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【摘要】溧阳抽水蓄能电站通风洞地质条件复杂，围岩节理裂隙发育，存在大量的渗水，为了保证施工安全和开挖质量，在开挖施工过程中根据围岩的实际情况，适时地采用了超前小导管进行支护，减少了塌方和提高了开挖质量。
【关键词】通风洞；超前小导管；支护；溧阳抽水蓄能电站
1、概述
溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、排水系统、发电厂房及下水库等四部分组成。电站安装6台单机容量250MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1500MW。
通风洞前期为施工支洞，后期作为厂房永久通风洞。隧洞采用城门洞型，开挖断面尺寸为9.2m×8.1m（宽×高），洞长1084.18m，平均纵坡6.5%。根据洞室的围岩分类，对Ⅲ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护型式；对Ⅳ、Ⅴ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护+钢支撑拱架+混凝土衬砌的复合支护型式。钢支撑采用I20工字钢，Ⅳ类围岩工字钢间距1.2m，Ⅴ类围岩工字钢间距0.8m。
通风洞地质条件复杂，节理裂隙发育，很多部位围岩倾角很缓，加之地下水丰富，岩石的自稳能力相对较差，经实际统计，Ⅲ类围岩占6.76%，Ⅳ类围岩占73.11%，Ⅴ类围岩占20.13%，而且地下水丰富，最大的涌水量达到6000m3/d。为了保证安全和开挖质量，在施工过程中根据围岩的实际情况，适时地采用了超前小导管进行支护，减少了塌方和保证了开挖质量。
2、超前小导管支护原理
超前小导管支护，主要是沿隧道顶拱部位周边环向打一层小导管，通过在小导管里压注浆液，通过小导管上的梅花小孔扩散至松散岩体，利用浆液来固结岩体，连同小导管一起形成稳定的固结拱体。小导管在此起双重作用：一是超前管棚作用；二是注浆加固作用。超前小导管支护与浆液固结，共同作用于岩体，形成承载拱，共同承受拱上部岩层重量，使拱内部围岩及支护系统处于免压状态，可以防止坍塌。同时由于水泥浆液填充了围岩裂隙，阻隔了地下水流向掌子面的通道，因此还起到堵水、防水的作用。
3、超前小导管支护施工
3.1超前小导管施工工艺和注浆工艺
超前小导管施工工艺流程见图1，注浆工艺流程见图2。
3.2超前小导管制作和布置
小导管采用Φ42mm的钢管加工而成，钢管壁厚δ=4.0mm，长度采用了L=4.0m和长度L=6.0m两种。钢管尾部焊箍，顶部加工成30°左右尖锥状，利于钻进施工。管壁按梅花型布置出浆孔，孔口段1m范围内不需要钻设出浆孔，出浆孔间距为15cm，孔眼直径为6.0～8.0mm。
小导管沿隧洞拱顶外廓线范围内进行布置，环向间距30～40cm，两排超前小导管之间纵向搭接长度不小于1m、不大于1.5m。在工字钢钢拱架上钻孔，将制作好的钢管通过钢拱架上的孔按照5°～10°的倾角插入围岩内，再在钢管内压注水泥浆，并将钢管与钢拱架焊牢，使钢管与钢拱架连成整体。
3.3浆液和注浆参数选择
灌注浆液配合比和注浆参数均通过试验确定。
3.3.1浆液配合比
浆液一般采用了水泥砂浆，配合比为水泥：砂=1：1～1：2（重量比），水泥：水=1：0.5～1：1。对于地下水丰富的部位采用了水泥—水玻璃双浆液，配合比为水泥浆1：1，水玻璃浓度35Be′，模数2.4，水泥浆与水玻璃的溶液体积比1：1～1：0.3，浆液胶凝时间控制在1～1.5min。
3.3.2注浆压力
注浆压力是保证浆液在岩石裂隙中进行性扩散，使浆液填充裂隙，达到加固围岩的作用，但是压力过小达不到注浆的效果，压力过大会破坏岩石本身的结构，也达不到效果。因此注浆压力既要达到注浆的效果，但是又不能破坏围岩的结构。根据总结最后确定注浆压力为0.3～0.5MPa。
