鄂广全 耿鹏云

1 工程概况

洛泽河水电站工程位于云南省昭通市洛泽河下游河段上，装机容量65 MW，工程枢纽由拦河坝、引水隧洞、调压井、压力钢管、地面厂房和升压站组成。引水隧洞总长约为5.8 km，为无压引水隧洞，采用城门洞型断面，断面尺寸为6.6 m×7.0 m(宽×高)，隧洞纵坡坡度为1‰。

引水隧洞所在右岸山脊地形地貌有利，岩体质量大部分较好，但隧洞穿过一条断层，破碎带宽度20 m～30 m，由片状的压碎岩组成，向两侧规模变小，逐渐变为挠曲。隧洞洞室上覆岩性主要为泥灰岩及少量的粉砂质泥岩、钙质泥岩等，根据隧洞沿线的地形特点、岩性组成、构造发育情况、地下水分布、岩体的透水性等，并依据SL 55-2005中小型水利水电工程地质勘察规范围岩工程地质分类标准，对隧洞及施工支洞围岩进行分段，其中隧洞进出口、构造破碎等地段属Ⅳ类围岩，长度占总长度的20%，其余地段为Ⅲ类围岩，占总长度的80%。

2 设计方案

工程方案设计时，对引水隧洞拟定了两个设计方案，一个方案是常规的挂网喷混凝土衬砌方案，另一个方案是喷钢纤维混凝土衬砌方案。具体设计方案如下:

常规的挂网喷混凝土衬砌方案为在Ⅲ类围岩洞段采用锚杆φ22@150 cm×150 cm，挂钢筋网φ8@15×15，喷15 cm厚混凝土，不衬砌;在Ⅳ类围岩洞段采用锚杆φ22@150 cm×150 cm，挂钢筋网φ8@15×15，喷12 cm厚混凝土进行临时支护，60 cm厚混凝土衬砌。

喷钢纤维混凝土衬砌方案为在Ⅲ类围岩洞段采用锚杆φ22@150 cm×150 cm，喷10 cm厚钢纤维混凝土，不衬砌;在Ⅳ类围岩洞段采用锚杆φ22@150 cm×150 cm，喷8 cm厚钢纤维混凝土进行临时支护，60 cm厚混凝土衬砌。钢纤维用量为45 kg/m3混凝土。

3 技术比较

挂网喷混凝土和喷钢纤维混凝土两个设计方案在技术特点上有较大差异，对比如下:

1)工程量方面。

钢纤维混凝土特殊的组成结构和受力机理决定了它拥有良好的物理力学性能。它克服了素混凝土抗拉强度低、极限延伸率小和脆性的弱点，具有较高的抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度，也具有良好的抗冲击性、抗裂性和抗疲劳性能，并且韧性好、适应变形能力强。喷钢纤维混凝土的这些优点，使它与挂网喷混凝土相比衬砌厚度可以减少5 cm～8 cm，减少隧洞石方开挖和喷混凝土的工程量。

2)施工质量方面。

由于隧洞围岩开挖后的形状是不规则的，挂钢筋网不可能与围岩紧密的贴和，在钢筋和围岩之间易形成空洞，即喷锚支护后采取二次衬砌，已经脱空的部位仍然得不到加强，仍存在质量隐患。另外钢筋的振动也容易造成钢筋网和喷混凝土不能紧密结合。相比之下，喷钢纤维混凝土则不存在这样的问题，能够与围岩开挖面紧密粘结在一起，能够共同变形，可以提供连续的、可靠的支护力，减少应力集中现象，支护质量更加均匀、可靠、安全。

3)节约材料方面。

挂网喷混凝土施工过程中，钢筋网的振动会导致混凝土的回弹加大，尤其在开始喷射的短时间内，绝大部分骨料、水泥会被回弹掉。经统计，挂网喷混凝土的回弹量在30%左右，喷钢纤维混凝土的回弹量在10%左右。

4)施工进度方面。

喷钢纤维混凝土可省去挂网的人工、设备及时间，快速及时的对爆破后的岩体实施支护。喷钢纤维混凝土对于处理或加固软弱围岩而言是最好、最便捷的支护手段。另外，由于取消了挂网的工艺，喷钢纤维混凝土能够加快施工速度，和挂网喷混凝土相比较，其工期节约在30%以上。

4 经济比较

由于采取喷钢纤维混凝土替代传统的挂网喷混凝土，不再需要钢筋网;施工速度加快，人工和机械设备使用费降低，工程量减少，如此其综合费用将低于传统的挂网喷射工艺。喷钢纤维混凝土与挂网喷混凝土相比较，在经济性方面有以下差异:

1)由于喷钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度等优点，喷钢纤维混凝土的厚度小于挂网喷混凝土，隧洞开挖断面减小8 cm～10 cm，使隧洞开挖量减少约1.97%。

2)喷钢纤维混凝土的衬砌厚度小于挂网喷混凝土，使喷混凝土工程量减少约33.3%，喷钢纤维混凝土与围岩的良好结合性也使得混凝土回弹量减少20%，节约20%混凝土材料。

3)喷钢纤维混凝土取消挂网钢筋约480 t，增加钢纤维约390 t。

4)喷钢纤维混凝土施工工期比挂网喷混凝土提前3个月完成，节省人工、机械设备使用和管理成本。

经详细分析计算，挂网喷混凝土方案引水隧洞投资约1.13亿元;未考虑人工和管理成本节约的情况下，喷钢纤维混凝土方案投资约1.04亿元，节省投资约943万元，约节省8.56%。本工程总投资为4.35亿元，施工工期提前3个月完成，节省建设期利息约382万元，节省工程直接管理成本约120万元。合计节省投资1445万元，占引水隧洞投资的14.3%，占工程总投资的3.32%。

5 结语

地下洞室工程中挂钢筋网喷混凝土是传统的稳定围岩的支护方式，在工程施工中应用较为广泛;而目前，喷钢纤维混凝土作为一种新的支护形式，满足“新奥法”的设计理论——适时、适当的支护;具有更好的物理力学性能、质量可靠，施工进度快，节省投资和方便安全等优点，随着对钢纤维混凝土材料物理力学性能认识的逐步深入以及工程实践经验的不断积累，喷钢纤维混凝土必将在土木、水利、水电工程中得到更为广泛的应用和发展。