黔中干渠隧洞初期支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

楊元紅，吳 鴻，王 青

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

黔中干渠隧洞初期支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

楊元紅，吳 鴻，王 青

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

黔中干渠線路長(zhǎng)，隧洞數(shù)量多，穿越多個(gè)地層，地形地質(zhì)情況復(fù)雜。文章根據(jù)黔中水利樞紐工程干渠隧洞設(shè)計(jì)及地質(zhì)情況，提出干渠隧洞的初期標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)設(shè)計(jì)，以規(guī)范施工，提高施工效率，保證施工安全，便于工程管理和投資控制。

隧洞初期支護(hù)；標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；施工安全；支護(hù)方案

1 概 述

黔中水利樞紐工程位于貴州中部黔中地區(qū)、云貴高云苗嶺寬緩山脊、兩江分水嶺河源地帶、巖溶峽谷山區(qū)，涉及貴州3市(貴陽(yáng)、安順、六盤(pán)水)1州(黔南自治州)1地區(qū)(畢節(jié))的10個(gè)縣(區(qū))和貴陽(yáng)市區(qū)、安順市區(qū)。工程以灌溉、城市供水為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，并為改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件的Ⅰ等大⑴型水利樞紐工程，開(kāi)發(fā)直接目標(biāo)是解決黔中地區(qū)用水安全，間接目標(biāo)是保障糧食生產(chǎn)安全、保障并促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

水源工程由大壩樞紐工程[大壩(含帷幕)、開(kāi)敞式溢洪洞、泄洪放空洞、平寨電站、取水系統(tǒng)等永久建筑物，及相應(yīng)臨時(shí)、輔助、附屬、配套工程]和平寨水庫(kù)工程[水庫(kù)淹沒(méi)處理、移民安置、專項(xiàng)設(shè)施改復(fù)建、庫(kù)底清理、庫(kù)岸邊坡治理等工程]組成。

一期輸配水工程由輸水工程和一期配水工程組成。輸水工程包括總干渠工程、桂松干渠工程、一期支渠工程；一期配水工程包括一期灌區(qū)田間配套工程、貴陽(yáng)供水配水工程(以河代渠)。總干渠總長(zhǎng)63.4 km，由24.36 km渠道、32座共長(zhǎng)13.3 km渡槽、18條共長(zhǎng)25.08 km隧洞、2座共長(zhǎng)0.66 km倒虹管等組成。桂松干渠總長(zhǎng)84.77 km，由41.71 km渠道、18座共長(zhǎng)4.5 km渡槽、38條共長(zhǎng)38.12 km隧洞、2段共長(zhǎng)0.44 km提水管道等組成。

工程區(qū)范圍廣、面積大，出露地層較全，從元古界到第四系均有出露，其間缺失第三系地層。與庫(kù)壩區(qū)有關(guān)的地層主要為三疊系關(guān)嶺組、永寧鎮(zhèn)組、夜郎組；二疊系長(zhǎng)興大隆組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組地層。主要巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖等碳酸鹽間夾條帶狀砂巖、泥頁(yè)巖夾煤等碎屑巖。與壩址庫(kù)首滲漏具有重要意義的地層為三疊系關(guān)嶺組第一段、永寧鎮(zhèn)組第二段(在壩址分四層)、夜郎組九級(jí)灘、沙堡灣段。

總干渠和桂松干渠設(shè)計(jì)隧洞共56座，共計(jì)長(zhǎng)度63.2 km，其中最長(zhǎng)8.64 km，最短0.13 km?？偢汕O(shè)計(jì)隧洞共18座，共計(jì)長(zhǎng)度25.08 km，隧洞設(shè)計(jì)流量為22.625～15.360 m3/s，設(shè)計(jì)水力縱坡一般采用1/2 000(特殊除外)，隧洞過(guò)水?dāng)嗝鏋?.7 m×4.94 m～3.10 m×4.289 m，設(shè)計(jì)流速1.801～1.626 m/s。桂松干渠設(shè)計(jì)隧洞共38座，共計(jì)長(zhǎng)度38.12 km，隧洞設(shè)計(jì)流量為14.571～4.189 m3/s，設(shè)計(jì)水力縱坡一般采用為1/2500(特殊除外)，隧洞過(guò)水?dāng)嗝鏋?.1 m×4.2 m～2.1 m×2.1 m，設(shè)計(jì)流速1.15～0.93 m/s。