3.4钻孔及安装超前小导管
施工前首先将掌子面采用喷射混凝土进行封闭，所用喷射混凝土材料和设备与系统支护一致。小导管孔使用YT-28手风钻造孔，按设计的间距、位置、角度，准确成孔，成孔后将孔内清理干净。然后将加工好的超前小导管顶入孔底，外部留出适当长度，以便与输浆管连接。为防止浆液外流，用锚固剂将小导管与注浆孔之间的空隙封死。最后连接好管路。
3.5注浆
为保证注浆效果，防止串浆，注浆顺序应隔孔错开进行，先压无水孔，后压有水孔，并从拱顶向下顺序对称进行。注浆采用先稀后浓的方式，如果采用双液注浆，先单液后双液，要先开水泥浆泵，用水泥浆把钻孔中的水压回岩层，再开水玻璃泵，进行双液注浆。在注浆初期，围岩的吸浆量大，要严格按合适比例进行双液注浆，控制扩散范围，以降低材料消耗和提高堵水效果。到注浆后期，可单注水泥浆，以保证裂隙充填效果。注浆采用连续灌注，结束标准采用双控：第一，注入率小于1升持压5min后停止注浆；第二，压力必须达到0.3～0.5MPa。注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
4、结语
超前小导管支护施工对比大管棚施工具有速度快、施工工艺相对简单、投入费用少等优点。但是在实际应用过程中要根据实际的地质条件选择不同的施工参数，而且在施工过程中严格控制这些参数才能真正发挥超前小导管超前支护的作用。在溧阳蓄能电站通风洞开挖施工过程中，根据围岩的实际情况，适时采用超前小导管进行支护和灌浆施工，超前小导管主要布置在顶拱120°范围内，对于围岩较差的部位，部分布置在起拱点以上的全部范围，每个循环超前小导管基本上是23根，施工时间在5～6个小时，由于超前小导管的应用，有效的避免了一些塌方的产生，而且保证了安全和开挖质量。超前小导管超前支护对于围岩较差的部位具有很好的效果。
作者简介
尹成福（1979-），男，黑龙江人，水电五局绩溪抽水蓄能电站项目经理，工程师，本科，从事工程项目管理工作。
【关键词】通风洞；超前小导管；支护；溧阳抽水蓄能电站
1、概述
溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、排水系统、发电厂房及下水库等四部分组成。电站安装6台单机容量250MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1500MW。
通风洞前期为施工支洞，后期作为厂房永久通风洞。隧洞采用城门洞型，开挖断面尺寸为9.2m×8.1m（宽×高），洞长1084.18m，平均纵坡6.5%。根据洞室的围岩分类，对Ⅲ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护型式；对Ⅳ、Ⅴ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护+钢支撑拱架+混凝土衬砌的复合支护型式。钢支撑采用I20工字钢，Ⅳ类围岩工字钢间距1.2m，Ⅴ类围岩工字钢间距0.8m。
通风洞地质条件复杂，节理裂隙发育，很多部位围岩倾角很缓，加之地下水丰富，岩石的自稳能力相对较差，经实际统计，Ⅲ类围岩占6.76%，Ⅳ类围岩占73.11%，Ⅴ类围岩占20.13%，而且地下水丰富，最大的涌水量达到6000m3/d。为了保证安全和开挖质量，在施工过程中根据围岩的实际情况，适时地采用了超前小导管进行支护，减少了塌方和保证了开挖质量。
2、超前小导管支护原理
