某引水工程施工支洞软岩变形控制工程实例

毕桉靖 李春雁

摘  要：某引水工程施工支洞软岩洞段开挖施工中，出现不同程度中等及轻微变形，根据围岩变形监测数据，动态调整初期支护方案、适时进行二衬施工，最终将变形量控制在1cm～2cm，控制效果良好，对后续主洞施工及其他工程具有借鉴意义。

关键词：软岩;变形控制;监测;钢支撑

中图分类号：U455          文献标志码：A      文章编号：2095-2945（2020）15-0139-02

Abstract： During the excavation of the soft rock section of the branch tunnel of a water diversion project， different degrees of moderate and slight deformation occurred. According to the surrounding rock deformation monitoring data， the initial support scheme was dynamically adjusted and the second lining construction was carried out timely. Finally， the deformation is controlled at 1～2cm， and the control effect is good， which can be used as a reference for the follow-up main tunnel construction and other projects.

Keywords： soft rock; deformation control; monitoring; steel support

1 工程概述

某引水工程施工支洞长660m，支洞倾角23.4°，为斜井支洞，采用钻爆法施工、四线双车道有轨运输。支洞断面为圆拱直墙型，断面尺寸6.5m×6.0m（宽×高），采用50cm厚C25钢筋混凝土衬砌。支洞断面布置见图1：

本支洞自进口0+000m至0+100m桩号处，洞身埋深约7～110m，围岩物质成分以D1l弱风化钙质砂岩夹强风化炭质泥岩、泥灰岩为主，饱和抗压强度Rb=8～15MPa，局部发育泥化夹层，呈碎裂结构;全洞段岩体处于地下水位以下，洞顶及洞壁有面状滴水，局部有线状水流，洞顶及洞壁稳定性差，综合评判整体为Ⅴ类围岩，属特殊不良地质软岩洞段[1]。

该洞段原初期支护方案如下：超前小导管L=4.5m，φ42@30cm+钢支撑I20a型@60cm+纵向Φ25钢筋@100cm+挂网喷C20混凝土厚20cm+L=4.5m、Φ25系统中空注浆锚杆2.0×0.6m+工字钢底脚及起拱处每侧各2根Φ25、L=4.5m普通砂浆锁脚锚杆，断面见图2。

2 变形情况

施工支洞软岩段开挖过程中，现场按间隔约5m布置了安全监测断面进行围岩收敛监测，各断面监测频次为埋设后一周以内监测2次/天，一周后监测1次/天，待变形基本稳定后监测频次为3天一次。本施工支洞开挖至0+060m桩号时，根据0+025m～0+055m段变形监测成果，显示该洞段存在中等及轻微变形问题，各监测断面变形主要发生在开挖初支后的10日内，之后趋于收敛。沉降变形量一般2cm～7cm，收敛变形一般2cm～5cm，最大变形量发生在0+025断面，顶拱竖向最大沉降量为14cm，两侧边墙内缩4cm。变形后对实际净空断面进行了测量，0+025m、0+030m断面下沉变形后均侵入衬砌净空2cm～14cm不等，与监测数据基本一致。

3 变形控制措施

3.1 已开挖洞段变形控制

根据变形监测成果，为控制变形速率及变形量，已开挖洞段在原初期支护的基础上采取以下措施：（1）在变形最大处钢支撑及前后各两榀钢支撑底脚增加横向钢支撑，共五榀。（2）钢支撑底脚采取块石换填处理。（3）及时浇筑已开挖洞段二衬混凝土底板衬砌，并尽快完成边顶拱混凝土衬砌。

3.2 后续软岩洞段变形控制

（1）在掌子面掘进前，采用超前注浆小导管超前注浆对软岩地层进行超前支护[2]。（2）采用锚、喷、钢筋网及钢拱架联合支护的初期支护结构，初期支护紧跟开挖面进行施工，使变形量控制在允许范围内。（3）钢支撑底脚增设30cm×30cm×30cm（长×宽×高）C20预制混凝土垫块垫脚，必要时底脚工字钢增加横撑进行加固。（4）将L=4.5m、Φ25普通砂浆锁脚锚杆调整为L=4.5m、φ42锁脚锚管，管内注浆填实。加强支护后，断面见图3。（5）根据围岩变形量、变形速率控制允许值[3]，确定以下施工支洞软岩段施工期间变形监测预警值：a.当支洞埋深小于50m时，支洞单日变形量达12mm或累计变形量达60mm时应进行报警。b. 当支洞埋深大于50m时，支洞單日变形量达24mm或累计变形量达120mm时应进行报警。

通过以上加强初期支护措施尽量控制变形速率及累计变形量在允许值（预警值）范围内。根据监测结果，如采取上述初期支护加强措施后的监测断面，其变形速率逼近日变形量允许值或累计变形量已逼近允许值且变形速率无收敛趋势时，应及时进行预警，停止开挖，在原有支护体系下，迅速设置剪刀撑、腰部横向支撑等临时支撑结构，在确保安全的基础上，立即组织浇筑底板衬砌，并尽快完成边顶拱衬砌。

4 效果评价

已开挖的软岩段洞段在采取变形控制加强措施后，结合变形监测数据，当底脚横撑施工完成后，变形得到很大的遏制，当底板钢筋混凝土施工完成后，变形已逐渐趋于稳定，变形控制效果显著。

后续软岩段开挖施工中，根据邻近掌子面的变形监测成果，合理选用变形控制支护措施，及时调整支护施工工艺，通过对监测数据进行回归分析，充分掌握隧洞围岩稳定状态，参照不同变形监测预警值，适时进行二次衬砌施工。根据对采用了软岩变形控制措施洞段实际初期支护净空断面进行测量，围岩变形量基本控制在了1cm～2cm，较好的解决了围岩变形过大影响支洞交通通行，甚至危及隧洞施工安全的问题。

5 结束语

（1）软岩段隧洞掌子面钻爆开挖施工前，应进行超前支护，在超前支护的保护下进行掘进，施工过程中应严格控制开挖进尺，初期支护务必紧跟开挖面进行施工，及时支护。（2）结合前期地质勘探成果，具备产生软岩变形条件、易发生软岩变形的洞段，应从掌子面附近具备收敛测点埋设条件开始进行围岩收敛安全监测，以期尽快获得当前支护参数下隧洞变形观测数据。在变形速率高、累积变形量大的洞段应酌情增加观测点和观测次数，及时调整支护参数并加强支护，将变形速率及累计变形量控制在允许值范围内，当变形长期不收敛、变形速率或累计变形量逼近预警值时，应立即采取加固措施，在确保安全前提下，适时进行二次衬砌。

参考文献：

[1]SL279-2016.水工隧洞设计规范[S].

[2]SL378-2007.水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].

[3]SL377-2007.水利水电工程锚喷支护技术规范[S].