在锚喷支护技术应用到水利水电工程之前,地下工程的支护采用传统支护方式,即钢或木支撑结构,其理论基础是普氏理论的松动围岩压力(山岩压力)。这种支撑结构是等待支撑松动围岩荷载,是完全被动受力的结构,承载能力较小。再者,由于其受力不均衡、传力(靠楔子楔紧支撑排架与围岩的间隙)不可靠、结构刚度受限制等原因,当围岩压力(变形)较大时,支撑结构容易破坏或产生过大的变形。遇到特别破碎的围岩(Ⅳ、Ⅴ类围岩),尤其是较大断面洞室,这种支护方式往往无效,所以不能考虑在特别破碎的围岩中建造大型洞室。实践证明,这种传统支护方式既不经济,又不安全。
我国水利水电工程自20世纪60年代初开始大量采用锚喷支护技术。40年来,尤其是近十几年以来,随着我国水利水电工程史无前例的大开发,水利水电工程设计、施工技术取得了长足进步,其中,锚喷支护技术的进步尤其引人注目。主要是由于锚喷支护技术的进步,才使新奥法被不断注入新的活力,使其在地下工程中起着越来越大的作用。可以说,锚喷支护技术是现代水利水电工程设计和施工技术的主要支撑之一。现在,锚喷支护技术已经发展到较高水平,无论多么差的地质条件,通过采用锚喷支护等技术,都可以建造洞室。例如:
小湾水电站进场公路的新地基隧洞,长365m,隧洞设计净宽9.5m,净高7.0m。该隧洞处于深变质软弱岩组中,受区域性地质构造影响,围岩裂隙、层间错动面、小褶曲、小断层发育。围岩在构造挤压力及地下水作用下,原结晶构造已被破坏。同时新地基隧洞处于三个滑坡体上,滑坡体本身富集地下水,开挖时有大量渗水,局部涌水。由于围岩极为破碎,整个隧洞开挖未采用爆破作业。开挖采用PC200挖掘机开挖中间,人工开挖修整周边。在施工中,采用小管棚超前支护,短进尺、多循环、强支护,上半洞开挖支护先行、下半洞开挖支护跟进、二次衬砌紧跟的施工方法,使一次支护与二次衬砌共同承载。以上综合支护措施确保了隧洞施工安全地完成。(www.daowen.com)
深圳东部引水工程引水隧洞工程,断面为城门洞形,衬砌后净宽4.2m,净高5.3m。其进口段542m属于Ⅴ类围岩,一期支护采用φ42小管棚、φ18、L=2.5m系统锚杆、网喷15cm厚C20混凝土、格构式钢拱架联合支护;二期支护为模筑30cm厚C25W6混凝土;开挖采取“先上半洞、后下半洞”的台阶式推进方式,台阶长度5m左右。上半洞施工顺序:拱顶150°范围内施作小管棚→注浆→开挖出安装一榀钢拱架宽度→初喷混凝土(厚5cm)→安装一榀钢拱架→焊连接筋、挂钢筋网、打锚杆→复喷混凝土达到设计要求厚度→开挖第二个钢拱架宽度……按此顺序循环进行施工。下半洞施工顺序:机械Ⅱ期开挖→人工保护层Ⅲ期开挖→初喷混凝土→安装边钢拱架→打锚杆→挂钢筋网→复喷混凝土→底板素喷混凝土→养护。下半洞每次开挖支护长度为2~3榀钢拱架。拱顶部150°范围内支护采用的小管棚为直径42mm、长3.5m的普通钢管,沿洞周边间距40cm,外插角5°~9°。施工中利用手风钻改装的气锤将φ42钢管(前端削成尖角)直接顶入围岩或沿φ38手风钻孔顶入围岩。当围岩特别破碎时,向管内注浆加固围岩。通过采取这些联合支护措施,保证了施工顺利进行。
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