2 隧洞初期支護(hù)設(shè)計(jì)情況

2.1 Ⅲ類圍巖支護(hù)方案

2.1.1 圍巖主要工程地質(zhì)特征

堅(jiān)硬巖為主，夾中硬巖或較軟巖，或呈互層狀，微風(fēng)化夾較多弱風(fēng)化巖，受構(gòu)造影響節(jié)理裂隙發(fā)育，有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面或局部存在不利結(jié)構(gòu)面組合，巖體完整性差，呈塊狀結(jié)構(gòu)，地下水活動(dòng)中等，沿裂隙面或軟弱結(jié)構(gòu)面有大量的滴水或線流，洞線與主要結(jié)構(gòu)面走向夾角>45°。

采用支護(hù)措施：M20砂漿Φ25隨機(jī)錨桿長(zhǎng)4.5 m。

2.1.2 圍巖主要工程地質(zhì)特征

中硬巖，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化火成巖，中厚層沉積巖，巖體完整性差，節(jié)理裂隙發(fā)育，有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面或局部存在不利組合，呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，地下水活動(dòng)中等，沿裂隙面或軟弱結(jié)構(gòu)面有大量滴水或線流，洞線與主要結(jié)構(gòu)面走向交角>30°。

采用支護(hù)措施：M20砂漿Φ25隨機(jī)錨桿長(zhǎng)4.5 m，噴C20混凝土厚5 cm，局部破碎帶掛網(wǎng)Φ6鋼筋，間距為200 mm×200 mm。

2.2 Ⅳ類圍巖支護(hù)方案

2.2.1 圍巖主要工程地質(zhì)特征

堅(jiān)硬巖和軟巖互層，弱風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，層面和其他結(jié)構(gòu)面易構(gòu)成不穩(wěn)定塊體或存在不利結(jié)構(gòu)面組合，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，洞線與主要結(jié)構(gòu)面走向夾角及巖層傾角均<30°。中硬巖，薄層狀，弱風(fēng)化帶夾軟弱夾層，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，破碎，局部夾泥，層間結(jié)合差，地下水活動(dòng)中等，洞線與巖層走向夾角及巖層傾角均<30°。硬質(zhì)巖類，巖體呈塊裂結(jié)構(gòu)，完整性較差[1]。巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，較破碎，無(wú)地下水活動(dòng)時(shí)。采用支護(hù)措施：1類支護(hù)。

2.2.2 圍巖主要工程地質(zhì)特征

較軟巖或軟巖，弱風(fēng)化為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，層間錯(cuò)動(dòng)常見(jiàn)，多為軟弱面與其他結(jié)構(gòu)面形成不利組合，地下水活動(dòng)輕微，洞線與巖層走向夾角>30°。采用支護(hù)措施：2類支護(hù)。

2.2.3 Ⅳ類圍巖1類支護(hù)方案

拱部及拱部以下兩側(cè)邊墻0.5 m內(nèi)布設(shè)M20砂漿Φ25錨桿長(zhǎng)4.5 m，每排6根，排距0.5 m，掛網(wǎng)Φ6鋼筋，間排距為200 mm×200 mm；拱部及拱部以下兩側(cè)邊墻0.5 m內(nèi)噴C20混凝土厚100 mm。Ⅳ類圍巖2類支護(hù)方案：拱部及順向圍巖側(cè)邊墻布設(shè)M20砂漿Φ25錨桿長(zhǎng)4.5 m,每排8根，排距0.5 m，掛網(wǎng)Φ6鋼筋，間排距為200 mm×200 mm；頂拱和兩邊墻噴C20混凝土厚100 mm。

2.3 Ⅴ類圍巖支護(hù)方案

2.3.1 圍巖主要工程地質(zhì)特征

硬質(zhì)巖類，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體較破碎，地下水位活動(dòng)中等～強(qiáng)烈。硬質(zhì)巖類，巖體呈碎塊狀或碎屑狀結(jié)構(gòu)，巖體破碎。 中硬巖或較軟巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，受地質(zhì)構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙很發(fā)育，無(wú)規(guī)則，且張開(kāi)夾泥，咬合力差，呈不規(guī)則碎裂塊體狀，地下水活動(dòng)中等，洞線與結(jié)構(gòu)面夾角小于30°，傾角平緩。采用支護(hù)措施：A型支護(hù)。

2.3.2 圍巖主要工程地質(zhì)特征

軟巖，弱風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，受地質(zhì)構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，多張開(kāi)有泥，有軟弱夾層和順層錯(cuò)動(dòng)帶，有大量臨空切割體，地下水活動(dòng)中等～強(qiáng)烈，加速巖體風(fēng)化和降低結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度。采用支護(hù)措施：B型支護(hù)[2]。

