淺埋壓力輸水隧洞超前支護(hù)的研究

馬亮

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110013）

長(zhǎng)大型壓力輸水隧洞采用淺埋布置優(yōu)缺點(diǎn)并存。優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)距離輸水隧洞往往布置支洞增加工作面以縮短工期，淺埋布置可以縮短支洞長(zhǎng)度，縮小支洞進(jìn)口與主支洞交叉點(diǎn)落差，降低支洞施工時(shí)間和施工難度；隧洞承受內(nèi)水壓力低；淺埋布置由于洞室高程較高，可以通過(guò)自流方式向支線供水，減少水頭損失，免去支線配水站設(shè)置的泵房等提水設(shè)備等等。缺點(diǎn)：淺埋洞室穿越的地質(zhì)條件較差，施工難度較大。

1 工程概況

大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程撫順段經(jīng)過(guò)工期、經(jīng)濟(jì)等各方面比較選擇淺洞布置，線路經(jīng)撫順南郊全長(zhǎng)29.1 km，形式以壓力隧洞為主，長(zhǎng)25.4 km，由10條主洞組成，斷面為圓形，成洞直徑6 m，主洞間由相同內(nèi)徑的壓力鋼管道連接。線路所處區(qū)域內(nèi)地貌以低山丘陵區(qū)與河谷區(qū)組成，地形起伏較大，多呈不對(duì)稱“U”字型。洞線穿越的地層巖性主要為太古代花崗質(zhì)片麻巖為主，雖然整體以II，III類圍巖為主，但I(xiàn)V，V類圍巖占比相對(duì)較大，尤其在隧洞進(jìn)出口段，多為頁(yè)巖、泥巖、凝灰?guī)r、輝綠巖等軟巖，巖體破碎，風(fēng)化嚴(yán)重。同時(shí)穿過(guò)洞線斷層有9條，斷層大多沿河谷發(fā)育，以較大角度與洞線斜交，部分地段洞室上部地表覆蓋厚度只有9 m，地下水埋藏較淺。不良的地質(zhì)條件對(duì)隧洞支護(hù)及襯砌的設(shè)計(jì)及施工提出了較高的要求。

2 施工過(guò)程

2.1 基礎(chǔ)支護(hù)

工程隧洞采用新奧法進(jìn)行施工，使用工程類比法，依據(jù)SL279-2002《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50086-2001《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定確定支護(hù)參數(shù)。II，III類圍巖采用噴混凝土與局部錨桿、鋼筋網(wǎng)片結(jié)合的支護(hù)方式，IV，V類圍巖采用噴混凝土、鋼筋網(wǎng)片與系統(tǒng)錨桿結(jié)合鋼支撐的支護(hù)方式，并鋼支撐的間距視巖石的破碎情況適當(dāng)加密。

2.2 超前支護(hù)

1）地質(zhì)預(yù)報(bào)體系和超前地質(zhì)勘探

從大量的隧道工程施工實(shí)踐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)看到，由于地質(zhì)勘察精度、經(jīng)費(fèi)等諸多條件的限制，根據(jù)地面鉆孔方法得出的地質(zhì)勘察資料與實(shí)際不符的情況屢有發(fā)生，由此而來(lái)的隧道洞內(nèi)塌方、涌水、巖爆等災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，對(duì)隧道施工安全造成極大的危害。因此，在隧道施工期間，采用各種技術(shù)和方法對(duì)隧道掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，是避免、減少災(zāi)害造成損失的重要環(huán)節(jié)。工程各施工單位均被要求配置多名專業(yè)地質(zhì)人員，在每循環(huán)進(jìn)尺前對(duì)掌子面進(jìn)行地質(zhì)描述，建設(shè)方聘任的地質(zhì)專家每開挖支護(hù)20 m后到現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)地質(zhì)描述和實(shí)際圍巖狀態(tài)確定前方20 m的圍巖類別和采用的支護(hù)方式。一旦發(fā)現(xiàn)巖石破碎、超挖嚴(yán)重、地下水發(fā)育等情況，地質(zhì)專家會(huì)視需要啟動(dòng)超前地質(zhì)勘探。工程采用超前水平鉆孔（長(zhǎng)30 m，孔徑75～108 mm）進(jìn)行施工期掌子面前方超前地質(zhì)勘探，這也是目前國(guó)內(nèi)外輸水隧洞超前地質(zhì)勘探最直接的方法。其通過(guò)鉆孔鉆進(jìn)速度和取芯強(qiáng)度指標(biāo)，判斷前方巖體完成程度指標(biāo)及地下水發(fā)育等諸多方面情況。

