中国葛洲坝集团第六工程有限公司 云南昆明 650000
摘要：本文阐述了破碎围岩条件下大型水工闸室的开挖支护施工技术，详细阐述了施工方式及施工步骤，供水电同行参考。
关键词：破碎围岩；闸室；开挖；支护；施工技术
一、工程简介
缅甸THA-HTAY水电站工程位于缅甸THA-HTAY河上，距Thandwe城镇约30km。本标主要负责1#、2#导流洞、竖井及闸室的施工。本标导流洞位于THA-HTAY水电站右岸，原地形为凸岸，两条导流洞全长约1310m，洞径10.0m，其中1#导流洞长约710m，进口底部设计高程为8.00m，出口设计高程为6.96m，只作导流用，后期封堵；2#导流洞长约600m，进口底部设计高程为11.0m，出口设计高程为6.24m，前期作为导流洞，后期改造为引水发电洞；2#导流洞包括竖井、闸室。竖井高约72m，洞径16.0m，洞顶设计高程为91.5m，底部高程约为19.5m；闸室段位于2#导流洞进口段，桩号2#0+157.17~2#0+201.17，共44m长，竖井及闸室中心桩号2#0+179.17，闸室宽10m，高10m。
二、闸室段地质情况
闸室段主要以破碎砂岩及泥岩为主，砂岩泥岩互层交错分布，砂岩多呈中度风化，泥岩呈高度风化；围岩节理发育，节理面光滑多成镜面状，节理张开度较大，节理充填物多为软质泥；地下水非常发育，常年处于饱和状态，开挖过程中渗水非常严重，呈股状出漏。软质泥岩在地下水作用下极易膨胀崩解，砂岩遇水强度急剧损失，开挖过程中，经常有坍塌掉块的现象，围岩稳定性差，闸室整个处在V级围岩带上。
三、闸室施工
1、闸室总体设计形式
闸室段上游2#0+157.17~2#0+160.17段及下游2#0+201.17~2#0+197.17段为2#导流洞正常洞身向闸室的渐变过度段，即导流洞正常洞身开挖半径R=6.1m扩大至闸室开挖半径R=7.75m，整体扩大1.65m。
2#0+160.17~2#0+170.67段为闸室上游段，2#0+197.17~2#0+188.67段为闸室下游段；这两段上半洞均为开挖半径R=7.75m的半圆，下半洞均为R=7.75m半圆向方形断面渐变过度断面。
2#0+170.67~2#0+188.67段为闸室与竖井交叉口段，也是闸室的闸门槽段，为矩形断面。
2、闸室总体施工顺序
闸室总体施工顺序采取如下形式：
（1）闸室上游上半洞开挖支护施工。
（2）闸室下游上半洞开挖支护施工。
（3）闸室与竖井交叉口段上半洞开挖支护施工。
（4）闸室下半洞开挖支护施工。
3、闸室开挖施工
根据闸室的地质条件及闸室的设计形式，闸室开挖施工采取动态施工技术，依据围岩调整循环进尺，采用“分层分块法”、“新奥法”进行。首先进行闸室上半洞贯通，然后进行下半洞的施工。
为不影响2#导流洞的施工进度，多开辟一个工作面，以及探明闸室的围岩状况，事先已在闸室上半洞中部打通了一条4×5m的导洞。闸室上半洞施工时，分中、左、右3部分进行施工，循环进尺0.5~1m，开挖进尺根据岩石情况现场调整，每循环施工方法如下：
（1）首先拆除导洞顶部的临时拱架，进行中部导洞以上部分的开挖，开挖至轮廓线后，再将导洞侧壁临时支撑工字钢接长至顶部，并安装顶部拱架进行封闭。按照设计参数施工超前锚杆、系统锚杆、挂网喷砼等支护。
（2）进行导洞左侧开挖，开挖至轮廓线后立即按照设计拱架，与顶部拱架连接后，拆除导洞左侧壁临时支撑工字钢。按照设计参数施工超前锚杆、系统锚杆、挂网喷砼等支护。
（3）进行导洞右侧开挖，开挖支护方式同左侧。