2.3.3 圍巖主要工程地質(zhì)特征：全風(fēng)化，多呈松散碎石狀不均一散體結(jié)構(gòu)，地下水活動(dòng)中等～強(qiáng)烈。采用支護(hù)措施：C型支護(hù)。

2.3.4 Ⅴ類圍巖A型支護(hù)方案

1)頂拱和側(cè)壁采用鋼格柵支撐，鋼格柵采用4根HRB335Φ22鋼筋為主筋制作，主筋圍成175 mm×175 mm正方形，連接筋為HRB335Φ12鋼筋，每榀間距1.0 m。

2)錨桿：拱部及邊墻為M20砂漿Φ25錨桿，錨桿長(zhǎng)4.5 m，每排10根，間排距1.0 m。

3)縱向連接筋：采用Φ22鋼筋，環(huán)向間距為1.0 m。

4)鋼筋網(wǎng)：拱部及邊墻Φ6鋼筋網(wǎng)，間排距200 mm×200 mm。

5)噴混凝土：拱部及邊墻噴C20混凝土，厚度為100 mm。

2.3.5 Ⅴ類圍巖B型支護(hù)方案

1)頂拱和側(cè)壁采用格柵鋼架支撐，鋼格柵采用4根HRB335Φ22鋼筋為主筋制作，主筋圍成175 mm×175 mm正方形連接筋為HRB335Φ12鋼筋，每榀間距0.75 m，底部全部澆筑0.15 m厚的C20混凝土(不占用二襯尺寸)。

2)錨桿：拱部及邊墻為M20砂漿Φ25錨桿，錨桿長(zhǎng)4.5 m，每排10根，間排距0.75 m。

3)縱向連接筋：采用Φ22鋼筋，環(huán)向間距為1.0 m。

4)鋼筋網(wǎng)：拱部及邊墻Φ6鋼筋網(wǎng)，間排距200 mm×200 mm。

5)噴混凝土：拱部及邊墻噴C20混凝土，厚度為100 mm。

2.3.6 Ⅴ類圍巖C型支護(hù)方案

1)頂拱和側(cè)壁采用鋼格柵支撐，鋼格柵采用4根HRB335Φ25鋼筋為主筋制作，連接筋為HRB335Φ16鋼筋，每榀間距0.5 m；底板每隔一榀鋼拱架設(shè)置一條鋼格柵橫向支撐，同時(shí)底部全部澆筑0.2 m厚C20混凝土(不占用二襯尺寸)，橫向支撐鋼筋澆筑于混凝土內(nèi)。

2)頂拱掌子面設(shè)置超前錨桿(Φ25)或小導(dǎo)管Φ42×4 mm，長(zhǎng)4.5 m，外插角7°～15°，環(huán)向間距35 cm，縱向搭接長(zhǎng)度≥1.5 m。

3)錨桿：拱部為M20砂漿Φ25錨桿，錨桿長(zhǎng)4.5 m，每排10根，間排距0.5 m。

4)縱向連接筋：采用Φ22鋼筋，環(huán)向間距為1.0 m。

5)鋼筋網(wǎng)：拱部及邊墻Φ6鋼筋網(wǎng)，間排距200 mm×200 mm。

6)噴混凝土：拱部及邊墻噴C20混凝土，厚度為100 mm。

2.4 溶洞處理

2.4.1 隧洞側(cè)壁溶洞

砌筑C10混凝土砌毛石擋墻，基礎(chǔ)置于較平整巖石上，當(dāng)溶洞不高于隧洞頂，擋墻頂部砌滿溶洞，若溶洞高于隧洞頂，擋墻砌筑到隧洞頂部高程。砌筑擋墻頂寬1.5 m，隧洞內(nèi)側(cè)垂直，外側(cè)坡比1∶0.2。

2.4.2 隧洞頂部溶洞

頂拱溶洞或垮塌出現(xiàn)的空腔，且側(cè)壁方向空腔≤1.0倍隧洞寬，采用格柵鋼架支撐，每榀間距0.5 m；鋼架外側(cè)澆筑C20混凝土，側(cè)壁澆筑滿溶腔，隧洞上部澆筑距頂拱高度1.5 m(溶腔高度<1.5 m，則全部澆筑)，預(yù)留排水孔，排水孔大小間距和隧洞永久排水孔相同，混凝土頂部吹砂厚0.5～1 m。

