某核電廠排水隧洞進口洞臉和邊坡處理

陸宗磐 時長波

某核電廠排水隧洞采用一機一洞形式，共6條，單機排水流量為62.70 m3/s，采用有壓洞，襯砌后內(nèi)徑5.6 m。排水隧洞的洞線布置，根據(jù)工藝布置要求和溫排水試驗的結(jié)論確定，隧洞進口前設(shè)有進水前池，隧洞進口位置不容調(diào)整和修改。由于前池和隧洞進口段處于深厚坡殘積層中，同時，不具備布置施工支洞的條件，排水隧洞進口是施工期隧洞開挖出渣和混凝土澆筑的主要通道，進口洞臉和邊坡處理成為工程的難點和重點。經(jīng)分析論證和比選計算，最終采取鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索強支護方案進行處理，取得良好的效果，按期安全完成預(yù)定的功能要求。

1 地形地質(zhì)條件

工程區(qū)為侵蝕構(gòu)造丘陵地貌，隧洞進口山坡相對較緩，坡度為20°～40°，稍呈下緩上陡狀，植被發(fā)育，山坡發(fā)育2條沖溝，切割深度均不大；進水前池地段屬堆積地貌，北部為河流沖積形成的一級階地。

排水隧洞區(qū)地層巖性較簡單，基巖為燕山期侵入巖，主要為斑狀花崗巖和花崗斑巖，巖性堅硬，巖體較完整，但抗風(fēng)化能力相對較差，地表多呈全、強風(fēng)化狀。

前池和隧洞進口部位地層結(jié)構(gòu)主要為：人工填土層（Qr）、海積層（Qem）、坡積層（Qdl）、殘積層（Qel）及下伏的全、強風(fēng)化的斑狀花崗巖。殘積層均系斑狀花崗巖和花崗斑巖風(fēng)化形成的產(chǎn)物。其中斑狀花崗巖風(fēng)化形成的殘積土主要以棕紅色-棕黃色的礫質(zhì)黏性土為主，局部夾有斑狀花崗巖孤石；花崗斑巖風(fēng)化形成的殘積土主要以棕黃色-灰黃色的砂質(zhì)黏性土為主，土質(zhì)不均，厚度1～22 m。

坡積層廣泛分布于山坡和坡腳處，組成物質(zhì)主要以粉質(zhì)黏土及碎塊石為主，性狀變化較大，坡積碎塊石大小混雜、無序分布，局部大塊石在山坡上構(gòu)成危巖體。厚度4～24 m。

地下水主要賦存在海積層及殘積層中，埋深一般在3～5 m，最大8.0 m。

工程區(qū)在一個相對完整的斷塊上，屬于基本穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》及前期地震地質(zhì)工作，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，地震基本烈度為Ⅶ度。前池和隧洞進口段地基承載力建設(shè)值見表1，前池和隧洞進口段主要地質(zhì)參數(shù)建議值見表2。

表1 前池和隧洞進口段地基承載力建議值表

表2 前池和隧洞進口段主要地質(zhì)參數(shù)建議值表

2 隧洞進口段結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)工藝布置要求，在排水隧洞進口前設(shè)置進水前池，前池前端與涵管相連，后接排水隧洞。進水前池為并列布置矩形結(jié)構(gòu)，扶壁式鋼筋混凝土邊墻，前池底板外輪廓尺寸為70 m×46 m（長×寬），上部外輪廓尺寸為42 m×17 m（長×寬），總高20 m，漸變段長15.0 m，斷面由矩形5.6 m×13.2 m（高×寬）過渡到方形5.6 m×5.6 m，然后再漸變至圓形Φ5.6 m隧洞，2個排水隧洞中心間距25.6 m。整個基坑平面上呈八字形，基坑底面積約2 200 m2，基坑深15～25 m。

3 洞臉和邊坡處理措施

初設(shè)階段前池和隧洞進口采用大開挖方案施工。為保證進口邊坡的穩(wěn)定，對進口邊坡進行削坡處理，其坡比為1∶1.25～1∶1.5，每10 m高設(shè)置1級馬道，馬道寬2 m。坡面采用鋼筋混凝土框格梁和草皮護坡，坡面線以上設(shè)截水溝，在坡面馬道設(shè)排水溝。

進口土洞段采用工字鋼拱架掛網(wǎng)支護，間距0.5 m；腰部設(shè)外八字Φ 25 mm錨桿，長3 m，噴混凝土20 cm；布置Φ 25 mm超前錨桿，長度為3 m，間距0.5 m，排距0.5～1.0 m。

實施開挖過程中，由于降雨邊坡多次出現(xiàn)滑塌，導(dǎo)致開挖量大幅增加和工期延誤，經(jīng)現(xiàn)場參建各方研究，業(yè)主同意設(shè)計提出的鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索方案，替代大開挖方案。

3.1 支護方案

采用直徑80 cm鋼筋混凝土灌注樁，樁底伸入基坑下6.0 m，樁長19.6 m，中心間距1.5 m，相鄰2根灌注樁之間凈距0.7 m，布置錨索和排水孔；樁頂及樁身分層設(shè)鋼筋混凝土冠梁，冠梁中心間距1.5 m，冠梁斷面尺寸0.6 m×0.8 m；預(yù)應(yīng)力錨索長35 m，間排距@3.0 m×3.0 m；為防止開挖期間土體從相鄰灌注樁之間擠出，外墻面采用掛網(wǎng)噴混凝土，鋼筋網(wǎng)@200 mm×200 mm，噴混凝土150 mm，Φ 25中空注漿錨桿，長度為3 m，間距0.5 m。支護方案布置如圖1、2所示。圖3為預(yù)應(yīng)力錨索布置圖。

