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【摘 要】通过对新建水库工程泄洪（隧洞）建筑物地质成因分析，运用先进的设计方法和成熟的施工工艺，提出切实可行的技术方案，为同类地质条件泄洪（隧洞）建筑物施工提供借鉴与参考。
【关键词】水库隧洞；锚杆喷射技术；宁夏固原
1. 工程概况
西庄水库位于宁夏固原市彭阳县境内的茹河流域一级支流——李家沟沟口附近，距彭阳县城约20Km，水库流域面积为266Km2，设计最大坝高49.9m，坝顶高程为1381.10m，总库容1460万m3，为中型水库。水库设计洪水标准为50年，校核洪水标准为1000年，设计水平年为20年。水库由土坝、泄洪建筑物和取水建筑物三部分组成。土坝为均质土坝，最大坝高49.9m，坝顶宽8.0m，长180m，坝前坡比1：3.25，后坡比1：3.0；泄洪建筑物为压力隧洞，布设于坝体右岸，由泄洪水塔、泄洪隧洞及消能设施组成，水塔高33.6m，塔身为钢筋砼箱形框架结构，水塔底板高程为1347.50m，泄洪隧洞为城门洞形，直径4.0m，长270m，比降1：100，最大泄流量（p=0.1%）185.5 m3/s，为宁南山区最大的泄洪隧洞；取水建筑物布设于坝体左岸，由卧管和隧洞组成，卧管流量0.4m3/s，输水隧洞为马蹄形断面，上部圆弧半径为0.82m，圆形角110°，左右侧圆弧半径为1.57m，圆形角56.07°，下部圆弧半径为3.5m，圆形角28.11°，长235.0m，比降1：200，出口接原有灌溉渠道。该水库2008年建成并通过验收投入运行，是一座以防洪、拦泥和灌溉为主的综合性水利工程。
2. 工程地质
（1）泄洪塔及泄洪隧洞位于坝址区右坝肩，地形陡峭。根据探井及钻孔揭露，主要地层有第四系上更新统（Q3al）冲积壤土；第三系始新统寺口子组（E2s）泥岩和砾岩；白垩系下统（k1j）泾川组粗砂岩。泄洪隧洞洞身放置于粗砂岩层中，在该地区下部广为分布，厚度巨大。紫红色，微红色，薄层状，成岩作用较差，节理裂隙不发育，抗风化能力较弱，产状水平，夹灰白色薄层状粉砂岩及砾岩。该层0～0.8m为强风化层；0.8～1.8m为中等风化层，开挖边坡比1：0.75，承载力特征值fak=250KPa；1.8m以下为微风化，天然容重2.226g/cm3，凝聚力0.25MPa，弹性模量E=2.2×103MPa，泊松比μ=0.32，允许承载力[R]=500KPa。
（2）通过调查和分析，该岩层节理裂隙不发育，无地下水，但抗压强度较低，属软岩，抗风化能力较弱。经综合分析评价，该围岩属Ⅳ类，稳定程度为不稳定，可以成洞，但自稳时间短，可采用爆破开挖，开挖后需支护并及时全部衬砌。泄洪塔可采用扩大基础，基础建议放置在中等风化的粗砂岩层中。
3. 锚杆喷射混凝土支护设计与施工要点
3.1 喷射混凝土设计。由于泄洪隧洞属软岩，抗压强度较低，抗风化能力较弱，自稳时间短，该围岩属Ⅳ类，首先完成喷射混凝土，再进行锚杆钻孔后及时安装锚杆杆体。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001规定，当毛洞跨度小于5 m，围岩属Ⅳ类时，喷射混凝土厚度为80～100 mm，取80 mm，抗压强度不小于0.8MPa，喷射混凝土前清除松动岩石，用高压风清除表面浮渣、岩粉，将受喷面清洗干净，以利于喷射作业。
3.1.1 原材料控制。喷射混凝土水泥选用固原市六盘山牌P42.5普通硅酸盐早强水泥，砂子选用彭阳县茹河流域店洼砂，要求细度模数为2.6左右，含水量5～7%左右，含泥量不超过1.0%，石子选用原州区三关口石料厂的10～15 mm的破碎石。适当加入速凝剂，正常掺入量为水泥重量的2%，隧洞顶部喷射时，可增加到4%。
