地下水封洞庫操作巷道初期支護安全探究

韓學杰

摘要：在洞庫項目建設中，地下水封洞庫操作巷道作為一種創(chuàng)新模式應用，對洞庫操作豎井開挖以及運營期進行安全維護具有重要作用，因此在操作巷道開挖過程中安全支護相較于洞庫其他位置具有更高的要求。本文以國內(nèi)某大型地下水封洞庫擴建項目中操作巷道開挖支護為工程依托，通過分析操作巷道中不同圍巖類型的支護方式，并利用支護完成后洞室圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗支護效果，結(jié)果表明，支護方式可有效確保操作巷道圍巖穩(wěn)定性，并為巷道開挖安全支護提供參考。

關(guān)鍵詞：洞庫；操作巷道；開挖支護

地下水封洞庫是以天然巖體為主要結(jié)構(gòu)體，利用地下水的天然埋藏條件以及人工水封系統(tǒng)，將石油及其產(chǎn)品封存于內(nèi)的地下的超大洞庫群。地下水封洞庫主要由操作豎井、施工巷道、水幕系統(tǒng)和主洞室等組成，其中操作豎井內(nèi)部安裝管道、鋼結(jié)構(gòu)、設備及電儀等設施，洞庫運營過程中可以更換和維修，是主洞室與地面裝置聯(lián)系的唯一通道，因此確保操作豎井的安全運營對洞庫具有重要的作用。將操作豎井等設施布置在操作巷道中是某擴建洞庫建設中一大創(chuàng)新點，該巷道將全豎直操作豎井模式變?yōu)椤八讲僮飨锏?操作豎井”模式，減少原有操作豎井豎直段開挖，降低施工難度的同時，可以更好的與已建洞庫對接，充分利用運營洞庫已有設施，從而大大降低運營成本。同時，水平布置的大斷面操作巷道更有利于檢測和維修洞庫以及維修設備。

因此，操作巷道作為整個洞庫開挖以及運營過程中的重要組成部分，在開挖過程中進行安全支護顯得尤為重要。目前，國內(nèi)關(guān)于地下水封洞庫圍巖穩(wěn)定性研究主要集中在主洞室、施工巷道、水幕系統(tǒng)和巷道洞室交錯處圍巖穩(wěn)定性方面，對于操作巷道安全支護方式的研究很少。本文依托某大型地下水封洞庫擴建項目與已建項目間操作巷道的開挖，分析與總結(jié)操作巷道圍巖等級、支護類型和支護方法，并利用支護完成后洞室圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗支護效果，旨在為類似工程施工及相關(guān)規(guī)范的制定或修訂提供參考。

一、工程概況

某大型地下水封油庫擴建洞庫，操作巷道斷面形狀為馬蹄形，面積約93m2，屬大斷面洞室，高度為11m，寬度為11m。操作巷道是一條水平巷道，總長度約為450m，巷道內(nèi)設有與聯(lián)絡洞室、管道自然補償洞室及水幕監(jiān)測洞室交叉口。

操作巷道整體位于晚侏羅系（J3）二長花崗巖體內(nèi)，圍巖情況較為復雜。其中，III級圍巖洞段約占巷道總長度的67%，V級、Ⅳ級和II圍巖洞段各約占11%。V級圍巖段主要為殘坡積黏性土、碎石土及強風化二長花崗巖，圍巖穩(wěn)定性較差。Ⅳ級圍巖段巖體主要為中風化、微風化二長花崗巖，巖體裂隙發(fā)育。III級圍巖為微風化二長花崗巖，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差。Ⅱ級圍巖為微風化二長花崗巖，巖體較破碎，裂隙較發(fā)育，操作巷道受破碎帶節(jié)理裂隙集中發(fā)育，局部巖體發(fā)生蝕變作用導致強度降低，圍巖穩(wěn)定性較差。

研究區(qū)地下水類型為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水?；鶐r裂隙水主要賦存于侏羅系花崗巖巖體中，巖體裂隙連通性較差，水力聯(lián)系受結(jié)構(gòu)面影響較大，富水性存在明顯差異。松散巖類孔隙水主要賦存于第四系松散覆蓋層，操作巷道開挖過程中，II、III級圍巖存在少量滴水或滲水點，IV、V級圍巖存在較大面積線狀流水區(qū)。

二、操作巷道支護方式

洞室開挖后，為確保洞庫不同圍巖類型的穩(wěn)定性，要采用不同的支護方式。目前，主要支護方式有錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及其他組合。結(jié)合現(xiàn)場操作巷道開挖實際工況，可以總結(jié)與歸納所用圍巖支護方式，如表1所示。

（一）Ⅱ級圍巖支護

Ⅱ級圍巖整體狀況較好，巖體風化程度低，裂隙較少，局部有蝕變帶，采用CH2型支護。

1.初期支護設置C25（HRB400）砂漿錨桿，長度為3.0m，根據(jù)現(xiàn)場實際情況隨機布置。洞壁及拱部設φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距250mm×250mm。

2.二次襯砌洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為100mm，抗?jié)B等級不小于P6。

（二）III級圍巖支護

III級圍巖在巷道總長中占比較大，整體狀況略差于Ⅱ級圍巖，主要為微風化花崗巖，裂隙較發(fā)育，采用CH3型支護。

1.初期支護設置C25（HRB400）砂漿錨桿，長度為3.5m，環(huán)向間距×縱向間距為1500mm×1200mm，梅花形布置。洞壁及拱部設φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。

