小浪底引黃工程隧洞收斂變形處理措施簡述

崔曉云

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

小浪底引黃工程隧洞收斂變形處理措施簡述

崔曉云

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

塑性圍巖洞段收斂變形呈周期性變化，對施工有較大安全隱患，通過收斂變形觀測，分析變形數(shù)據(jù)，選擇科學(xué)合理的處理方案，是保證隧洞施工安全的必要條件。介紹了小浪底引黃工程概況，對施工中出現(xiàn)的收斂變形問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

軟巖；山巖壓力；收斂變形；隧洞

1 概述

小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，北依呂梁山與臨汾市接壤，東峙中條山與晉城市毗鄰，西、南與陜西省渭南市、河南省三門峽市隔黃河相望。引水干線起始于垣曲縣境內(nèi)板澗河河口右岸的小浪底水庫庫區(qū)，終于聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫，線路總體走向?yàn)闁|南—西北向，總長度59.6km。工程主要任務(wù)是解決運(yùn)城市鹽湖區(qū)、聞喜縣、絳縣、夏縣、垣曲縣5縣（區(qū)）農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)及城鎮(zhèn)生活、生態(tài)用水問題。年引水量2.47億m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉1.16億m3，工業(yè)和城鎮(zhèn)生活供水1.16億m3，生態(tài)用水0.15億m3，設(shè)計流量20m3/s，灌溉面積4.24萬hm2。

施工Ⅴ標(biāo)主要工程內(nèi)容：2號隧洞20+250—34+ 090，主洞長13.84km；設(shè)計有6號，7號，8號，9號施工支洞4條，長約3km。

7號支洞控制主洞范圍23+295—26+860，長約3565m，其中上游長約1585m，下游長約1980m。7號施工支洞地處毛家灣鎮(zhèn)的劉家溝，位于主洞樁號24+ 880處，與主洞交角46°50′55″，支洞進(jìn)口底高程617.3m，與主洞相交處洞底高程489m，支洞0+000—0+500段縱坡為14.5%，0+500—0+810.76段縱坡為16.26%，0+ 810.76—0+825.58段為平洞段，支洞總長834.92m。

主洞斷面為城門洞形，Ⅴ類圍巖設(shè)計開挖斷面尺寸4.84m×5.81m（寬×高），設(shè)計縱坡1/3000，跨度小于10m，高跨比1.2。樁號24+932—25+015洞段圍巖為元古界震旦系下統(tǒng)許山組（Z1x）凝灰質(zhì)黏土巖夾紫紅色泥巖，為沉積火山巖建造，為軟質(zhì)巖，具膨脹性、收斂塑性變形，濕水塑性變形嚴(yán)重。通過收斂變形觀測，分析變形數(shù)據(jù)，選擇科學(xué)合理的變形處理方案，保證隧洞施工安全，快速通過變形洞段。

2014年5月15日施工至樁號24+948時，樁號24+ 932—24+938洞段隧洞徑向變形BC累計變形值最大499mm，遠(yuǎn)超變形允許值80mm；5月20日對變形段24+912—24+947擴(kuò)挖換側(cè)拱、加底梁全斷面鋼支護(hù)措施，目前該洞段處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

2 施工存在問題

原設(shè)計開挖、鋼拱架支護(hù)洞段樁號24+980—25+ 015從9—11月收斂變形尤為嚴(yán)重。樁號24+980—25+ 015洞段、變形未處理洞段各布置5個觀測斷面，開挖支護(hù)1d內(nèi)每4h測1次；3d內(nèi)每8h測1次；7d內(nèi)每天測2次；15d內(nèi)每天測1次；超過15d每周測1次、雨季根據(jù)實(shí)際情況加大觀測次數(shù)。本次收斂變形采用鋼尺式收斂計，各量測點(diǎn)均設(shè)在距開挖掌子面0.8m處，在工作面開挖后12h內(nèi)和下次開挖前測取初讀數(shù)。

根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》《水利水電工程噴錨技術(shù)規(guī)范》和隧洞收斂變形監(jiān)測有關(guān)技術(shù)要求：24+980—25+015洞段圍巖類別為Ⅴ類，埋深150～300m，為軟質(zhì)巖，其最大允許變形值80mm，沉降觀測點(diǎn)A變形速率允許值不大于0.1mm/d、收斂變形速率允許值不大于0.2mm/d。

