喷厚标志。喷嘴与岩面距离约0.7m，喷射方向大致垂直于岩面，每次喷厚3～5cm，分3～6次喷至设计厚度，每次间隔时间30～60min。喷砼面洒水保持湿润养护。喷射作业参数通过生产试验确定，在保证喷砼密度的前提下，尽量减少回弹量。喷射砼强度采取现场喷射取样试验厚度，通过预埋钢筋做厚度标志或钻孔测深检查，外观质量通过肉眼检查评价。
　　⑸下半洞开挖：
　　首先人工风镐开挖两边墙位置土料，开挖以能够安装边墙支承为主，宽度1－1.5m,边墙拱架安装完成后，短臂挖掘机机械开挖剩余土方，土料由自卸车运输出洞。考虑高度因素边墙拱架、机械土方开挖分两次完成。具体布置参见附图。
　　⑹下半洞一期支护：支护工艺同上，钢拱架安装完成后随后进行钢网绑扎焊接及混凝土喷护。
　　⑺安全处理、清底：开挖后用人工站在台车上自制加长处理铲处理掌子面及顶拱安全。出碴后再次进行安全检查处理（稳定围岩开挖措施），并扒除工作面积碴，为一下循环钻爆作业做好准备。（8）、开挖支护作业循环时间
　　隧洞开挖支护作业循环时间见下表
　　Ⅳ、Ⅴ类围岩全断面开挖支护作业循环时间表（一个工作断面）
　　施工工艺 测量放线 上半洞开挖 上半洞支护 下半洞开挖 下半洞支护 合计
　　时间（min） 30 300 360 180 400 1270（21h）
　　
　　三、 优化后的方案：
　　经过进场后试验比较后的优化的方案是，由于本隧洞岩胶结情况良好，故采取上半洞（即洞顶圆弧段），人工风镐开挖→架立钢拱架→挂网→喷锚→下半洞机械开挖→出渣→进入下一循环。经分析因岩石胶结较好故直墙段不用钢支撑，锚喷、挂网、顶拱120°范围内支拱架、挂网、喷锚。因钢拱架没有下到底板处，又不能侵占结构尺寸，所以采取在120°范围之外两边个延伸150cm，以当支座，在钢拱架落脚处焊钢板以增加受力面积，经试验方案可行，进度大大提前，节省了工程材料(钢拱架+钢筋网片+喷砼+人工费）约80万元。
　　结束语：
　　通过这次方案优化，即完成了任务，又保证了质量，节约了成本，创造了效益，在以后的工作当中应当以此为经验，实地试验，研究对每一项工作都认真仔细，摸索出最全面的施工方案。

《浅析努尔加水库导流洞软岩开挖及支护方案的优化》

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