鄂北水资源配置工程2016年11标凤凰寨隧洞进洞支护方案设计

2018-11-12辛凤茂赵晓露李佳隆

水利水电工程设计 2018年3期

辛凤茂陈浩赵晓露李佳隆

1 工程概况

凤凰寨隧洞为鄂北水资源配置工程线路上的一条重要输水隧洞，隧洞长10.15km，隧洞进口位于广水市王家湾村以北，出口位于广水市郝店镇西北侧，隧洞线路走向总体从西北向东南。隧洞设计引水流量7.4m3/s，设计纵坡为1∶9600，断面采用城门洞形，过水净宽3.5m。

隧洞进口为低山丘陵地形，地面高程123m左右，地层岩性为震旦-青白口系钠长片岩。进口仰坡洞顶埋深约为15m，上部为第四系冲坡积堆积物，厚度5m左右，主要呈强风化，底部基岩为强-弱风化，节理裂隙发育密集，局部褶皱变形，裂隙面多附泥质、铁质薄膜或夹泥质条带，遇水或震动宜失稳，成洞条件较差，围岩类别主要以Ⅳ～Ⅴ类为主。

2 隧洞进出口开挖支护方案

2.1 边坡锚喷支护方案

隧洞进洞区边坡支护结构如图1所示。根据前期地质勘查成果，隧洞进出口以强-弱风化钠长片岩为主。参考宿祺[1]等介绍的岩质边坡的破坏形式及影响因素，依据喷锚支护原理，凤凰寨隧洞进出口两侧边坡和正向边坡均采用锚喷支护。隧洞进口两侧边坡采用两级开挖，底部边坡坡比1∶0.75，采用“挂网+喷混凝土+系统锚杆+排水管”的支护方式，挂网喷C20混凝土厚度10cm，网筋Φ6.5mm，间排距15cm×15cm，系统锚杆直径Φ 22mm，长度L=4m，间排距1.5m×1.5m，梅花形布置，排水管采用Φ80PVC排水花管，长度L=1m，间排距2m×2m。在开挖底面高度10m处设一级马道，马道宽度2m。顶部边坡高度约6m，坡比1∶0.75，采用“挂网+喷混凝土+随机锚杆+排水管”的支护方式，挂网喷C20混凝土厚度10cm，网筋Φ6.5mm，间排距15cm×15cm，对于楔形体危岩部位采用随机锚杆直径Φ22mm，长度L=4m，排水管采用Φ80PVC排水花管，长度L=1m，间排距2m×2m。

2.2 隧洞进洞超前支护方案

根据前期地质勘查成果，结合实际揭露的地质情况，进洞支护采用两种超前支护预案相结合的方案，从而应对不同的地质情况。

2.2.1 方案1：超前小导管支护方案

图1 隧洞进口边坡支护示意图

超前小导管支护方案主要应用在岩石较破碎，节理裂隙较发育，隧洞开挖较不稳定洞段。如图2所示，超前小导管支护方案主要为：在洞脸锚喷支护基础上，对隧洞开挖轮廓线以外0.6m，设置两排超前小导管预注浆；第一排超前小导管环向中心线半径3.22m，范围为顶拱120°，直径Φ42mm，环向间距0.5m，长度4m；第二排超前小导管环向中心线半径3.72m。

图2 超前小导管布置示意图（单位：mm）

2.2.2 方案2：超前管棚支护方案

超前管棚法是在软弱围岩中进行地下工程开挖时，为确保施工安全采取的一种超前支护方法，适用于：岩石极破碎，节理裂隙发育，隧洞开挖极不稳定区域。

超前管棚支护方案设计主要包括3方面的内容：管棚导向墙、管棚孔口管及管棚钢管。

2.2.2.1 管棚导向墙

如图3所示，管棚导向墙在隧洞外轮廓线以外施作，由现浇混凝土结构构成，供超前长管棚导向定向。导向墙采用城门洞型，宽×高=6.05m×6m，厚度0.8m，护拱内埋设6榀I12钢拱架，型钢拱架与管棚孔口管焊接成整体。导向墙下部为C15素混凝土垫层。

图3 导向墙结构立面图（单位：mm）

2.2.2.2 管棚孔口管

孔口管作为管棚的导向管，采用Φ130mm钢管，并固定在钢拱架外侧，仰角1°～3°。

2.2.2.3 管棚钢管

超前管棚中的钢管主要起两方面的作用：通过钢管进行超前注浆，可以使洞周围岩固结成承载结构，提高洞周围岩承载能力，形成超前加固圈，超前加固圈的渗透系数提高后，可有效降低地下水对隧洞稳定的不利影响；同时，超前钢管内部填充灌浆材料硬化后会形成刚度较大的钢骨混凝土结构，提高了隧洞对径向荷载的抵抗能力，可有效减小隧洞变形量。设计方案中管棚钢管采用Φ108mm钢管，在钢管管身上预留Φ10mm溢浆孔，孔间距20cm，每排2孔，梅花形布置，尾部4m预留止浆段不造孔。钢花管大样如图4所示。