11月，斷面25+001沉降觀測點(diǎn)A沉降累計值67mm，下沉速率0.14～42mm/d；徑向變形BC累計變形值499mm，變形速率1.56～37.1mm/d，沉降觀測點(diǎn)A、徑向變形BC遠(yuǎn)大于規(guī)范允許值。

3 收斂變形原因

洞室開挖形成的臨空面在山巖壓力作用下，軟性巖塑性變形嚴(yán)重，徑向變形尤為嚴(yán)重；本洞段為元古界震旦系下統(tǒng)許山組（Z1x）凝灰質(zhì)黏土巖夾紫紅色泥巖，為沉積火山巖建造，軟質(zhì)巖，凝灰質(zhì)含有輝石質(zhì)物質(zhì)，具有綠泥石化和高嶺石化現(xiàn)象，形成黏土礦物質(zhì)，微具膨脹性，受斷層和超覆沉積角度不整合構(gòu)造控制，凝灰質(zhì)黏土巖呈碎裂結(jié)構(gòu)，完整性、穩(wěn)定性差，洞室易變形；凝灰質(zhì)黏土巖受地下水作用，呈軟塑狀，濕水崩解迅速呈糊狀，圍巖膨脹增大，抗壓強(qiáng)度低，穩(wěn)定性極差，加速變形。

4 排險處理方案

前期擴(kuò)挖換拱處理洞段已穩(wěn)定，采用換拱加強(qiáng)一次支護(hù)方案對于收斂變形洞段處理，樁號24+980—25+015洞段變形情況（隧洞左右側(cè)距混凝土底板面高1～2m處出現(xiàn)縱向貫通裂縫，縫寬5～10mm；頂部砼開裂掉塊，裂縫長約10m；左右側(cè)拱腿焊縫斷裂；部分監(jiān)測斷面底梁凸起約26cm），該洞段前期鋼拱架加底拱支護(hù)體系已失效，為保證施工期安全，擬對該洞段采用換拱處理方案（先換變形破壞嚴(yán)重洞段）。

第一，隧洞頂部鋼拱架出現(xiàn)扭曲變形、混凝土掉塊嚴(yán)重、側(cè)拱及仰拱嚴(yán)重變形，首先在本洞段鋼拱架之間增加9榀鋼拱架做臨時加固支撐，鋼拱架之間用直徑20mm的鋼筋縱向連接，間距1m，保證換拱施工期間安全。待其他部位更換加固完后，在該洞段每兩榀間增加一榀鋼拱架換拱加固。

第二，對樁號24+980—25+015變形嚴(yán)重洞段側(cè)拱及仰拱進(jìn)行更換，首先對原洞室支護(hù)及底板進(jìn)行拆除，然后進(jìn)行擴(kuò)挖換拱作業(yè)，換拱后不得侵占原設(shè)計二襯斷面。安裝鋼拱架側(cè)拱時，使頂部與原頂拱連接，鋼拱架之間用I16或I20a工字鋼進(jìn)行縱向連接，側(cè)拱和仰拱采用I20a制作，起拱5～8cm，安裝時將起拱朝向巖面。

第三，側(cè)拱換拱后及時進(jìn)行混凝土噴錨支護(hù)，與鋼拱架外側(cè)噴平。

第四，換拱、噴護(hù)每完成4m，立即進(jìn)行C20混凝土底板澆筑，底板混凝土厚40cm，布置直徑20mm，間距200mm×200mm的鋼筋，混凝土保護(hù)層厚度5cm。

根據(jù)施工情況，若圍巖較松散，側(cè)拱安裝雙拱，加強(qiáng)支護(hù)；若圍巖較硬，開挖困難變形較小，則安裝單拱；仰拱部位全部安裝單拱。

5 結(jié)語

隧洞開挖后產(chǎn)生的收斂變形主要來自開挖（空間效應(yīng)）和巖體流變（時間效應(yīng)），目前樁號24+980—25+ 015洞段收斂變形已經(jīng)穩(wěn)定，2016年2月?lián)Q拱后位移速度趨近于零，支護(hù)結(jié)構(gòu)的外力和內(nèi)力的變化速度也趨近于零?！皳Q拱施工”是針對軟巖收斂變形隧洞開挖行之有效的方法，為保證施工安全，換拱施工期間必須對原拱架進(jìn)行必要的臨時支撐加固，并派專人進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)。同時安裝一榀固定一榀噴護(hù)一榀，加強(qiáng)變形觀測。

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1004-7042（2016）05-0041-02

崔曉云（1973-），女，2011年畢業(yè)于中南大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師。

2016-03-20；

2016-04-23