2）超前錨桿與超前小導(dǎo)管注漿

超前錨桿支護(hù)是利用錨桿焊接在穩(wěn)定的鋼支撐形成懸臂梁固端，末端承受開挖后，圍巖應(yīng)力釋放產(chǎn)生的重力和擠壓力這一理論，對(duì)掌子面前方拱部有可能塌落的巖石塊體進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)。工程隧洞開挖過(guò)程中，多次出現(xiàn)洞室揭露出巖石完整性較好，但在起拱線以上出現(xiàn)明顯解理發(fā)育，向前開挖有出現(xiàn)頂部塌落的情況，針對(duì)這種情況，施工中采用了鋼拱架聯(lián)合超前錨桿支護(hù)、短進(jìn)尺、支護(hù)緊跟開挖的方法，效果明顯。

超前小導(dǎo)管注漿是超前錨桿的一種拓展，具備超前錨桿用途的同時(shí)，還具有固結(jié)開挖洞室前方破碎圍巖的效果。隧洞工程開挖過(guò)程中，遇到大小斷層多次，斷層填充物復(fù)雜、破碎，同時(shí)多次穿越河谷段，砂礫層反復(fù)出現(xiàn)，再加上洞口覆蓋層巖石往往較破碎。單純地使用超前錨桿不能夠保證施工質(zhì)量，破碎的石塊通過(guò)錨桿間空隙掉落，洞室頂部出現(xiàn)空腔，回填困難并造成極大的安全隱患；使用適合級(jí)差地質(zhì)條件的長(zhǎng)大型注漿管棚則嚴(yán)重影響工期，造成投資增加。針對(duì)此情況，超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)在工程中大量應(yīng)用。環(huán)向布設(shè)的超前注漿小導(dǎo)管，可以將開挖掌子面前方的破碎巖石固結(jié)，形成一道環(huán)形殼體，保證自穩(wěn)的同時(shí)，通過(guò)小導(dǎo)管將殼體外部巖石重力及擠壓力傳導(dǎo)至已架穩(wěn)的鋼拱架上，同時(shí)對(duì)裂隙水有控制作用，考慮到巖石破碎程度，可選擇單環(huán)或雙環(huán)布設(shè)。超前注漿小導(dǎo)管的合理使用，保證了隧洞工程開挖過(guò)程中在不良地質(zhì)條件下安全、快速通過(guò)。

3）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

由以上總結(jié)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以看出，超前錨桿適用于支護(hù)裂隙明顯但完整性較好的圍巖，這種巖石較容易成孔，利用錨桿的剛度承擔(dān)前方可能產(chǎn)生的較大塊巖石塌落，工序簡(jiǎn)單易行；超前注漿小導(dǎo)管則更適用于巖石破碎帶這種鉆孔阻力小，但成孔效果差的巖石，通過(guò)改造鉆機(jī)或直接將頭部削尖的鋼管頂入巖體，以適合的壓力將水泥漿壓入鋼管，漿液通過(guò)鋼管壁上預(yù)鉆的小孔進(jìn)入巖體，水泥漿凝固后與鋼管周圍破碎巖石緊密結(jié)合，形成環(huán)狀殼體，開挖后，此殼體具有承受外部巖體自重?cái)D壓的能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

壓力隧洞淺埋布置相對(duì)于深埋布置具有種種優(yōu)勢(shì)，但工勢(shì)要面對(duì)較差地質(zhì)條件。根據(jù)精密的地質(zhì)預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確地判斷掌子面前方圍巖情況，選擇合理的超前支護(hù)方式，是保證隧洞工程開挖過(guò)程中安全和質(zhì)量的關(guān)鍵，同時(shí)也決定了工程的投資與進(jìn)度。隧洞施工作為地下工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工安全更應(yīng)得到重視，涉及到的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)、施工規(guī)范應(yīng)更加完善具體。

［1］何發(fā)亮，李蒼松.隧道施工期地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011（03）.

［2］陳軍.超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)［J］.城市建設(shè)理論研究，2013（12）.