排沙洞的开挖及支护施工

排沙洞的开挖及支护施工
蒋素芬 王仕虎 王予霞

　　小浪底水利枢纽工程排沙洞是由3条直径约为8m的圆形洞组成，主要承担枢纽工程的淤沙排除及部分泄洪任务。3条排沙洞结构相似，均由进出口渐变段、进口弯段、压力洞身段、出口闸室段、明流洞段及调流鼻坎段组成，不同之处为3号排沙洞有出口城门形明流洞部分，1号排沙洞仅有出口明渠部分，而２号排沙洞兼有明渠和城门形明流洞两部分。根据现场开挖所揭露的地质条件推断，3条排沙洞的围岩为T13-1-T16-1，地层岩体为Ⅱ类围岩，RQD值在50% ～75%范围内，断层带岩体为Ⅲ－Ⅳ类围岩，RQD值在30%左右，不利于开挖施工。为保证施工安全，必须支护紧跟开挖进行。

　　一、施工方法

　　1.开挖

　　进口弯段开挖：进口弯段由上弯段、中间直线和下弯段组成，弯段首端和末端高差约20m。弯段开挖施工采用人工搭设脚手架，手风钻造孔，人工装药，分上下两半园进行开挖，上弯段的一部分采用EX200反向铲配5t东风车出碴，下弯段的一部分采用平洞段施工方法开挖，其余斜洞段采用5t卷扬机拉0.8m3斗车配“双力”农用车出碴。

　　平洞段开挖：1号、2号排沙洞开挖均从下游渐变段开始由下游往上游进行开挖（2号排沙洞明流自上游向下游分两层开挖），3号排沙洞由已建７号交通洞、7B交通洞进入0+842.3桩号，分上下游两个工作面进行开挖。

　　根据外方提供的施工条件，出口渐变段开挖分6次进行。为保证顺利成洞，进出口至洞身6m的开挖分两步进行，即先开挖半径为2.0m的导洞，再进行扩挖。开挖采用短进尺，孔深2.5～3.0m。

　　正常洞身段开挖采用全断面一次成型，钻孔深度4.2～4.5m。

　　1号、2号排沙洞断层带开挖采用全断面一次成型，孔深2.0～2.5m。3号排沙洞断层带出现在明流洞，分上中下三层进行开挖，上层开挖采用1.2m左右进尺，先挖去沿周边1.5m范围，中部开挖在周边支护完成后下一个循环周边开挖时进行。

　　2.支护

　　因地质条件对开挖成洞后围岩稳定影响较大，因此在开挖过程中每循环开挖完成后立即进行岩石支护。岩石支护严格按新奥法的要求进行施工，并视实际地质状况采用以下几种支护类型。

　　正常围岩段：采用素喷——锚杆联合支护，设计要求最小喷层厚度为5cm，喷混凝土采用拌和站鼓形拌和机拌制干料，干料配比水泥∶砂∶粒料= 1∶1.88∶2.7，铁龙牌P2-5型混凝土喷射机给料，人工添加8604速凝剂，速凝剂添加量为3%～5%，平台车配合人工施喷，喷混凝土水灰比大约为0.39。施工程序为造孔—清孔—安装树脂—锚杆安装—垫板安装。

　　不良地质段和特殊地带：其支护形式有3种：①初喷—挂网—复喷—锚杆，②初喷—挂第一层网—复喷—挂第二层网—再喷—锚杆，③初喷—挂网—结构梁安装— 复喷—锚杆。1号、2号排沙洞的断层带根据揭露断层的恶劣程度先后采用①、②种支护形式，特殊地带如隧洞进出口，与中闸室交叉段，与7B洞交叉口皆采用① 的方式进行支护，3号排沙洞下游明流洞处于F236/238断层交汇带，地质条件极其恶劣，采用③的方式进行支护。

　　二、质量控制

　　1.开挖质量控制

　　排沙洞开挖及支护开工前期，全断面钻爆作业直眼掏槽，每排炮钻孔孔数120～130个，周边孔孔距30～50cm，周边采用光面爆破，爆破进尺周边光爆效果均不好，爆破效率仅为70%左右，周边光爆的半孔存留率大约70%，且周边常出现瞎炮。为了提高施工进度和质量，随着开挖施工的进行，先将周边装药结构视实际地质情况进行调整。

　　2.支护质量控制

　　排沙洞喷混凝土强度采用50m喷20cm厚的混凝土取样进行7天和28天混凝土强度试验，以根据试验结果随时调整配合比并对未满足强度的部位进行补喷。喷混凝土厚度采用预埋铁钉作标记并按每20m进行取样检查，不能满足设计要求者根据取样结果进行补喷。

　　锚杆质量控制：排沙洞洞身正常围岩段设计锚杆为18、L=3m、L1=2.8m树脂灌浆张拉锚杆，在排沙洞开工初期，因多臂钻造孔孔径较大（最小钻头直径43cm），而锚杆直径相对较小，导致每次拉拔试验不合格而重新进行锚杆施工，为达到锚杆的质量要求，施工单位将18锚杆改为22锚杆，才使锚杆质量基本满足技术规范要求。在施工过程中，锚杆拉拔试验紧随锚杆施工进行，拉拔试验的比例为5%，拉拔试验过程中，若遇不合格锚杆，施工单位应及时进行补打。