【摘要】通過對新建水庫工程泄洪（隧洞）建筑物地質(zhì)成因分析，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和成熟的施工工藝，提出切實(shí)可行的技術(shù)方案，為同類地質(zhì)條件泄洪（隧洞）建筑物施工提供借鑒與參考。
1.工程概況
西莊水庫位于寧夏固原市彭陽縣境內(nèi)的茹河流域一級支流——李家溝溝口附近，距彭陽縣城約20Km，水庫流域面積為266Km2，設(shè)計(jì)最大壩高49.9m，壩頂高程為1381.10m，總庫容1460萬m3，為中型水庫。水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年，設(shè)計(jì)水平年為20年。水庫由土壩、泄洪建筑物和取水建筑物三部分組成。土壩為均質(zhì)土壩，最大壩高49.9m，壩頂寬8.0m，長180m，壩前坡比1：3.25，后坡比1：3.0；泄洪建筑物為壓力隧洞，布設(shè)于壩體右岸，由泄洪水塔、泄洪隧洞及消能設(shè)施組成，水塔高33.6m，塔身為鋼筋砼箱形框架結(jié)構(gòu)，水塔底板高程為1347.50m，泄洪隧洞為城門洞形，直徑4.0m，長270m，比降1：100，最大泄流量（p=0.1%）185.5m3/s，為寧南山區(qū)最大的泄洪隧洞；取水建筑物布設(shè)于壩體左岸，由臥管和隧洞組成，臥管流量0.4m3/s，輸水隧洞為馬蹄形斷面，上部圓弧半徑為0.82m，圓形角110°，左右側(cè)圓弧半徑為1.57m，圓形角56.07°，下部圓弧半徑為3.5m，圓形角28.11°，長235.0m，比降1：200，出口接原有灌溉渠道。該水庫2008年建成并通過驗(yàn)收投入運(yùn)行，是一座以防洪、攔泥和灌溉為主的綜合性水利工程。
2.工程地質(zhì)
?。?）泄洪塔及泄洪隧洞位于壩址區(qū)右壩肩，地形陡峭。根據(jù)探井及鉆孔揭露，主要地層有第四系上更新統(tǒng)（Q3al）沖積壤土；第三系始新統(tǒng)寺口子組（E2s）泥巖和礫巖；白堊系下統(tǒng)（k1j）涇川組粗砂巖。泄洪隧洞洞身放置于粗砂巖層中，在該地區(qū)下部廣為分布，厚度巨大。紫紅色，微紅色，薄層狀，成巖作用較差，節(jié)理裂隙不發(fā)育，抗風(fēng)化能力較弱，產(chǎn)狀水平，夾灰白色薄層狀粉砂巖及礫巖。該層0～0.8m為強(qiáng)風(fēng)化層；0.8～1.8m為中等風(fēng)化層，開挖邊坡比1：0.75，承載力特征值fak=250KPa；1.8m以下為微風(fēng)化，天然容重2.226g/cm3，凝聚力0.25MPa，彈性模量E=2.2×103MPa，泊松比μ=0.32，允許承載力[R]=500KPa。
（2）通過調(diào)查和分析，該巖層節(jié)理裂隙不發(fā)育，無地下水，但抗壓強(qiáng)度較低，屬軟巖，抗風(fēng)化能力較弱。經(jīng)綜合分析評價，該圍巖屬Ⅳ類，穩(wěn)定程度為不穩(wěn)定，可以成洞，但自穩(wěn)時間短，可采用爆破開挖，開挖后需支護(hù)并及時全部襯砌。泄洪塔可采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)建議放置在中等風(fēng)化的粗砂巖層中。
3.錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
3.1噴射混凝土設(shè)計(jì)。由于泄洪隧洞屬軟巖，抗壓強(qiáng)度較低，抗風(fēng)化能力較弱，自穩(wěn)時間短，該圍巖屬Ⅳ類，首先完成噴射混凝土，再進(jìn)行錨桿鉆孔后及時安裝錨桿桿體。根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50086-2001規(guī)定，當(dāng)毛洞跨度小于5m，圍巖屬Ⅳ類時，噴射混凝土厚度為80～100mm，取80mm，抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa，噴射混凝土前清除松動巖石，用高壓風(fēng)清除表面浮渣、巖粉，將受噴面清洗干凈，以利于噴射作業(yè)。
3.1.1原材料控制。噴射混凝土水泥選用固原市六盤山牌P42.5普通硅酸鹽早強(qiáng)水泥，砂子選用彭陽縣茹河流域店洼砂，要求細(xì)度模數(shù)為2.6左右，含水量5～7%左右，含泥量不超過1.0%，石子選用原州區(qū)三關(guān)口石料廠的10～15mm的破碎石。適當(dāng)加入速凝劑，正常摻入量為水泥重量的2%，隧洞頂部噴射時，可增加到4%。
3.1.2混合料的配合比和拌制。噴射混凝土標(biāo)號為C20，參考相關(guān)類似工程實(shí)例并經(jīng)過試驗(yàn)，確定水泥：砂子：石子比例為1：2.5：2.0（重量比），砂率為50～60%，水灰比為0.4～0.5左右，混合料拌制的均勻性尤為重要，特別是加入速凝劑后，應(yīng)及時檢查質(zhì)量，要求坍落度控制在8～12cm；混合料原則上隨用隨，攪拌時間達(dá)到180s以上，停放時間不超過20min。
