[浅析格栅支护在隧洞不良围岩开挖中的应用] 隧洞围岩分类

　　 摘 要：本文介绍格栅支护的基本原理、施工方法及其应用优势,并就其在水利水电引水隧洞工程中的应用提出改进的建议,供同行商榷,期望格栅支护法在引水隧洞不良地质洞段开挖中得以推广应用。�
　　关键词：格栅支护；应用;改进措施
　　 1 格删的基本原理�
　　格栅支护是由格栅拱架和锚喷联合组成的一种复合支护结构。其产生是受传统的钢拱架支护法和“新奥法”的启发,建立在“新奥法”的理论基础上。其支护基本原理是:把岩体视为连续介质,根据岩体具有的粘性、弹性、塑性的物理性质,利用洞室开挖后,围岩应力重新分布而产生的变形到松动破坏有一个时间效应的动态特性,适时地采用格栅拱架与喷混凝土形成的薄壁柔性支护结构,与围岩紧密贴合起来共同工作,从而调动并充分利用了天然围岩的自身承载能力,达到洞室围岩稳定的目的。同时,格栅拱架也兼具备了传统钢拱架支护的刚性支护特点。因此,这种支护形式同时具有钢拱架刚性支护和“新奥法”锚喷柔性支护的所有功能,可以达到支护结构“先柔后刚”的目的,也具有传统钢拱架与锚喷支护所不可比拟的优点。�
　　2 格栅支护应用实例�
　　2.1 工程概况�
　　 电站工程枢纽由拦河坝、发电引水隧洞、发电厂房及升压开关站等组成。电站总装机容量45MW。其中引水隧洞总长4.3km,开挖断面为底宽8m、高8m的城门型,洞挖总方量约达25万m3。引水隧洞工程是整个电站枢纽建设工期、投资等方面的控制性的关键项目。根据水工建筑物地下开挖工程施工技术规范围岩的地质分类,该部分洞段属Ⅳ～Ⅴ类围岩,累计长达920m,占隧洞总长的21.4%。合同要求隧洞的开挖必须在18个月内完工,要求每月每个工作面的平均洞挖进尺必须达80m以上。�
　　 引水隧洞开挖采用钻爆法,即先开挖贯通上部洞(高度5m,断面33.12m2),后开挖下部洞(高度3m)。由于不良地质段较长,工期紧,洞挖任务重,永久支护滞后,如何快速、有效地对上部洞不良地质段开挖进行稳固的支护是该引水隧洞开挖中的关键问题。经过各种支护方法的对比、分析和论证,最终决定采用格栅支护。�
　　2.2 格栅支护的施工工艺和主要技术参数�
　　 格栅支护的基本施工工艺流程为:上部洞不良地质段开挖→初喷C��25�混凝土封闭岩面→钻设锁脚锚杆、方向锚杆及随机锚杆→安装格栅拱架→挂钢筋网→复喷C��25�混凝土至设计厚度。若遇围岩地质极差的Ⅴ类围岩,开挖前在掌子面处向掘进方向钻设超前锚杆或采用小导管注浆的方法超前加固前方岩体。格栅支护的基本结构见图1。�
　　
　　 (1)上导洞不良地质段的开挖�
　　 不良地质洞段的开挖严格按照“短进尺、弱爆破”的原则进行,每循环进尺控制在1.5m以内,一次爆破药量不大于5kg,单响药量不大于300g/响,尽量减小爆破对围岩的扰动,保持围岩的初期稳定。开挖后及时进行地质素描和断面验收。�
　　 (2)初喷C��25�混凝土�
　　 洞挖进尺1.5m左右后,先对掌子面及顶拱、侧墙素喷C��25�混凝土进行封闭,喷层厚2～3cm,封闭岩面。�
　　 (3)钻设锚杆�
　　 安装格栅拱架前为安装、稳定拱架及锁固岩体,需要钻设锁脚锚杆、径向锚杆和随机锚杆。①锁脚锚杆:在每榀拱架拱脚处钻设安装Φ25、L=2.5m砂浆锚杆,与拱架焊接,进行拱架的锁脚加固；②径向锚杆:在顶拱和边墙拱架位置,安装径向锁固锚杆。锚杆规格Φ25,L=2.5m,环向间距1.0m,锚杆外露部分与拱架焊接；③随机锚杆:对于隧洞边墙、顶拱不稳定的部位安装Φ25、L=2m的随机锚杆进行锚固。�
　　 (4)安装格栅拱架�
　　 初喷混凝土封闭岩面后,开始安装格栅拱架。格栅拱架采用4根Φ22的钢筋焊制成横截面为20cm×20cm矩形、与开挖洞型尺寸相同的拱架。每榀拱架分为左右两半拱,接头部位设于拱顶,采用厚6mm钢板和M16螺栓连接。拱架间采用Φ10联接筋焊接。箍筋采用Φ10钢筋。格栅拱架在洞外预先按设计支护断面加工成型,洞内人工拼装。后一榀拱架采用Φ20纵向联结筋与前一榀拱架焊接成一体,既便于现场快速安装,又增强了各榀拱架的整体刚度。两榀拱架间距设计为0.5～1.0m。�
　　 (5)挂设钢筋网�
　　 完成锚杆及拱架安装后,开始顺沿洞壁在顶拱180°范围内按@20cm×20cm网格间距布设Φ6.5钢筋网,钢筋网与锚杆处外露部分及拱架焊接牢固,并按每m2不少于4个Φ6U型卡将钢筋网与岩壁卡牢。�
　　 (6)复喷C��25�混凝土�
　　 待格栅拱架安装及钢筋网布设完成后,复喷C��25�混凝土,总喷厚22cm,形成格喷拱架与锚喷的复合支护结构。�
　　 (7)地质极差段(Ⅴ类围岩)的超前锚杆或超前小导管注浆�
　　 电站引水隧洞进口段80m和出口段45m为软弱强风化围岩,地质条件极差,属Ⅴ类围岩。施工中在洞室开挖前,对前方岩体采用了超前锚杆或超前小导管注浆的超前支护技术,在此基础上,待洞室开挖后再采用格栅进行初期支护。①超前锚杆:在洞室顶拱180°范围进行布置超前锚杆。锚杆规格Φ25、L=3m,纵环向间距2.0m×0.5m,仰角α=3°砂浆锚杆外露尾部与前榀已安装好钢筋格栅拱架焊接。②超前小导管注浆:在洞室顶拱180°范围按环向间距50cm布置4m长、

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