3.1.2 混合料的配合比和拌制。喷射混凝土标号为C20，参考相关类似工程实例并经过试验，确定水泥：砂子：石子比例为1：2.5：2.0（重量比），砂率为50～60%，水灰比为0.4～0.5左右，混合料拌制的均匀性尤为重要，特别是加入速凝剂后，应及时检查质量，要求坍落度控制在8～12cm；混合料原则上随用随，搅拌时间达到180s以上，停放时间不超过20min。
3.2 喷射混凝土施工要点及养护。
3.2.1 喷射程序。喷射作业分段分片依次进行，每段再分为2m的小段，顺序为自下而上，分层喷射时，后层喷射应在前层混凝土终凝后进行；若由于其他因素影响，终凝1h后再进行喷射时，先用风或水清洗喷层表面，以使两层良好结合。喷射作业程序为：先通风，再送电，后上料；停机时，先停料，再停电，最后切断风源，关闭压缩机；喷射作业因故障中断后，及时将喷射机和输料管清理干净。
3.2.2 喷射设备及喷射主要参数。 喷射设备选用海南郑州康达支护技术有限公司生产的CPS2000型喷射机，喷射能力为5.0 m3/h，输料管内径50 mm，工作风压0.15MPa，当垂直输送时，每提高1 m，增加风压0.002～0.003MPa。喷射时掌握好喷头方向，使其垂直于受喷面，喷射距离0.8～1.0m，粉尘较多时，喷射距离控制在0.3～0.4m，并注意岩面的起伏变化，以保证喷层厚度，提高层面的平整度和均匀性；喷隧洞顶部时，工作压力控制在0.2MPa左右，其他部位控制在0.16MPa左右，喷射混凝土的回弹率隧洞顶部不大于25%，其他部位不大于15%。
3.2.3 喷射养护。喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d，气温低于+5度时不得喷水养护；冬季施工时，喷射作业区、混合料进入喷射机的温度不得低于+5度，必要时喷射区和混合料搭建保温暖棚，悬挂温度计，每日观察不少于5次，以保证喷射混凝土质量。
3.3 锚杆支护设计施工要点。
3.3.1 锚杆类型及参数。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001规定，当毛洞跨度小于5 m，围岩属Ⅳ类时，锚杆设计长度为1.5～2.0m，取2.0m，确定钻孔直径32mm，深度为1.5m；锚杆类型选用全长粘结性锚杆中的早强水泥砂浆锚杆，锚杆杆体选用直径16mm Q235螺纹钢，杆体钢筋保护层厚度8mm，锚杆间距1.0m。
3.3.2 水泥砂浆。水泥砂浆选用早强水泥砂浆，强度等级要求大于M20，砂浆配合比为1.1～1.2，水灰比0.4左右，砂子选用中细砂，细度模数为2.6，含水量6.0%左右，含泥量不超过1.0%。
3.3.3 注浆锚杆。注浆采用注浆器，压力控制在0.2MPa，将砂浆压入锚孔，注浆完成后插入锚杆，必要是用楔子填塞锚孔，以防止锚杆脱落或砂浆溢出。施工时要求边拆除支架，边安装砂浆锚杆，以加强泄洪隧洞的拱部和侧墙的强度。
4. 结论
锚杆喷射混凝土支护技术作为初期支护措施，比较成功地解决了西庄水库泄洪隧洞软岩、抗风化能力较弱、自稳时间短的问题。根据工程施工和经验，有以下建议：
（1）施工过程中严格控制爆破药量，采用小进尺掘进，保证泄洪隧洞成形质量，减少对围岩的扰动。
（2）严格施工工序，隧洞边掘进边进行锚杆喷射混凝土支护，防止围岩自稳时间短而出现坍塌现象。
（3）加强现场监控量测，隧洞掘进立即进行围岩状况观察和记录，并进行工程地质特征描述，支护完成后进行喷层表面观察和记录。
（4）本工程2006年开工建设，2008年完工并通过验收，运行良好。
参考文献
[1] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001，中国计划出版社，2001年.
[2] 《水利水电工程锚喷支护施工规范》DL/T5181-2003，中国电力出版社，2003年.
[3] 《彭阳县西庄水库工程地质勘探报告》宁夏水利水电工程勘察设计院，2005年.