（4）开挖过程中，如遇围岩情况较差，将施工超前管棚，同时进行超前灌浆。
闸室下半洞开挖，分上下两层进行施工，第二层滞后第一层3~5m，上下两层错台同步进行，第二层分左右侧两次开挖施工。
整个闸室开挖过程中，根据围岩情况动态调整爆破设计，并尽量采取弱爆破、不爆破的方式进行开挖。
4、闸室支护施工
闸室支护分为：超前支护，临时支护，系统支护，加强支护。
（1）超前支护
本工程超前支护主要采取超前管棚及超前锚杆进行超前支护。
因闸室段围岩破碎，地下水渗漏严重，加之闸室顶部跨度大，拱部易掉块坍塌，超前支护尤为重要。在爆破之前，首先进行超前钻孔，安装φ30，L=5.2m超前锚杆，及φ40L=3m超前管棚。超前锚杆与超前管棚交错布置，超前锚杆与超前管棚间距控制在0.3~0.4m，每两个循环施工一排。超前锚杆采用填塞锚固挤锚固牢固，并焊接在前一循环拱架上，超前管棚采取灌注水灰比为0.5的纯水泥浆。
超前锚杆与超前管棚配合使用，拱部围岩得到了很好的固结，围岩整体性相对加强，塌方及超挖均能得到有效控制。
（2）临时支护
围岩软硬不均一，整体性差，开挖爆破之后自稳能里差，为了保证施工安全，防止开挖面掉块，当开挖面揭露之后首先进行机械排险。运用反铲长臂对整个开挖面进行仔细排查，剥除松动岩块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆排险完成以后立即喷C20混凝土10~15cm，封闭开挖面，使新揭露的围岩与外界空气及水汽隔离，这样既起到了稳定固结开挖面围岩的作用，又能减少泥砂岩的膨胀变形，增加开挖面的稳定。
（3）系统支护
根据闸室围岩自稳能力差，闸室跨度大的特点，采取分层分块开挖，分层分块支护措施，为有效限制变形，主要采用钢拱架、挂网喷射混凝土、系统锚杆、临时衬砌进行系统支护。
拱架施工：拱架设计参数为I25B@0.5m。拱架在加工场采用弯拱机对I25B型钢按照设计尺寸进行冷弯加工，切割。拱架构件成型后在切割位置焊接4孔连接钢板，焊接完成后按照构件型号及尺寸标明编号并分类存放。
钢拱各部构件采用人工拼装连接，构件连接板之间用高强螺栓拧紧，并满焊；拱架之间每1m设置一道Φ22连接钢筋进行连接；钢拱架底口部位、拱肩及顶部位置用Φ25mm，L=5.2m锁脚锚杆固定牢固。
钢拱架在安装时，尽量与围岩面贴紧。锁脚锚杆角度与围岩面垂直，孔内填塞水泥药卷进行锚固，外露部分冷弯成90°弯头，与拱架焊接牢固。
超挖较大部位，预埋Φ90钢管，以备混凝土喷射完成之后进行回填砂浆，确保拱架背部无空腔。
挂网喷混凝土施工：拱架安装完成以后，开始安装钢筋网，钢筋网参数：2×Φ12@150mm×150mm，贴近岩石面处安装一层，拱腹安装一层。采用干喷法进行喷射混凝土施工。喷射混凝土时，嘴口基本垂直于受喷面，并保持 1~1.5m，的距离。喷嘴呈螺旋轨迹保持匀速运行。
喷射混凝土料在混凝土拌合楼拌制，速凝剂参量为混凝土中水泥参量的8%，可在拌合楼加入或者在施工现场人工掺入，一定要确保速凝剂与喷混凝土料拌合均匀。喷射混凝土终凝2h后对喷混凝土面进行洒水养护，并在7天内保持喷混凝土面的湿润状态。
系统锚杆：喷射混凝土达到一定强度以后，开始进行系统锚杆的施工，系统锚杆施工参数：Φ30，L=5.2m@0.8×0.8m，呈梅花形布置。