超前小导管支护，主要是沿隧道顶拱部位周边环向打一层小导管，通过在小导管里压注浆液，通过小导管上的梅花小孔扩散至松散岩体，利用浆液来固结岩体，连同小导管一起形成稳定的固结拱体。小导管在此起双重作用：一是超前管棚作用；二是注浆加固作用。超前小导管支护与浆液固结，共同作用于岩体，形成承载拱，共同承受拱上部岩层重量，使拱内部围岩及支护系统处于免压状态，可以防止坍塌。同时由于水泥浆液填充了围岩裂隙，阻隔了地下水流向掌子面的通道，因此还起到堵水、防水的作用。
3、超前小导管支护施工
3.1超前小导管施工工艺和注浆工艺
超前小导管施工工艺流程见图1，注浆工艺流程见图2。
3.2超前小导管制作和布置
小导管采用Φ42mm的钢管加工而成，钢管壁厚δ=4.0mm，长度采用了L=4.0m和长度L=6.0m两种。钢管尾部焊箍，顶部加工成30°左右尖锥状，利于钻进施工。管壁按梅花型布置出浆孔，孔口段1m范围内不需要钻设出浆孔，出浆孔间距为15cm，孔眼直径为6.0～8.0mm。
小导管沿隧洞拱顶外廓线范围内进行布置，环向间距30～40cm，两排超前小导管之间纵向搭接长度不小于1m、不大于1.5m。在工字钢钢拱架上钻孔，将制作好的钢管通过钢拱架上的孔按照5°～10°的倾角插入围岩内，再在钢管内压注水泥浆，并将钢管与钢拱架焊牢，使钢管与钢拱架连成整体。
3.3浆液和注浆参数选择
灌注浆液配合比和注浆参数均通过试验确定。
3.3.1浆液配合比
浆液一般采用了水泥砂浆，配合比为水泥：砂=1：1～1：2（重量比），水泥：水=1：0.5～1：1。对于地下水丰富的部位采用了水泥—水玻璃双浆液，配合比为水泥浆1：1，水玻璃浓度35Be′，模数2.4，水泥浆与水玻璃的溶液体积比1：1～1：0.3，浆液胶凝时间控制在1～1.5min。
3.3.2注浆压力
注浆压力是保证浆液在岩石裂隙中进行性扩散，使浆液填充裂隙，达到加固围岩的作用，但是压力过小达不到注浆的效果，压力过大会破坏岩石本身的结构，也达不到效果。因此注浆压力既要达到注浆的效果，但是又不能破坏围岩的结构。根据总结最后确定注浆压力为0.3～0.5MPa。
3.4钻孔及安装超前小导管
施工前首先将掌子面采用喷射混凝土进行封闭，所用喷射混凝土材料和设备与系统支护一致。小导管孔使用YT-28手风钻造孔，按设计的间距、位置、角度，准确成孔，成孔后将孔内清理干净。然后将加工好的超前小导管顶入孔底，外部留出适当长度，以便与输浆管连接。为防止浆液外流，用锚固剂将小导管与注浆孔之间的空隙封死。最后连接好管路。
3.5注浆
为保证注浆效果，防止串浆，注浆顺序应隔孔错开进行，先压无水孔，后压有水孔，并从拱顶向下顺序对称进行。注浆采用先稀后浓的方式，如果采用双液注浆，先单液后双液，要先开水泥浆泵，用水泥浆把钻孔中的水压回岩层，再开水玻璃泵，进行双液注浆。在注浆初期，围岩的吸浆量大，要严格按合适比例进行双液注浆，控制扩散范围，以降低材料消耗和提高堵水效果。到注浆后期，可单注水泥浆，以保证裂隙充填效果。注浆采用连续灌注，结束标准采用双控：第一，注入率小于1升持压5min后停止注浆；第二，压力必须达到0.3～0.5MPa。注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
4、结语
超前小导管支护施工对比大管棚施工具有速度快、施工工艺相对简单、投入费用少等优点。但是在实际应用过程中要根据实际的地质条件选择不同的施工参数，而且在施工过程中严格控制这些参数才能真正发挥超前小导管超前支护的作用。在溧阳蓄能电站通风洞开挖施工过程中，根据围岩的实际情况，适时采用超前小导管进行支护和灌浆施工，超前小导管主要布置在顶拱120°范围内，对于围岩较差的部位，部分布置在起拱点以上的全部范围，每个循环超前小导管基本上是23根，施工时间在5～6个小时，由于超前小导管的应用，有效的避免了一些塌方的产生，而且保证了安全和开挖质量。超前小导管超前支护对于围岩较差的部位具有很好的效果。
作者简介
尹成福（1979-），男，黑龙江人，水电五局绩溪抽水蓄能电站项目经理，工程师，本科，从事工程项目管理工作。