[4] 《彭阳县西庄水库工程设计报告》固原市水利勘测设计院，2005年.
【关键词】水库隧洞；锚杆喷射技术；宁夏固原
1. 工程概况
西庄水库位于宁夏固原市彭阳县境内的茹河流域一级支流——李家沟沟口附近，距彭阳县城约20Km，水库流域面积为266Km2，设计最大坝高49.9m，坝顶高程为1381.10m，总库容1460万m3，为中型水库。水库设计洪水标准为50年，校核洪水标准为1000年，设计水平年为20年。水库由土坝、泄洪建筑物和取水建筑物三部分组成。土坝为均质土坝，最大坝高49.9m，坝顶宽8.0m，长180m，坝前坡比1：3.25，后坡比1：3.0；泄洪建筑物为压力隧洞，布设于坝体右岸，由泄洪水塔、泄洪隧洞及消能设施组成，水塔高33.6m，塔身为钢筋砼箱形框架结构，水塔底板高程为1347.50m，泄洪隧洞为城门洞形，直径4.0m，长270m，比降1：100，最大泄流量（p=0.1%）185.5 m3/s，为宁南山区最大的泄洪隧洞；取水建筑物布设于坝体左岸，由卧管和隧洞组成，卧管流量0.4m3/s，输水隧洞为马蹄形断面，上部圆弧半径为0.82m，圆形角110°，左右侧圆弧半径为1.57m，圆形角56.07°，下部圆弧半径为3.5m，圆形角28.11°，长235.0m，比降1：200，出口接原有灌溉渠道。该水库2008年建成并通过验收投入运行，是一座以防洪、拦泥和灌溉为主的综合性水利工程。
2. 工程地质
（1）泄洪塔及泄洪隧洞位于坝址区右坝肩，地形陡峭。根据探井及钻孔揭露，主要地层有第四系上更新统（Q3al）冲积壤土；第三系始新统寺口子组（E2s）泥岩和砾岩；白垩系下统（k1j）泾川组粗砂岩。泄洪隧洞洞身放置于粗砂岩层中，在该地区下部广为分布，厚度巨大。紫红色，微红色，薄层状，成岩作用较差，节理裂隙不发育，抗风化能力较弱，产状水平，夹灰白色薄层状粉砂岩及砾岩。该层0～0.8m为强风化层；0.8～1.8m为中等风化层，开挖边坡比1：0.75，承载力特征值fak=250KPa；1.8m以下为微风化，天然容重2.226g/cm3，凝聚力0.25MPa，弹性模量E=2.2×103MPa，泊松比μ=0.32，允许承载力[R]=500KPa。
（2）通过调查和分析，该岩层节理裂隙不发育，无地下水，但抗压强度较低，属软岩，抗风化能力较弱。经综合分析评价，该围岩属Ⅳ类，稳定程度为不稳定，可以成洞，但自稳时间短，可采用爆破开挖，开挖后需支护并及时全部衬砌。泄洪塔可采用扩大基础，基础建议放置在中等风化的粗砂岩层中。
3. 锚杆喷射混凝土支护设计与施工要点
3.1 喷射混凝土设计。由于泄洪隧洞属软岩，抗压强度较低，抗风化能力较弱，自稳时间短，该围岩属Ⅳ类，首先完成喷射混凝土，再进行锚杆钻孔后及时安装锚杆杆体。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001规定，当毛洞跨度小于5 m，围岩属Ⅳ类时，喷射混凝土厚度为80～100 mm，取80 mm，抗压强度不小于0.8MPa，喷射混凝土前清除松动岩石，用高压风清除表面浮渣、岩粉，将受喷面清洗干净，以利于喷射作业。
3.1.1 原材料控制。喷射混凝土水泥选用固原市六盘山牌P42.5普通硅酸盐早强水泥，砂子选用彭阳县茹河流域店洼砂，要求细度模数为2.6左右，含水量5～7%左右，含泥量不超过1.0%，石子选用原州区三关口石料厂的10～15 mm的破碎石。适当加入速凝剂，正常掺入量为水泥重量的2%，隧洞顶部喷射时，可增加到4%。
3.1.2 混合料的配合比和拌制。喷射混凝土标号为C20，参考相关类似工程实例并经过试验，确定水泥：砂子：石子比例为1：2.5：2.0（重量比），砂率为50～60%，水灰比为0.4～0.5左右，混合料拌制的均匀性尤为重要，特别是加入速凝剂后，应及时检查质量，要求坍落度控制在8～12cm；混合料原则上随用随，搅拌时间达到180s以上，停放时间不超过20min。