圖1 支護方案平面布置示意圖

圖2 支護方案剖面示意圖

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索布置圖

3.2 設(shè)計計算

采用理正深基坑支護設(shè)計軟件進行分析計算，計算工況按樁后不同水位和樁后土體的不同C、φ值，分別對錨索噸位、邊坡整體抗滑穩(wěn)定及抗傾覆進行計算，分層開挖，分層驗算穩(wěn)定安全系數(shù)。對灌注樁結(jié)構(gòu)配筋進行了計算。

計算結(jié)果如下：

錨索內(nèi)力計算最大值461 kN，錨索設(shè)計噸位為500 kN，錨索自由段長度和錨固段的計算值分別為10.5 m和21.9 m，確定錨索總長度為35 m，其中錨固段長度為23 m。

邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.52，抗傾覆安全系數(shù)1.78。

計算結(jié)果表明：樁后水位的變化對結(jié)構(gòu)受力影響較大，隨著樁后水位的降低，樁受力及錨索內(nèi)力呈降低趨勢；其次是地質(zhì)參數(shù)C、φ值。為此，在洞臉及邊坡均布置了排水孔。

3.3 永久邊坡支護和排水

8.5 m高程以上為永久邊坡，坡比1∶1.5，采取鋼筋混凝土框格梁+錨桿支護。框格梁間距@2.5 m×2.5 m，梁斷面尺寸寬×高為0.5 m×0.4 m，錨桿長5.0 m，間距@3.5 m×3.5 m；平臺設(shè)1道橫向排水溝，縱向排水溝間距7.0 m，排水溝尺寸寬×高為0.3 m×0.3 m；框格梁中間植草。邊坡支護和排水布置圖如圖4、5所示。

4 施工監(jiān)測和技術(shù)要求

4.1 基坑支護監(jiān)測報警值

圖4 邊坡支護和排水平面布置圖

圖5 邊坡支護和排水剖面圖

由于本工程基坑周邊沒有建筑物，也沒有重要管線和其它設(shè)施，因此，位移控制要求，主要是不得導(dǎo)致基坑失穩(wěn)和保證施工人員的安全，基坑設(shè)計監(jiān)測報警值參考GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》取值。冠梁水平位移報警值隨開挖分層確定，頂部水平位移累計值按相對基坑深度的0.8%～1.0%確定，頂部水平位移變化速率控制在15 mm/d。

4.2 施工期變形監(jiān)測

為保證施工期基坑支護結(jié)構(gòu)的安全，在基坑支護的灌注樁頂?shù)墓诹荷希ǜ叱?.5 m）設(shè)有9個觀測點。其中1～2點位于基坑右側(cè)，3～4點位于洞臉，5～9點位于基坑左側(cè)。安全監(jiān)測采取現(xiàn)場儀器監(jiān)測和人員巡視檢查相結(jié)合的辦法。主要觀測點的累計變形值見表3。

表3 主要觀測點的累計變形值 mm

為防止樁頂位移進一步增大，對基坑兩側(cè)采取了應(yīng)急處理措施：左側(cè)3.5 m高程處冠梁用鋼絲繩與7.0 m標高處的腰梁進行連接；右側(cè)3.5～1.7 m高程處冠梁用鋼絲繩與4.0 m標高處的腰梁進行連接。

4.3 施工技術(shù)要求

（1）分層開挖，隨挖隨錨，要求每層下挖深度為1.5 m，嚴禁超挖，待上一層錨索內(nèi)錨固水泥砂漿達到設(shè)計強度并張拉鎖定后，方可進行下一層開挖。

（2）合理安排基坑開挖施工順序和及時支護，縮短已開挖部位無支護時間，減少無支護暴露的面積。

（3）加強排水，觀測資料表明，降雨對支護結(jié)構(gòu)變形影響較大。加密深層排水孔，及時修復(fù)坡上排洪溝，內(nèi)側(cè)設(shè)置截水溝。

（4）壓力注漿加固土體，基坑左側(cè)靠山坡坡腳，土體比較松散，為確?；邮┕ぐ踩?，對左側(cè)土體進行壓力注漿加固處理。具體做法：采用直徑108 mm的鋼管，間排距1.5 m，鋼管自孔口2.0 m以下設(shè)置梅花形注漿孔，孔徑10 mm，每排2孔，排距為0.3 m。漿液配比為1∶0.8～1∶1，注漿后用水泥砂漿封堵。

5 結(jié) 語

（1）對處于深厚坡殘積層中的隧洞進口，設(shè)計采用鋼筋混凝土灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固方案，是切實可行的。不僅滿足前池和排水隧洞的功能要求，而且為隧洞開挖出渣和混凝土澆筑提供了施工運輸通道。

（2）為保證施工期基坑支護結(jié)構(gòu)的安全，需合理安排基坑開挖施工順序和及時支護，分層開挖，隨挖隨錨，取得良好的效果。

（3）監(jiān)測資料和分析計算均表明，地下水位的高低對基坑穩(wěn)定影響較大，加強排水極其重要。

（4）在開挖與支護施工過程中進行動態(tài)的設(shè)計計算，分層復(fù)核開挖支護設(shè)計參數(shù)，頂部水平位移累計值按相對基坑深度的1.0%確定，頂部水平位移變化速率控制在15 mm/d是合適的。