鄂北水資源配置工程2016年11標鳳凰寨隧洞進洞支護方案設計

辛鳳茂 陳 浩 趙曉露 李佳隆

1 工程概況

鳳凰寨隧洞為鄂北水資源配置工程線路上的一條重要輸水隧洞，隧洞長10.15km，隧洞進口位于廣水市王家灣村以北，出口位于廣水市郝店鎮(zhèn)西北側，隧洞線路走向總體從西北向東南。隧洞設計引水流量7.4m3/s，設計縱坡為1∶9600，斷面采用城門洞形，過水凈寬3.5m。

隧洞進口為低山丘陵地形，地面高程123m左右，地層巖性為震旦-青白口系鈉長片巖。進口仰坡洞頂埋深約為15m，上部為第四系沖坡積堆積物，厚度5m左右，主要呈強風化，底部基巖為強-弱風化，節(jié)理裂隙發(fā)育密集，局部褶皺變形，裂隙面多附泥質、鐵質薄膜或夾泥質條帶，遇水或震動宜失穩(wěn)，成洞條件較差，圍巖類別主要以Ⅳ～Ⅴ類為主。

2 隧洞進出口開挖支護方案

2.1 邊坡錨噴支護方案

隧洞進洞區(qū)邊坡支護結構如圖1所示。根據(jù)前期地質勘查成果，隧洞進出口以強-弱風化鈉長片巖為主。參考宿祺[1]等介紹的巖質邊坡的破壞形式及影響因素，依據(jù)噴錨支護原理，鳳凰寨隧洞進出口兩側邊坡和正向邊坡均采用錨噴支護。隧洞進口兩側邊坡采用兩級開挖，底部邊坡坡比1∶0.75，采用“掛網(wǎng)+噴混凝土+系統(tǒng)錨桿+排水管”的支護方式，掛網(wǎng)噴C20混凝土厚度10cm，網(wǎng)筋Φ6.5mm，間排距15cm×15cm，系統(tǒng)錨桿直徑Φ 22mm，長度L=4m，間排距1.5m×1.5m，梅花形布置，排水管采用Φ80PVC排水花管，長度L=1m，間排距2m×2m。在開挖底面高度10m處設一級馬道，馬道寬度2m。頂部邊坡高度約6m，坡比1∶0.75，采用“掛網(wǎng)+噴混凝土+隨機錨桿+排水管”的支護方式，掛網(wǎng)噴C20混凝土厚度10cm，網(wǎng)筋Φ6.5mm，間排距15cm×15cm，對于楔形體危巖部位采用隨機錨桿直徑Φ22mm，長度L=4m，排水管采用Φ80PVC排水花管，長度L=1m，間排距2m×2m。

2.2 隧洞進洞超前支護方案

根據(jù)前期地質勘查成果，結合實際揭露的地質情況，進洞支護采用兩種超前支護預案相結合的方案，從而應對不同的地質情況。

2.2.1 方案1：超前小導管支護方案

圖1 隧洞進口邊坡支護示意圖

超前小導管支護方案主要應用在巖石較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，隧洞開挖較不穩(wěn)定洞段。如圖2所示，超前小導管支護方案主要為：在洞臉錨噴支護基礎上，對隧洞開挖輪廓線以外0.6m，設置兩排超前小導管預注漿；第一排超前小導管環(huán)向中心線半徑3.22m，范圍為頂拱120°，直徑Φ42mm，環(huán)向間距0.5m，長度4m；第二排超前小導管環(huán)向中心線半徑3.72m。

圖2 超前小導管布置示意圖（單位：mm）

2.2.2 方案2：超前管棚支護方案

超前管棚法是在軟弱圍巖中進行地下工程開挖時，為確保施工安全采取的一種超前支護方法，適用于：巖石極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧洞開挖極不穩(wěn)定區(qū)域。

超前管棚支護方案設計主要包括3方面的內容：管棚導向墻、管棚孔口管及管棚鋼管。

2.2.2.1 管棚導向墻

如圖3所示，管棚導向墻在隧洞外輪廓線以外施作，由現(xiàn)澆混凝土結構構成，供超前長管棚導向定向。導向墻采用城門洞型，寬×高=6.05m×6m，厚度0.8m，護拱內埋設6榀I12鋼拱架，型鋼拱架與管棚孔口管焊接成整體。導向墻下部為C15素混凝土墊層。

圖3 導向墻結構立面圖（單位：mm）

2.2.2.2 管棚孔口管

孔口管作為管棚的導向管，采用Φ130mm鋼管，并固定在鋼拱架外側，仰角1°～3°。

2.2.2.3 管棚鋼管

超前管棚中的鋼管主要起兩方面的作用：通過鋼管進行超前注漿，可以使洞周圍巖固結成承載結構，提高洞周圍巖承載能力，形成超前加固圈，超前加固圈的滲透系數(shù)提高后，可有效降低地下水對隧洞穩(wěn)定的不利影響；同時，超前鋼管內部填充灌漿材料硬化后會形成剛度較大的鋼骨混凝土結構，提高了隧洞對徑向荷載的抵抗能力，可有效減小隧洞變形量。設計方案中管棚鋼管采用Φ108mm鋼管，在鋼管管身上預留Φ10mm溢漿孔，孔間距20cm，每排2孔，梅花形布置，尾部4m預留止?jié){段不造孔。鋼花管大樣如圖4所示。

圖4 鋼花管大樣圖

3 隧洞進洞現(xiàn)場施工情況

鳳凰寨隧洞實際施工過程中揭露，隧洞進口仰坡巖體主要呈強風化，底部弱風化，裂隙發(fā)育，表層多張開—微張開，裂隙面多附泥質、鐵質薄膜或夾泥質條帶，遇水或震動易失穩(wěn)。仰坡發(fā)育一組近順坡向裂隙，開挖狀態(tài)下易失穩(wěn)，仰坡為橫向坡，開挖后整體基本穩(wěn)定。

根據(jù)實際揭露的地質情況及邊坡整體穩(wěn)定情況，設計會同業(yè)主、監(jiān)理、施工等方分析討論后，隧洞進口段邊坡采用錨噴支護方案，隧洞進洞采用超前小導管支護方案。

隧洞開挖進洞后，未出現(xiàn)大范圍的掉塊、開裂現(xiàn)象，施工單位按照上述預定的方案及時支護處理后，邊坡和洞頂?shù)淖冃蔚玫娇刂疲谑┕み^程中未發(fā)生任何的安全事故。邊坡錨噴支護及超前小導管支護方案在鳳凰寨隧洞進洞施工中取得了良好的效果。

4 結語

本文依托鳳凰寨隧洞進洞支護方案設計，對隧洞進出口邊坡及隧洞進洞超前支護方案展開了相關研究工作。結合現(xiàn)場施工與觀測情況，設計方案采用了邊坡錨噴支護+隧洞超前小導管支護進洞的聯(lián)合支護方案，滿足了隧洞進洞段及開挖邊坡的整體穩(wěn)定性要求，該方案在鳳凰寨隧洞施工中的應用是成功的，對類似工程有一定借鑒意義。