一、工程概況

駟馬山灌區(qū)續(xù)建四級(jí)站干渠工程跨越安徽省肥東和定遠(yuǎn)兩縣，工程內(nèi)容主要包括四級(jí)站擴(kuò)容改造、進(jìn)口攔污閘及進(jìn)水池、輸水暗涵以及提水泵站等。輸水暗涵/渠道續(xù)建長(zhǎng)度為20.34km，其中肥東縣境內(nèi)約16.92km，定遠(yuǎn)縣境內(nèi)3.42km，設(shè)計(jì)輸水流量24m3/s，襯砌后隧洞內(nèi)徑為4.2m鋼筋混凝土現(xiàn)澆有壓圓涵。

二、地形地質(zhì)條件

工程區(qū)位于江淮丘陵中部，地貌為崗坳相間堆積、剝蝕的波狀平原，崗地的地面高程在60m左右，坳谷地面高程一般在40m以下，崗坳以緩坡相連，發(fā)育有受降水控制明顯的下切“V”字形河流，河間灘地狹窄且不發(fā)育。

根據(jù)全部明開(kāi)、盾構(gòu)、部分明開(kāi)部分洞挖等多種經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選，以及考慮工程建設(shè)征地難度（約83.2%長(zhǎng)度位于肥東縣境內(nèi)），擬建渠線全部采用地下涵，總長(zhǎng)20.34km，其中開(kāi)挖回填段長(zhǎng)7.14km，洞挖段長(zhǎng)13.2km。

根據(jù)地勘資料，洞身沿線位于不同巖層：樁號(hào)3+250～4+100洞頂覆蓋層厚度為6～15m，以重粉質(zhì)壤土、全～弱風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖為主；洞身位于弱風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖層中。4+750～5+850段洞頂覆蓋層重粉質(zhì)壤土層厚6～13m；洞身位于重粉質(zhì)壤土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖層中，絕大部分位于重粉質(zhì)壤土層中，本段基本為土洞。6+350～17+600段洞頂覆蓋層厚度差別較大，最薄處6m左右，最厚處近32m，以重粉質(zhì)壤土、全～微風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖為主；洞身位于弱～微風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖層中。洞挖段圍巖級(jí)別均為V類(lèi)，穩(wěn)定性均非常差。

二、隧洞開(kāi)挖及臨時(shí)支護(hù)

1.隧洞斷面開(kāi)挖方案

設(shè)計(jì)輸水洞線二襯后斷面為直徑4.2m的圓形隧洞，襯砌厚度50cm，根據(jù)《水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（SL377-2007），初次支護(hù)噴混凝土厚度取250mm，則隧洞開(kāi)挖直徑至少為5.7m。

根據(jù)工程地質(zhì)條件及相關(guān)工程開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)開(kāi)挖斷面為較小的圓洞時(shí)，出渣困難，可考慮先開(kāi)挖成馬蹄形或城門(mén)洞型或墊渣方式解決，在圍巖條件很差情況下，城門(mén)洞型由于自身穩(wěn)定性差，極少采用。該工程在設(shè)計(jì)階段通過(guò)圓形開(kāi)挖和先開(kāi)挖成馬蹄形再二襯為圓形兩種開(kāi)挖斷面方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，從圍巖穩(wěn)定、施工方便，造價(jià)等方面綜合考慮，選用馬蹄形開(kāi)挖斷面方案。馬蹄形斷面的擬定以底部仰拱段圓弧弦長(zhǎng)不小于4.0m，兩端與側(cè)墻圓弧平順相接，初步擬定斷面見(jiàn)圖1。

根據(jù)各隧洞段地質(zhì)情況，泥質(zhì)粉砂巖為貧水地層，地下水位位于結(jié)構(gòu)頂板之上，但出現(xiàn)涌水的可能性不大。根據(jù)地質(zhì)資料，該工程洞身巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度均在10MPa以下，如采用鉆爆開(kāi)挖，對(duì)周邊V類(lèi)圍巖穩(wěn)定影響大，且造價(jià)高，考慮到該工程圍巖穩(wěn)定性極差，采用礦用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)～微風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)砂巖開(kāi)挖，在壤土層和全風(fēng)化巖層采用0.6m3挖掘機(jī)或履帶式扒渣機(jī)直接進(jìn)行開(kāi)挖，盡可能減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

