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(jìn)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(cè)，隧洞線路走向總體從西北向東南。隧洞設(shè)計引水流量7.4m3/s，設(shè)計縱坡為1∶9600，斷面采用城門洞形，過水凈寬3.5m。

隧洞進(jìn)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(jìn)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(fēng)化，底部基巖為強-弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育密集，局部褶皺變形，裂隙面多附泥質(zhì)、鐵質(zhì)薄膜或夾泥質(zhì)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(jìn)出口開挖支護(hù)方案

2.1 邊坡錨噴支護(hù)方案

隧洞進(jìn)洞區(qū)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)前期地質(zhì)勘查成果，隧洞進(jìn)出口以強-弱風(fēng)化鈉長片巖為主。參考宿祺[1]等介紹的巖質(zhì)邊坡的破壞形式及影響因素，依據(jù)噴錨支護(hù)原理，鳳凰寨隧洞進(jìn)出口兩側(cè)邊坡和正向邊坡均采用錨噴支護(hù)。隧洞進(jìn)口兩側(cè)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(hù)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(shè)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(hù)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(jìn)洞超前支護(hù)方案

根據(jù)前期地質(zhì)勘查成果，結(jié)合實際揭露的地質(zhì)情況，進(jìn)洞支護(hù)采用兩種超前支護(hù)預(yù)案相結(jié)合的方案，從而應(yīng)對不同的地質(zhì)情況。

2.2.1 方案1：超前小導(dǎo)管支護(hù)方案

圖1 隧洞進(jìn)口邊坡支護(hù)示意圖

超前小導(dǎo)管支護(hù)方案主要應(yīng)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(dǎo)管支護(hù)方案主要為：在洞臉錨噴支護(hù)基礎(chǔ)上，對隧洞開挖輪廓線以外0.6m，設(shè)置兩排超前小導(dǎo)管預(yù)注漿；第一排超前小導(dǎo)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(dǎo)管環(huán)向中心線半徑3.72m。

圖2 超前小導(dǎo)管布置示意圖（單位：mm）

2.2.2 方案2：超前管棚支護(hù)方案

超前管棚法是在軟弱圍巖中進(jìn)行地下工程開挖時，為確保施工安全采取的一種超前支護(hù)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(hù)方案設(shè)計主要包括3方面的內(nèi)容：管棚導(dǎo)向墻、管棚孔口管及管棚鋼管。

2.2.2.1 管棚導(dǎo)向墻

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

圖3 導(dǎo)向墻結(jié)構(gòu)立面圖（單位：mm）

2.2.2.2 管棚孔口管

孔口管作為管棚的導(dǎo)向管，采用Φ130mm鋼管，并固定在鋼拱架外側(cè)，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(jìn)行超前注漿，可以使洞周圍巖固結(jié)成承載結(jié)構(gòu)，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(nèi)部填充灌漿材料硬化后會形成剛度較大的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，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(shè)計方案中管棚鋼管采用Φ108mm鋼管，在鋼管管身上預(yù)留Φ10mm溢漿孔，孔間距20cm，每排2孔，梅花形布置，尾部4m預(yù)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(jìn)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(jìn)口仰坡巖體主要呈強風(fēng)化，底部弱風(fēng)化，裂隙發(fā)育，表層多張開—微張開，裂隙面多附泥質(zhì)、鐵質(zhì)薄膜或夾泥質(zhì)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(zhì)情況及邊坡整體穩(wěn)定情況，設(shè)計會同業(yè)主、監(jiān)理、施工等方分析討論后，隧洞進(jìn)口段邊坡采用錨噴支護(hù)方案，隧洞進(jìn)洞采用超前小導(dǎo)管支護(hù)方案。

隧洞開挖進(jìn)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(yù)定的方案及時支護(hù)處理后，邊坡和洞頂?shù)淖冃蔚玫娇刂?，在施工過程中未發(fā)生任何的安全事故。邊坡錨噴支護(hù)及超前小導(dǎo)管支護(hù)方案在鳳凰寨隧洞進(jìn)洞施工中取得了良好的效果。

4 結(jié)語

本文依托鳳凰寨隧洞進(jìn)洞支護(hù)方案設(shè)計，對隧洞進(jìn)出口邊坡及隧洞進(jìn)洞超前支護(hù)方案展開了相關(guān)研究工作。結(jié)合現(xiàn)場施工與觀測情況，設(shè)計方案采用了邊坡錨噴支護(hù)+隧洞超前小導(dǎo)管支護(hù)進(jìn)洞的聯(lián)合支護(hù)方案，滿足了隧洞進(jìn)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(yīng)用是成功的，對類似工程有一定借鑒意義。