青龍電站引水隧洞初期支護(hù)用鋼架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

胡劍鋒, 高 俊

(1.四川華電岷江航電開(kāi)發(fā)有限公司,四川 成都 610016;2.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550081)

水工隧洞的開(kāi)挖受地質(zhì)條件如巖性、巖石構(gòu)造、地下水等各種因素的影響,常需要采用鋼架加強(qiáng)支護(hù)。鋼架的設(shè)計(jì)、應(yīng)用直接影響到施工安全和施工進(jìn)度。

目前,青龍水電站引水隧洞開(kāi)挖已近尾聲,其施工安全,支護(hù)效果良好。

1 工程概況

青龍水電站位于四川省九寨溝縣境內(nèi)的白水江上,為低閘引水式電站。由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠房樞紐組成,電站裝機(jī)容量為 3×34 MW。引水隧洞位于白水江左岸,總長(zhǎng) 13.924 km,平均縱坡 1.645‰,開(kāi)挖斷面為平底馬蹄形,Ⅲ類(lèi)圍巖開(kāi)挖斷面為 6.8m×8.8m,Ⅳ類(lèi)圍巖開(kāi)挖斷面為7.5m×9.5m,Ⅴ類(lèi)圍巖開(kāi)挖斷面為 7.9 m×9.9 m。

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖以薄～中厚層灰?guī)r夾花崗斑巖(俘虜體)為主,灰?guī)r層多陡傾且與洞軸線(xiàn)呈小夾角相交。

2 鋼架結(jié)構(gòu)選型

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖洞段初期支護(hù)采用鋼架 +錨噴混凝土聯(lián)合支護(hù),鋼架包括 I18工字鋼、鋼格柵拱架兩種類(lèi)型,詳見(jiàn)圖 1、2。

通過(guò)前期采用鋼架,不斷優(yōu)化調(diào)整并確定了鋼架類(lèi)型。鋼架分弧段和直段部分,弧段均分 3段制作,直段分兩段制作。型鋼拱架采用 I20 b型鋼;格柵拱架采用四弦桿式(20 cm×20 cm矩形截面),主桿為 4根 φ25鋼筋,四面設(shè)置 φ16連續(xù)腹桿,主桿設(shè)置φ8@25 cm箍筋,焊接連接。每段鋼架連接板高度與鋼架截面外邊緣平齊,以利于綁焊操作,詳見(jiàn)圖 3、4。

圖1 Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖用格柵拱架結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

圖2 Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖用Ⅰ20b拱架結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

鋼格柵拱架橫向增設(shè)了 φ25,L=25 cm鋼筋作為鋼架鎖定錨桿傳力桿支撐。

縱向連接鋼筋采用 φ25,間距 1.2m布置,從而提高了鋼架縱向穩(wěn)定性。

圖3 鋼格柵拱架標(biāo)準(zhǔn)單元接頭及斷面示意圖(單位:mm)

圖4 型鋼拱架單元標(biāo)準(zhǔn)接頭示意圖(單位:mm)

3 鋼架的應(yīng)用

鋼架在設(shè)在各支洞口的鋼筋加工場(chǎng)內(nèi)制作、編號(hào)堆存,使用時(shí)采用裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)洞,人工安裝。根據(jù)不同圍巖地質(zhì)情況選用 I20b型鋼拱架或鋼格柵拱架。

3.1 鋼架安裝工藝

Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖采用鋼架 +網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護(hù),緊跟掌子面進(jìn)行,以確保隧洞圍巖的穩(wěn)定和施工安全。鋼架安裝工藝流程:初噴→轉(zhuǎn)運(yùn)→吊裝→臨時(shí)固定→校正→焊接→檢測(cè)→掛網(wǎng)噴混凝土。

(1)鋼架安裝在初噴混凝土封閉后進(jìn)行,鋼架緊貼圍巖面,當(dāng)鋼架與洞壁之間有較大間隙時(shí)用 I18工字鋼楔楔緊(每 m不少于兩處),較大脫空部位設(shè)置副拱,安裝工作內(nèi)容包括定位測(cè)量、安裝前的準(zhǔn)備和安設(shè)。

(2)鋼架單元間用 M18螺栓連接,接頭處綁焊鋼筋加強(qiáng)。鋼架間距為 80～120 cm,縱向用鋼筋與拱架連接成整體,最后拱架與鎖定、鎖腳錨桿頭焊接,再掛鋼筋網(wǎng)噴 C20混凝土。

(3)根據(jù)開(kāi)挖分層、分區(qū)分段安裝固定。立柱底設(shè)鋼墊板,必要時(shí)澆筑基礎(chǔ)混凝土或設(shè)置工字鋼枕,鋼支撐采用打鎖腳錨桿(L=3.0 m@1.5 m)固定。

3.2 安裝質(zhì)量控制技術(shù)

(1)定位測(cè)量:首先測(cè)定出線(xiàn)路中線(xiàn),確定高程,然后再測(cè)定其橫向位置,特別是每個(gè)接頭處采用放線(xiàn)三位坐標(biāo)控制;鋼架設(shè)于曲線(xiàn)上時(shí),安設(shè)方向?yàn)樵擖c(diǎn)的法線(xiàn)方向;安設(shè)于直線(xiàn)上時(shí),安設(shè)方向與線(xiàn)路中線(xiàn)垂直;每榀的位置定位準(zhǔn)確,上下、左右偏差小于 ±5 cm,斜度 ＜2°。

(2)準(zhǔn)備:運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的單元鋼架分單元堆碼,安設(shè)前進(jìn)行斷面尺寸檢查,及時(shí)處理欠挖侵入凈空部分,安設(shè)拱腳或墻腳前,清除墊板下的松渣,將鋼架置于原狀巖石上。

(3)安設(shè)及調(diào)整:鋼架與初噴混凝土之間緊貼,在安設(shè)過(guò)程中,當(dāng)鋼架與圍巖之間有較大間隙時(shí)安設(shè)墊塊,每 m墊塊不少于 2個(gè),拱腳高度不夠時(shí)設(shè)置鋼板調(diào)整。鋼架安設(shè)過(guò)程中,對(duì)鋼架進(jìn)行過(guò)程控制,及時(shí)糾正鋼架安裝侵入襯砌斷面、不在同一鉛直面、連接不牢固等問(wèn)題。鋼架安裝完成后,與縱向連接鋼筋、鎖定(鎖腳)錨桿頭焊接牢固,使之成為整體。

4 鋼架支護(hù)效果分析

青龍水電站引水隧洞工程Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖開(kāi)挖斷面洞段及不良地質(zhì)洞段采用鋼架支護(hù)與噴混凝土、超前錨桿、導(dǎo)管(不良地質(zhì)洞段)等支護(hù)配合,有效減少了不良地質(zhì)段的變形、坍塌,對(duì)洞室的穩(wěn)定和安全性起到了很大的保障作用。

通過(guò)優(yōu)化鋼架設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化制作,安裝程序、策劃過(guò)程控制,提高了鋼架制作的成品率及效率,提升了鋼架制安質(zhì)量,縮短了鋼架支護(hù)時(shí)間,減少了后期襯砌階段變形處理的工作量,為加快隧洞施工進(jìn)度、確保隧洞施工安全、增加隧洞工程綜合效益提供了工程借鑒。