3.2噴射混凝土施工要點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)。
3.2.1噴射程序。噴射作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，每段再分為2m的小段，順序?yàn)樽韵露希謱訃娚鋾r，后層噴射應(yīng)在前層混凝土終凝后進(jìn)行；若由于其他因素影響，終凝1h后再進(jìn)行噴射時，先用風(fēng)或水清洗噴層表面，以使兩層良好結(jié)合。噴射作業(yè)程序?yàn)椋合韧L(fēng)，再送電，后上料；停機(jī)時，先停料，再停電，最后切斷風(fēng)源，關(guān)閉壓縮機(jī)；噴射作業(yè)因故障中斷后，及時將噴射機(jī)和輸料管清理干凈。
3.2.2噴射設(shè)備及噴射主要參數(shù)。噴射設(shè)備選用海南鄭州康達(dá)支護(hù)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CPS2000型噴射機(jī)，噴射能力為5.0m3/h，輸料管內(nèi)徑50mm，工作風(fēng)壓0.15MPa，當(dāng)垂直輸送時，每提高1m，增加風(fēng)壓0.002～0.003MPa。噴射時掌握好噴頭方向，使其垂直于受噴面，噴射距離0.8～1.0m，粉塵較多時，噴射距離控制在0.3～0.4m，并注意巖面的起伏變化，以保證噴層厚度，提高層面的平整度和均勻性；噴隧洞頂部時，工作壓力控制在0.2MPa左右，其他部位控制在0.16MPa左右，噴射混凝土的回彈率隧洞頂部不大于25%，其他部位不大于15%。
3.2.3噴射養(yǎng)護(hù)。噴射混凝土終凝2h后，進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于7d，氣溫低于+5度時不得噴水養(yǎng)護(hù)；冬季施工時，噴射作業(yè)區(qū)、混合料進(jìn)入噴射機(jī)的溫度不得低于+5度，必要時噴射區(qū)和混合料搭建保溫暖棚，懸掛溫度計(jì)，每日觀察不少于5次，以保證噴射混凝土質(zhì)量。
3.3錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)。
3.3.1錨桿類型及參數(shù)。根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》GB50086-2001規(guī)定，當(dāng)毛洞跨度小于5m，圍巖屬Ⅳ類時，錨桿設(shè)計(jì)長度為1.5～2.0m，取2.0m，確定鉆孔直徑32mm，深度為1.5m；錨桿類型選用全長粘結(jié)性錨桿中的早強(qiáng)水泥砂漿錨桿，錨桿桿體選用直徑16mmQ235螺紋鋼，桿體鋼筋保護(hù)層厚度8mm，錨桿間距1.0m。
3.3.2水泥砂漿。水泥砂漿選用早強(qiáng)水泥砂漿，強(qiáng)度等級要求大于M20，砂漿配合比為1.1～1.2，水灰比0.4左右，砂子選用中細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，含水量6.0%左右，含泥量不超過1.0%。
3.3.3注漿錨桿。注漿采用注漿器，壓力控制在0.2MPa，將砂漿壓入錨孔，注漿完成后插入錨桿，必要是用楔子填塞錨孔，以防止錨桿脫落或砂漿溢出。施工時要求邊拆除支架，邊安裝砂漿錨桿，以加強(qiáng)泄洪隧洞的拱部和側(cè)墻的強(qiáng)度。
4.結(jié)論
錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)作為初期支護(hù)措施，比較成功地解決了西莊水庫泄洪隧洞軟巖、抗風(fēng)化能力較弱、自穩(wěn)時間短的問題。根據(jù)工程施工和經(jīng)驗(yàn)，有以下建議：
?。?）施工過程中嚴(yán)格控制爆破藥量，采用小進(jìn)尺掘進(jìn)，保證泄洪隧洞成形質(zhì)量，減少對圍巖的擾動。
?。?）嚴(yán)格施工工序，隧洞邊掘進(jìn)邊進(jìn)行錨桿噴射混凝土支護(hù)，防止圍巖自穩(wěn)時間短而出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。
?。?）加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控量測，隧洞掘進(jìn)立即進(jìn)行圍巖狀況觀察和記錄，并進(jìn)行工程地質(zhì)特征描述，支護(hù)完成后進(jìn)行噴層表面觀察和記錄。
?。?）本工程2006年開工建設(shè)，2008年完工并通過驗(yàn)收，運(yùn)行良好。
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