系统锚杆施工时，采用YT-28手风钻钻孔，孔径Φ42mm。钻孔垂直于断面开挖轮廓线，钻孔角度偏差不大于10°。钻孔完成后，用高压风将孔内岩屑吹出孔外。锚杆杆体采用人工安装，风镐辅助，喷混凝土表面外露长度不大于10cm。锚杆杆体插入后，插入2根Φ20PVC管，一根作为注浆管插入深度1m，一根作为排气管插入深度0.5m，并将孔口封闭。采用注浆机对其进行灌注水泥浆，直至从排气管内有回浆流出为止。注浆完成之后，在孔口安装钢垫板，垫板紧贴喷混凝土面，未接触部位必须楔紧，将螺帽拧紧。
临时衬砌：闸室每块开挖掘进完成3m，用C30混凝土进行一次临时衬砌，衬砌厚度60cm。
临时衬砌施工开始前，做好钢筋加工、模板准备等工作，并根据衬砌尺寸在综合加工厂加工支撑模板所用的拱架及围檩。
闸室上半洞启动临时衬砌作业后，先搭设脚手架平台，完成钢筋绑扎后，安装支撑模板用的钢拱架，钢拱架采用HW150工字钢加工，间距0.75m，纵向模板采用20cm*150cm或10cm*150cm型号的钢模板拼装，端头模板采用木模板。在纵向钢模板顶部和两侧开3个窗口用于泵送砼料入仓。钢拱架下部采用满堂钢管脚手架辅助支撑，脚手架间排距0.75m*0.75m*0.75m，并辅以部分剪刀撑。砼拌合料运输至泵机，通过泵管直接泵送入仓。模板拆除以后，对临时衬砌混凝土面洒水养护，7天内保持湿润。
（4）加强支护
因闸室地质条件差，并有约30m的破碎带横穿闸室，为了闸室的稳定采取锚索加强支护措施。闸室锚索共布置17根，单根长度34m，设计张拉强度为1000KN。
闸室上游段布置2排，桩号2#0+163布置2根，2#0+167布置4根；闸室下游段2#0+194布置2根；此8根均布置在拱部，仰角72°，以闸室中轴线对称布置。
闸门槽段布置9根水平锚索，分别在EL21高程布置6根，左右量侧墙对称布置，EL16高程布置3根，只布置在靠边坡一侧；锚索长度均为34m，设计张拉强度1000KN。
锚索施工按照锚索施工规范进行施工，这里不再赘述。
5、闸室排水
闸室段地下水发育，排水显得尤为重要。闸室开挖时期，在顶部及侧墙设置超前排水孔，在开挖面设置临时随机排水孔，临时衬砌完成以后设置系统排水孔。系统排水孔施工参数：Φ50，L=5m@3m×3m。超前排水孔及临时排水孔采用手风钻机钻孔，系统排水孔采用多臂钻机钻孔，插入3mΦ40PVC管。施工部位设置临时排水沟，通过自流排出洞外。
6、安全监测
闸室开挖支护完成以后，及时布置收敛监测断面，并且每天进行收敛变形观测，对收敛监测数据及时分析，若形变量过大则立即采取加强支护措施，确保洞室的安全。
结语
本工程闸室跨度大，围岩破碎，渗水严重，针对本闸室的客观特性，采取“分层分块”开挖方式进行开挖，根据围岩实际状况，及时调整爆破方式并且尽量采取弱爆破或这不爆破，以减少对周边围岩的扰动。
超前锚杆及超前管棚的配合使用，能有效控制拱部坍塌及超挖，超前排水孔的布设有效的引出超前区域的地下水，使得超前管棚的注浆效果更好。
开挖面及时封闭理念的运用，有效的增加支护过程的安全性，确保施工及闸室的安全。
参考文献：
[1]李怀国，林石洪.泄洪冲沙洞工作闸门室开挖施工[J].云南水力发电，2013年6期.
[2]朱萍，谢健.三峡升船机船厢室段和下闸首二次开挖施工技术[J].人民长江，2014年22期.
论文作者:薛飞
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：围岩论文; 超前论文; 混凝土论文; 锚杆论文; 高程论文; 竖井论文; 钻孔论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;