圖1 開(kāi)挖斷面圖

2.臨時(shí)支護(hù)方案

由于洞挖段圍巖均為V類(lèi)，圍巖不能自穩(wěn)，極易變形失穩(wěn)。洞頂覆蓋層厚度為6～32m，覆蓋層厚度和開(kāi)挖洞徑比值為1.05～5.61，根據(jù)我國(guó)當(dāng)前土隧洞開(kāi)挖技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)該工程中小斷面的V類(lèi)圍巖隧洞（圍巖極不穩(wěn)定，不能自穩(wěn)，極易坍塌，覆蓋層薄的可能塌至地表），可采用新奧法與超前支護(hù)等輔助方法相結(jié)合的臨時(shí)支護(hù)方案，初次支護(hù)擬采用掛網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)）噴混凝土、系統(tǒng)錨桿、型鋼鋼架，并采取必要的管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施。參照類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，初擬支護(hù)參數(shù)如下：

對(duì)于土質(zhì)洞，開(kāi)挖前在掌子面150°范圍內(nèi)打設(shè)φ108×8m管棚，斜插角3°，在180°范圍內(nèi)斜插小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，斜插角10°；對(duì)于V類(lèi)圍巖的巖質(zhì)洞，開(kāi)挖前在掌子面在180°范圍內(nèi)斜插小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)。開(kāi)挖后均采用型鋼鋼架和鋼筋網(wǎng)并噴射250mm厚混凝土支護(hù)，洞周梅花形布置φ32、長(zhǎng)3.5m藥卷錨桿。臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

3.支護(hù)穩(wěn)定計(jì)算分析

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

隧洞開(kāi)挖后至支護(hù)起作用前，對(duì)隧洞來(lái)說(shuō)是最危險(xiǎn)時(shí)段，需加強(qiáng)位移和變形觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)位移和變形超過(guò)允許值時(shí)要及時(shí)采取措施，加強(qiáng)支護(hù)?？紤]二襯施工對(duì)施工交通的影響，計(jì)劃在每段洞通后再進(jìn)行二襯混凝土澆筑，因此初期支護(hù)后到二襯混凝土澆筑尚需間隔較長(zhǎng)時(shí)間，初期支護(hù)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定關(guān)系到工程安全、進(jìn)度，也是控制投資的關(guān)鍵因素，初期支護(hù)要確保圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定，根據(jù)理正隧道襯砌計(jì)算軟件和初襯標(biāo)準(zhǔn)斷面（同時(shí)考慮地下水作用）對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，選取底拱、側(cè)拱、頂拱各等分10個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行彎矩、切向位移、法向位移、轉(zhuǎn)角、圍巖抗力等計(jì)算，均滿足穩(wěn)定要求，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。同時(shí)用midas GTS NX有限元程序進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果也滿足要求。

4.施工期安全監(jiān)測(cè)

為了確保洞挖施工安全，初襯穩(wěn)定，除采用安全、可靠的設(shè)計(jì)及先進(jìn)的施工工法外，另一個(gè)必不可少的工作就是要進(jìn)行嚴(yán)密的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將信息反饋到施工中，與工程安全標(biāo)準(zhǔn)及允許變形對(duì)比得到分析結(jié)果，最終達(dá)到使工程安全、穩(wěn)步推進(jìn)的目的。因此，施工期安全監(jiān)測(cè)是洞挖工程施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，洞內(nèi)應(yīng)主要監(jiān)測(cè)以下內(nèi)容：洞室內(nèi)空間收斂變形、頂拱沉降、底拱上抬、圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力、圍巖應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形等。洞外應(yīng)監(jiān)測(cè)下列內(nèi)容：地面沉降、地下水位、地面建筑物傾斜及開(kāi)裂等。洞內(nèi)監(jiān)測(cè)以埋設(shè)的監(jiān)測(cè)儀器為主，洞外監(jiān)測(cè)以人工觀測(cè)監(jiān)測(cè)為主，重點(diǎn)為洞內(nèi)監(jiān)測(cè)。

表1 支護(hù)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)洞身穿過(guò)不同地質(zhì)地層條件（根據(jù)地勘資料主要有4種地質(zhì)地層條件），每種地層條件根據(jù)長(zhǎng)度不同設(shè)置2～8個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面不少于4個(gè)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)等，觀測(cè)頂拱沉降、側(cè)墻位移變形、噴護(hù)混凝土應(yīng)力應(yīng)變、鋼筋（鋼結(jié)構(gòu)）應(yīng)力等，同時(shí)還要進(jìn)行外水壓力、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)接觸壓力監(jiān)測(cè)等。在工程實(shí)施階段，應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖支護(hù)試驗(yàn)，提出明確的監(jiān)測(cè)要求、監(jiān)測(cè)方法、報(bào)警指標(biāo)等，確保洞挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。

四、結(jié)語(yǔ)

上述開(kāi)挖支護(hù)方案均為設(shè)計(jì)階段初步擬定方案，是在參照類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用工程類(lèi)比法與監(jiān)測(cè)量測(cè)相結(jié)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在工程正式實(shí)施前須進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，找出適合該工程開(kāi)挖支護(hù)參數(shù)，為工程順利實(shí)施，提供技術(shù)支撐■