3.2 喷射混凝土施工要点及养护。
3.2.1 喷射程序。喷射作业分段分片依次进行，每段再分为2m的小段，顺序为自下而上，分层喷射时，后层喷射应在前层混凝土终凝后进行；若由于其他因素影响，终凝1h后再进行喷射时，先用风或水清洗喷层表面，以使两层良好结合。喷射作业程序为：先通风，再送电，后上料；停机时，先停料，再停电，最后切断风源，关闭压缩机；喷射作业因故障中断后，及时将喷射机和输料管清理干净。
3.2.2 喷射设备及喷射主要参数。 喷射设备选用海南郑州康达支护技术有限公司生产的CPS2000型喷射机，喷射能力为5.0 m3/h，输料管内径50 mm，工作风压0.15MPa，当垂直输送时，每提高1 m，增加风压0.002～0.003MPa。喷射时掌握好喷头方向，使其垂直于受喷面，喷射距离0.8～1.0m，粉尘较多时，喷射距离控制在0.3～0.4m，并注意岩面的起伏变化，以保证喷层厚度，提高层面的平整度和均匀性；喷隧洞顶部时，工作压力控制在0.2MPa左右，其他部位控制在0.16MPa左右，喷射混凝土的回弹率隧洞顶部不大于25%，其他部位不大于15%。
3.2.3 喷射养护。喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d，气温低于+5度时不得喷水养护；冬季施工时，喷射作业区、混合料进入喷射机的温度不得低于+5度，必要时喷射区和混合料搭建保温暖棚，悬挂温度计，每日观察不少于5次，以保证喷射混凝土质量。
3.3 锚杆支护设计施工要点。
3.3.1 锚杆类型及参数。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001规定，当毛洞跨度小于5 m，围岩属Ⅳ类时，锚杆设计长度为1.5～2.0m，取2.0m，确定钻孔直径32mm，深度为1.5m；锚杆类型选用全长粘结性锚杆中的早强水泥砂浆锚杆，锚杆杆体选用直径16mm Q235螺纹钢，杆体钢筋保护层厚度8mm，锚杆间距1.0m。
3.3.2 水泥砂浆。水泥砂浆选用早强水泥砂浆，强度等级要求大于M20，砂浆配合比为1.1～1.2，水灰比0.4左右，砂子选用中细砂，细度模数为2.6，含水量6.0%左右，含泥量不超过1.0%。
3.3.3 注浆锚杆。注浆采用注浆器，压力控制在0.2MPa，将砂浆压入锚孔，注浆完成后插入锚杆，必要是用楔子填塞锚孔，以防止锚杆脱落或砂浆溢出。施工时要求边拆除支架，边安装砂浆锚杆，以加强泄洪隧洞的拱部和侧墙的强度。
4. 结论
锚杆喷射混凝土支护技术作为初期支护措施，比较成功地解决了西庄水库泄洪隧洞软岩、抗风化能力较弱、自稳时间短的问题。根据工程施工和经验，有以下建议：
（1）施工过程中严格控制爆破药量，采用小进尺掘进，保证泄洪隧洞成形质量，减少对围岩的扰动。
（2）严格施工工序，隧洞边掘进边进行锚杆喷射混凝土支护，防止围岩自稳时间短而出现坍塌现象。
（3）加强现场监控量测，隧洞掘进立即进行围岩状况观察和记录，并进行工程地质特征描述，支护完成后进行喷层表面观察和记录。
（4）本工程2006年开工建设，2008年完工并通过验收，运行良好。
参考文献
[1] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001，中国计划出版社，2001年.
[2] 《水利水电工程锚喷支护施工规范》DL/T5181-2003，中国电力出版社，2003年.
[3] 《彭阳县西庄水库工程地质勘探报告》宁夏水利水电工程勘察设计院，2005年.
[4] 《彭阳县西庄水库工程设计报告》固原市水利勘测设计院，2005年.