滇中引水工程磨盘山隧洞1，2号施工支洞施工

2018-04-19闫秋晗姬二通

东北水利水电 2018年4期

关键词：拱架支洞隧洞

闫秋晗，姬二通

（中国水利水电第一工程局有限公司云南分局，云南昆明 650200）

1 工程概况

1.1 概述

滇中引水工程项目将以城镇生活与工业供水为主，兼顾农业和生态供水。多年平均引水量34.03亿m3。工程总工期为96个月。工程自丽江石鼓起，经大理、楚雄、昆明、玉溪、红河，终点为红河新坡背，全长661 km。

磨盘山隧洞全长10 937.70 m，进口底板高程1 960.554 m，出口底板高程1 957.829 m，底坡1/4 000，9.1 m×9.1 m马蹄型断面，60 cm钢筋混凝土衬砌。此段线路引水设计流量为120 m3/s。磨盘山隧洞布置2条施工支洞，均为永久检修支洞。

磨盘山隧洞1号施工支洞进口位于祥云县花果山村，支洞全长719.161 m，底坡10.8%，净断面采用8.0 m×6.5 m(宽×高)城门洞型。2号施工支洞位于祥云县白鹤厂村附近，支洞全长911.98 m，底坡为10.9%，净断面采用8.0 m×6.5 m(宽×高)城门洞型。

1.2 地质情况

2条施工支洞地质情况比较复杂，埋深70～180 m，在开挖过程中出现炭质泥岩、泥质砂岩、砂质页岩、挤压破碎带、断层、煤层及砂岩且伴有线状出水，岩石遇水软化且塌方，在开挖过程中出现煤夹层。地下洞室最大涌水量4 200 m3/d。2条支洞围岩分类见表1。

2 施工总结

2.1 联合支护方案方面

1）A+型支护与A型支护相结合

表1 1，2号施工支洞工程围岩分类统计表 m

经过滇中引水工程磨盘山隧洞1，2号施工支洞工程施工，总结出在地下工程开挖支护方面不能墨守常规，需要将动态的管理思维应用到工程管理中，因为地质情况复杂多变，每一循环开挖都可能存在不可预见的地质情况，若按照常规的思维方式去考虑、去准备，那么有可能造成不可估量的安全事故。比如在Ⅴ类围岩稍好的洞段采用A型支护（钢拱架间距0.8 m，超前锚杆）又不能满足安全因素，局部掉块、塌方严重；若采用A+型支护（钢拱架间距0.5 m，超前小导管）掉块和塌方得到一定的控制，确保了施工安全，但投资又增加较多。在两者比较后，选用将A+型和A型支护相结合的支护方案（钢拱架间距0.8 m，超前小导管），经实践，该方案满足了工程安全、进度、投资需要，这种结合的支护方案较采用A+型支护每延米隧洞节约3 331.7元，较A型支护每延米隧洞增加约822.4元。为了保证工程安全和施工进度，在Ⅴ类稍好围岩中建议推广使用。

2.2 超前锚杆与超前小导管的适用性

在软岩地段和碎裂结构岩体施工时，超前锚杆因成孔困难，且成孔后注浆因涌水和岩石碎裂夹泥等因素无法注浆，且对于施工进度来说影响较大，对于这种岩体比较破碎和夹泥的工程地质条件可采用自进式锚杆施工，但施工成本较高，1根自进式锚杆约为砂浆锚杆的3.5陪。

因超前小导管的角度问题、岩体结构情况和涌水严重，注浆根本无法完成，且注浆工序的施工时间及后续等强时间较长，严重影响了施工进度。为了保证施工安全和施工进度，可采用洞外小导管注浆，等强后运至工作面进行安装，既解决了洞内因涌水无法注浆问题，又确保了施工安全。

相对于超前锚杆（自进式锚杆），超前小导管的支护性能要好很多，但工程投资相较于砂浆锚杆略有增加，相对于自进式锚杆确是节约了工程投资，1根超前小导管约为砂浆锚杆的2.0陪，若采用洞外注浆的话1根超前小导管约为砂浆锚杆的1.5陪，1根超前小导管约为自进式锚杆的0.4陪。

