隧洞底板软弱地层处理

2019-11-28周锋周军奎

商品与质量 2019年42期

周锋周军奎

中国水利水电第十四工程局有限公司勘察设计研究中心云南昆明 650051

1 工程概况

某大型水电站水资源综合利用工程自某水电站水库取水，渠首设计流量4．7m3/s，加大流量为5．875m3/s。工程等别为Ⅳ等，规模为小（1）型，主要建筑物级别为4级，次要建筑物及临时建筑物级别为5级。

工程区位于青藏高原与云贵高原接壤的斜坡过渡地带，属滇西纵谷山区及滇中红层高原区地貌单元，以冰蚀、侵蚀、剥蚀地貌为主。渠线总体属剥蚀、溶蚀中低山地貌，渠线地形普遍较陡，自然坡度20°-40°，局部达60°-70°，局部地形平缓开阔，自然坡度在20°以下。地表多为第四系松散层覆盖。渠道沿线物理地质现象较发育，主要为冲沟、塌滑、泥石流[1]。

本工程沿线共设隧洞15条，长15613．065m，约占线路总长的23．76%、Ⅲ类围岩、Ⅳ类围岩、Ⅴ类围岩分段存在。

2 隧洞围岩状况

引水隧洞地处河流三级阶地堆积台地貌区，围岩具页状或薄层状层理，干燥击打易碎，透水性差，为湖湘沉积粉土，围岩组织结构完全破坏，已崩解和分解成松散的土状或砂状，有很大的体积变化，锤击有松软感，出现凹坑，围岩软而破碎，隧洞处于地下水以下，顶拱边墙湿润。风化作用破坏了岩石颗粒间的联结，产生和加剧了岩体的裂隙化，降低了结构面的粗糙程度、削弱了岩体整体的力学性能，围岩极不稳定，不能自稳，变形破坏严重，围岩属Ⅴ类围岩。

3 隧洞底板地层软化及洞身变形

3.1 隧洞底板地层软化

隧洞开挖后，地下水向洞内聚集，由于渗水点不集中，引排困难，同时围岩遇水后地质急剧变差，当底板地层围岩含水饱和后，经过施工扰动逐步软化、液化，长时间的施工扰动，软基向下延伸，形成30cm-80cm的软弱基础面，后期基础无法承载施工设备的荷载，严重影响到施工进度。

3.2 初期支护变形

隧洞开挖完成后，主要采用I16钢支撑、Ф6．5钢筋网、Ф20系统锚杆、Ф20锁脚锚杆、联系筋及喷10cm厚C20混凝土等形成刚性支撑，因底板地层承载力减弱不能有效支撑上部荷载，将直接影响到初期支护的稳定性及施工的安全性；隧洞基础软化后承载力降低，初期支护的围岩形成新的应力分布后，荷载通过初期支护传递到隧洞底板地层部分，因软弱基础不能有效支撑上部荷载从而产生支护变形及洞身沉降变形[2]。

4 隧洞软基处理的基本方法

4.1 预铺法

预铺法主要针对洞身渗水量小，对初期支护无明显影响，但影响施工设备通行的基础进行处理。主要采用铺设预制混凝土块来提高基础整体受力。通过预制块将施工设备集中受力分散至原基础均衡受力，减少因施工设备长期受力集中对基础造成破坏。混凝土预制块参数：强度等级C20混凝土、2．6m×0．5m×15cm结构件。

4.2 置换法

软基置换具有操作简单、施工快捷的特点，能够在短时间内达到所要求的目的，也是最为原始的地基处理方法。基本原理是通过挖除不良软土，诸如开挖面以下一定深度的含水粉砂土、黏土、设备碾压扰动形成的软土、湿陷性黄土等等，用块石或其它材料置换回填密实，置换的材料因地而异，一般采用块石置换是最经济最有效的，块石粒径筛选范围10cm-30cm为宜。

4.3 结合法

结合法主要适用于洞身段天然含水量丰富，隧洞开挖掘进过程中基础遭受严重破坏，向泥化、液化发展；严重影响洞身稳定及设备通行。结合法采用置换与预铺相结合的方式及时对软基进行处理，在短时间内满足基础承载力要求，并埋设排水管道或预设盲沟，排除渗水，减少渗水对基础置换后的影响。

5 隧洞软基置换效果分析

5.1 置换效果

隧洞软弱基础通过采用预铺、置换及结合置换等方式处理后，基础承载力有效提高，经施工设备长期碾压扰动，未出现明显变形，施工进度能够顺利推进，施工安全得到了保障；同时洞身初期支撑受应力分布，传递到基础部分时，有稳定坚实的基础，能够有效承载上部应力，对洞身稳定起了较大作用，避免了洞身支护变形及沉降变形[3]。

5.2 进度分析

采用不同措施对隧洞软基处理，能有效提高基础承载力，对初期支护的稳定有明显效果，也能有效满足施工设备通行条件。其中混凝土预制块铺设、块石置换或者是采用两者相结合的方法，对施工进度不会造成明显影响，后续也可作为永久措施使用。若采用常规混凝土置换基础，置换后需要等待混凝土达到一定强度后才可进行后续施工，一般每次置换需要3天时间，将严重影响施工进度；相比采用预铺、置换及结合置换，可做到随挖随换随施工，既可达到基础承载要求，也不会对施工进度造成明显影响。开挖施工结束后，经过平整，在表面铺设碎石垫层或浇筑垫层混凝土即可进行后续衬砌作业。