3 施工安全監(jiān)測(cè)

3.1 一般規(guī)定

1)隧洞初期支護(hù)施工監(jiān)測(cè)是以保證工程施工安全、支護(hù)經(jīng)濟(jì)、合理為目的。

2)施工監(jiān)測(cè)應(yīng)簡(jiǎn)單、快捷、儀器安裝及監(jiān)測(cè)對(duì)施工干擾小、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)靈敏，信息反饋迅速。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)以收斂監(jiān)測(cè)、頂拱沉降監(jiān)測(cè)為主，位移及應(yīng)力量測(cè)為輔。

3)儀器埋設(shè)部位應(yīng)做簡(jiǎn)單地質(zhì)素描，記錄儀器埋設(shè)位置和軟弱結(jié)構(gòu)面的關(guān)系。

3.2 施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法

1)隧洞工程施工期的安全監(jiān)測(cè)，其內(nèi)容應(yīng)包含：隧洞頂部地表下沉情況、收斂變形、頂拱位移、錨桿內(nèi)力、鋼支撐內(nèi)力等。

2)監(jiān)測(cè)方法主要有：①埋設(shè)儀器：收斂監(jiān)測(cè)及頂拱沉降監(jiān)測(cè)，應(yīng)使用收斂計(jì)或激光斷面儀；位移監(jiān)測(cè)應(yīng)使用多點(diǎn)位移計(jì)、單點(diǎn)位移計(jì)或鉆孔測(cè)斜儀；應(yīng)力監(jiān)測(cè)應(yīng)使用錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋應(yīng)力計(jì)。②測(cè)量：對(duì)Ⅳ、Ⅴ類圍巖及特殊洞段應(yīng)選取斷面進(jìn)行定期測(cè)量，做好記錄，分析變形情況，出現(xiàn)較大變形，應(yīng)立即采取處理措施。③巡視：應(yīng)定期或不定期對(duì)隧洞初期支護(hù)進(jìn)行安全檢查，查看變形及施工對(duì)支護(hù)的影響情況，特別是Ⅳ、Ⅴ及特殊洞段的支護(hù)情況，初期支護(hù)出現(xiàn)損毀應(yīng)立即進(jìn)行修復(fù)，發(fā)現(xiàn)異常情況，影響安全，應(yīng)立即撤離人員，采取處理措施。④周邊環(huán)境觀測(cè)：應(yīng)定期或不定期對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，查看開(kāi)挖隧洞周邊水文地質(zhì)情況有何變化，隧洞內(nèi)溶洞與地表的關(guān)聯(lián)情況等。同時(shí)記錄分析對(duì)隧洞臨時(shí)及永久安全的影響。

4 結(jié) 論

黔中干渠線路長(zhǎng)，隧洞數(shù)量多，穿越多個(gè)地層，地形地質(zhì)情況復(fù)雜?？偨Y(jié)各隧洞工程地質(zhì)及設(shè)計(jì)斷面特點(diǎn)，提出初期標(biāo)準(zhǔn)化支護(hù)方案，有利于規(guī)范施工，提高施工效率，便于工程管理和投資控制。隧洞初期支護(hù)的目的主要在于保證施工安全，因此應(yīng)特別重視隧洞施工開(kāi)挖，隧洞開(kāi)挖應(yīng)遵循“短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤監(jiān)測(cè)、穩(wěn)步前進(jìn)”的原則。應(yīng)將開(kāi)挖、支護(hù)、監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，弱爆破有利于保持圍巖完整性和穩(wěn)定性，減少支護(hù)工程量，加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)能為隧洞施工提供可靠的信息和依據(jù)，并能及時(shí)監(jiān)視和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，確保施工期間安全，同時(shí)檢驗(yàn)施工及支護(hù)效果，以便于調(diào)整施工方法和支護(hù)形式。

[1]張永剛.萬(wàn)家寨引黃工程南5號(hào)隧洞出口土洞段施工方法[J].山西水利科技,1997(02):58-61.

[2]謝江松.雙溪水電站導(dǎo)流隧洞支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化簡(jiǎn)介[J].人民珠江,1998(01):49-50.

1007-7596(2014)12-0114-03

2014-08-16

楊元紅(1986-)，男，貴州黔西人，助理工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究；吳鴻(1986-)，男，侗族，貴州玉屏人，助理工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究；王青(1987-)，男，江西南昌人，助理工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。

TV554

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