2.3 锁脚锚杆与锁脚锚管的适用性

在工程实施过程中，部分洞段出现了炭质泥岩等遇水极易软化的地质情况，若采用砂浆锚杆（单根长4.5 m），根本无法满足钢拱架的承载力要求，就好比在豆腐里插了1根筷子一样，造成拱架变形沉降较大。经过参建四方现场联合查看，将砂浆锚杆改为注浆锚管，实践证明，在炭质泥岩洞段采用注浆锚管代替砂浆锁脚锚杆后，有效控制了拱架安装后因拱脚承载力不足造成的拱架下沉现象。

2.4 软岩洞段拱脚加强处理与预留沉降量

在支20+166.7至支20+261.00段，按照设计图纸及四方确定的施工方案进行施工后，后期出现不同程度变形，观测中发现该洞段右边墙出现变形，个别断面日变形值达20 mm，且喷射混凝土表面开裂并有渗水。经过该段应急抢险处理和后期调整施工，洞身段再未出现钢拱架变形且侵占混凝土衬砌结构。

3 建议

经过对该变形段的应急抢险处理，总结出以下几点经验：

1）边墙拱架加长50 cm，隧洞两边边墙底部（底板开挖轮廓线以下）用C30混凝土浇筑补强带（宽1.2 m×深0.5 m），以免拱脚围岩太软，承载力不足，造成拱架下沉，如图1所示。

图1 边墙拱脚处理示意图

2）软岩隧洞开挖可视情况增加预留沉降量，围岩极差时预留15 cm，围岩稍好的Ⅴ类围岩预留10 cm，Ⅳ类围岩预留5 cm，5～15 cm，钢架尺寸随调整后的开挖轮廓线一起调整。

3）采用平行作业方式，确保开挖和混凝土同步施工。浇筑底板混凝土使一期支护拱架和底板混凝土形成一个闭合的受力结构，有效传递上部围岩产生的变形力。

4）软岩洞段全断面与预留核心土法台阶法开挖。

在磨盘山隧洞1，2号施工支洞施工中，针对不同的围岩类别采用了不同的开挖方法，通过对全断面开挖、底板预留2 m开挖（上半洞和下半洞）、底板预留4.6 m开挖（上半洞和下半洞）等开挖方案比较，总结出台阶法开挖适用于滇中软岩地质洞段的洞室开挖。

Ⅴ类较差围岩的洞段采用预留核心土法开挖，Ⅴ类稍好围岩和Ⅳ类围岩的洞段采用台阶法开挖，这样避免了掌子面大面积外露，在涌水和应力释放的情况下发生坍塌事故。开挖掌子面形成台阶后，上半洞和下半洞同步推进，严禁下导同一桩号同一循环施工，至少错开两个循环开挖，这样避免了洞顶受力钢拱架同时悬空出现坍塌的风险。但是分台阶法开挖后造成钢拱架支护分上下半洞支护，在施工上部钢拱架支护时，为保证拱架能够较好地受力，在拱脚位置增加锁脚锚杆支护，对工程投资而言，每延米增加约500元，但对于工程安全和工程进度而言，这点增加就显得微不足道了。

经实践证明，台阶法开挖方案既确保了洞室安全又能加快施工进度，适用于地质情况较差的软岩洞段开挖施工。

5）软岩洞段平行作业原理的应用。

根据多年施工经验和该工程的实施，建议在滇中软岩洞段采用平行作业，其原因如下：

①磨盘山2号施工支洞洞身段变形的发生和应急抢险处理，给软岩洞段施工敲响了警钟，常规的施工方法和管理模式并不能满足滇中软岩地质条件下的地下工程施工。

②结合工程地质条件发生较大变化时，Ⅴ类围岩较原合同文件增加了2陪，混凝土衬砌工作量也相应增加了2陪。结合安全、优质、高效、投资节约的总原则，开挖支护和混凝土浇筑同步施工是解决合同进度的最优方案。

底板混凝土浇筑又造成开挖支护无法施工，针对此种情况，为了保证工程安全和工程进度，结合2条施工支洞的跨度、坡度、地质情况、风水管线布置等因素，采用了半幅浇筑半幅通行的施工方式，而且半幅施工还对节约工期起着至关重要的因素。半幅施工虽然解决了混凝土工程量增加导致的合同工期延长问题，但也存在施工成本增加和人员设备降效。最关键的因素是解决了软岩洞段开挖后一期支护拱架下沉问题，确保了洞室安全稳定。在以后类似地质条件下，建议进行混凝土底板衬砌与开挖同步施工（混凝土安全层），增加一期支护的受力结构，后期对安全层表面凿毛后可直接浇筑结构层混凝土。