2.二次襯砌洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為150mm，抗?jié)B等級不小于P6。

（三）Ⅳ級圍巖支護

Ⅳ級圍巖整體狀況較差，主要為中風化花崗巖，其中裂隙發(fā)育，多組裂隙與洞壁交切，易形成不穩(wěn)定塊體，采用CH4型支護。

1.超前支護

超前支護采用C25（HRB400）超前錨桿，粘結(jié)材料采用M30早強砂漿。施工時，超前錨桿與襯砌中線平行以10～15°仰角打入拱部圍巖，錨桿環(huán)向間距400mm。

2.初期支護

初期支護設置C25（HRB400）砂漿錨桿，長度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1200mm×800mm，梅花形布置。洞壁及拱部設φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由20b工字鋼（Q235）組成，間距0.8m，縱向采用鋼筋連接。縱向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接，鋼支撐每環(huán)設置8根C25（HRB400）鎖腳錨管，長度為3.5m。

3.二次襯砌

洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為280mm，抗?jié)B等級不小于P6。

（四）V級圍巖支護方法

V級圍巖整體狀況較差，主要為殘坡積土、碎石土和強風化花崗巖，巖體極為破碎，因此要增大支護力度，采用CH5型支護。

1.超前支護

超前支護洞口為超前大管棚+超前小導管，洞身為超前小導管。管棚長度40m，環(huán)向中心間距400mm，所用鋼管為φ108mm熱軋無縫鋼管。長管棚注漿采用水灰比為1：1的水泥漿液進行分段注漿，固結(jié)管棚周圍0.5m范圍內(nèi)的土體。超前小導管為外徑φ42mm的熱軋無縫鋼管，外插角10°～15°，環(huán)向間距為400mm。預注漿水灰比1：1，水泥標號42.5，控制漿液擴散半徑不小于0.3m。

2.初期支護

初期支護設置R25中空注漿錨桿，長度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1000mm×500mm，梅花形布置。洞壁及拱部設φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由20b工字鋼（Q235）組成，間距0.5m，縱向采用鋼筋連接。縱向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接。鋼支撐每環(huán)設置8根φ42mm鎖腳錨管，長度為3.5 m。完成鋼支撐支護后，噴射C25混凝土，噴射厚度260mm。

3.二次襯砌

洞壁、拱部及仰拱均采用C35鋼筋混凝土，厚度為500mm，抗?jié)B等級不小于P8。

（五）交叉口加強段支護

巷道與洞室交錯處的穩(wěn)定性是整個巷道圍巖穩(wěn)定性的薄弱環(huán)節(jié)，而操作巷道內(nèi)設有與聯(lián)絡洞室、管道自然補償洞室和水幕監(jiān)測洞室交叉口，雖然這些交叉口均位于II、III級圍巖中，但仍需要加強支護，加強支護采用CHJQ型支護。

1.初期支護

初期支護設置C25（HRB400）砂漿錨桿，長度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1500mm×1500mm，梅花形布置。洞壁及拱部設φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由18號工字鋼（Q235）組成，間距1.0m，縱向采用鋼筋連接?？v向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接。鋼支撐每環(huán)設置8根C25（HRB400）鎖腳錨管，長度為3.5m。

2.二次襯砌

洞壁、拱部均采用C30鋼筋混凝土，厚度為260mm，抗?jié)B等級不小于P6。

三、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在地下洞室圍巖變形監(jiān)測的方法中，收斂監(jiān)測及拱頂沉降監(jiān)測技術(shù)具有精度高、效率高、可操作性強的優(yōu)點，是目前較為成熟的監(jiān)測方式。對于地下洞室圍巖而言，當拱部下沉速度小于0.15mm/d，水平收斂速度（拱腳附近）小于0.2mm/d時，即可認為圍巖基本達到穩(wěn)定。為檢驗操作巷道支護效果，通過在洞室中安裝位移計與收斂計進行圍巖變形數(shù)據(jù)的監(jiān)測。這里選用操作巷道圍巖情況較差的V級圍巖區(qū)進行沉降—收斂監(jiān)測分析。分別取里程K0+103、K0+113和K0+120三個監(jiān)測點為例，通過在操作巷道拱頂設置沉降變形觀測點，并在同一斷面內(nèi)設置收斂監(jiān)測點，以便分析和解釋資料。三個點的沉降—收斂觀測數(shù)據(jù)如表2所示。

對拱部下沉速度和水平收斂速度（拱腳附近）進行計算，結(jié)果如表3所示，可知三處監(jiān)測點處拱部下沉速度和水平收斂速度遠遠小于規(guī)范要求的0.15mm/d和0.2mm/d，即圍巖均已達到穩(wěn)定狀態(tài)。

四、結(jié)語

操作巷道作為地下水封洞庫的重要組成部分，是洞庫與地面裝置聯(lián)系的通道，操作巷道開挖過程中安全支護相較于洞庫其他位置具有更高的要求。本文通過總結(jié)國內(nèi)某地下水封洞庫操作巷道開挖支護方式，針對不同的圍巖類型，采取有針對性的支護措施，并通過支護完成后洞室圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù)檢驗支護效果，研究認為，對操作巷道不同圍巖段采取有針對性的支護方式可有效控制洞室圍巖變形，確保操作巷道的安全支護。

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