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        夾巖畢大供水工程王家壩輸水隧洞支護(hù)措施分析

        2020-03-10 09:25:32陳章淼孟澤宇
        陜西水利 2020年11期
        關(guān)鍵詞:王家壩灰?guī)r隧洞

        陳章淼,孟澤宇

        (貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002)

        0 引言

        在我國(guó)西南地區(qū),高山峽谷地貌較為常見(jiàn),成為制約各項(xiàng)工程建設(shè)的因素。在鐵路、水利等行業(yè)工程建設(shè)中,往往需要開(kāi)挖隧道(洞)以節(jié)約工程建設(shè)里程,降低工程投資,同時(shí),也可在一定程度上避開(kāi)山區(qū)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)于工程安全具有十分重要的意義。然而,隧道(洞)的建設(shè)也是一個(gè)十分復(fù)雜的工程,需要考慮多方面因素,在西南地區(qū),地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)極為強(qiáng)烈,巖土體性質(zhì)較差,隧道開(kāi)挖后需要采用科學(xué)、合理的支護(hù)措施以保證隧道(洞)的穩(wěn)定,保證工程的順利進(jìn)行。影響隧道(洞)安全的因素包括:地質(zhì)、水文、洞形、支護(hù)方式等[1-2]。目前,隧道(洞)常用的支護(hù)措施包括:混凝土襯砌、錨固等措施,常見(jiàn)的洞形包括:馬蹄形、圓形等[3-6]。在研究隧道(洞)通常采用數(shù)值模擬,可獲取隧道(洞)的應(yīng)力分布特征,為隧道(洞)提供參考[7-10]。

        1 王家壩隧道概況

        王家壩隧洞起點(diǎn)從高位水池至王家壩,全長(zhǎng)19567 m,埋深30 m~480 m。隧洞主要穿越六沖河至白甫河分水嶺地帶,分水嶺高程1900 m~2133 m。隧洞前段穿越唐房埡口分水嶺之前,地形較為破碎,沖溝發(fā)育,其中隧洞在潘家?guī)r腳沖溝和猴場(chǎng)沖溝之間形成的山脊穿行,切割深達(dá)300 m 以上;隧洞穿越唐房埡口之后,順北東向平行于分水嶺布置至王家壩。整個(gè)隧洞除隧洞出口位于永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r外,幾乎全在飛仙關(guān)組砂、泥巖中,為侵蝕中山地貌。王家壩隧洞整體位于馬場(chǎng)向斜南東冀的單斜構(gòu)造中,地層總體走向北東走向N30°~50°E,傾向NW,傾角10°~30°。隧洞洞身段需穿越區(qū)域性的朱昌斷裂帶。朱昌斷裂帶由F3主斷裂和F3-2次生斷裂共同組成,在東關(guān)一帶,F(xiàn)3主斷裂和F3-2次生斷裂共同組成寬約0.6 km~0.8 km的斷裂影響帶,在斷裂影響帶內(nèi),巖體擠壓特征明顯,巖體破碎。隧洞線(xiàn)橫穿六沖溝與白甫河分水嶺地帶,兩則地表、地下水分別向各自最低浸蝕基準(zhǔn)面徑流,在分水嶺地帶T1f 砂、泥巖地帶,地表、地下水以面流方式向溪溝匯流,徑流至灰?guī)r強(qiáng)巖溶地區(qū),地表水轉(zhuǎn)入地下,形成大小不一的地下暗河管道,南面有沿P2m灰?guī)r分布的大坡暗河系統(tǒng),北面有沿T1yn1灰?guī)r分布的花廠(chǎng)暗河系統(tǒng)和濫壩暗河系統(tǒng)。王家壩隧洞除出口外,均位于T1f 砂、泥巖地層中,地下水主要為基巖裂隙水,地下水活動(dòng)弱,但T1f 地層的灰?guī)r夾層,位于T1f2與T1f1接觸部位,厚約20 m,因其上、下均為弱透水層,巖溶發(fā)育異常發(fā)育,此外,在隧洞出口T1yn1灰?guī)r與T1f2-4砂泥巖接觸界面附近,受下伏T1f2-4砂泥巖隔水層的阻隔,地下水在此富集,隧洞遇巖溶洞穴的可能大。

        2 引水隧洞支護(hù)措施

        王家壩輸水隧洞為無(wú)壓引水隧洞,起點(diǎn)底板高程1473.000 m,起點(diǎn)水位1474.990 m,終點(diǎn)底板高程1465.173 m,坡降1/2500,走向NE47°49'8"、NE80°3'39"、NE57°29'33",由于外水壓力大基本在200 m 以上,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),采用圓形隧洞,具有受力好的優(yōu)勢(shì)。引水隧洞設(shè)計(jì)洞徑3 m,水深為1.92 m。引水隧洞穿越地層中,地下水位變化幅度較大,根據(jù)地下水位不同在頂拱、側(cè)墻處采用厚度為400 mm~600 mm 的C25 鋼筋混凝土襯砌。夾巖畢大供水工程隧洞建設(shè)總里程較長(zhǎng),為了保證供水效果,除特殊洞段外,隧洞底板厚度均采用500 mm 厚的C25 鋼筋混凝土,隧洞回填灌漿范圍為頂拱120°范圍。

        不同圍巖等級(jí)隧洞采用不同的支護(hù)措施,詳情如下:

        1)Ⅲ類(lèi)圍巖洞段采用隨機(jī)錨桿作臨時(shí)支護(hù),φ25 隨機(jī)錨桿長(zhǎng)3 m,上部180°范圍內(nèi)噴C20 混凝土,厚度6 cm;

        對(duì)Ⅳ類(lèi)圍巖洞段采用系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20 混凝土作臨時(shí)支護(hù),噴C20 混凝土厚6 cm,φ25 系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m,根長(zhǎng)3.0 m,掛網(wǎng)鋼筋φ8@200,考慮頂拱采用鋼支撐(22 號(hào)輕軌),間距1.0 m;

        2)對(duì)Ⅴ類(lèi)圍巖洞段采用鋼支撐加系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20 混凝土作臨時(shí)支護(hù),鋼支撐間距1 m,噴C20 混凝土厚10 cm,φ25系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m,根長(zhǎng)3.0 m,掛網(wǎng)鋼筋φ8@250;對(duì)50%的洞段采用φ28 超前錨桿進(jìn)行支護(hù), 錨桿根長(zhǎng)6 m,頂部120°范圍設(shè)置,間距0.5 m;

        3)F3斷層位置外水壓力為400 m 左右,此段施工安全威脅較大,因此,需要采用超前錨桿支護(hù),并加密鋼支撐、加厚混凝土襯砌厚度;

        4)其余洞段根據(jù)實(shí)際情況采用隨機(jī)錨桿+頂拱噴混凝土的臨時(shí)支護(hù)方式。

        3 支護(hù)效果分析

        目前,在巖土工程分析評(píng)價(jià)中常用的數(shù)值模擬軟件是Itasca 公司開(kāi)發(fā)的FLAC3D 軟件,在非線(xiàn)性變形研究中取得了較為豐碩的成果,且模型建立簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高。以王家壩輸水隧洞為地質(zhì)原型,建立數(shù)值模擬模型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況,王家壩輸水隧道埋深在30 m~480 m 之間,且大部分隧洞埋深大于200 m,因此數(shù)值模擬模型隧洞(位于1.0 m~4.0 m 處)埋深為200 m,隧洞向下延伸50 m,隧洞左右延伸各200 m。通過(guò)數(shù)值模擬方法研究輸水隧洞支護(hù)后的變形量,從而對(duì)其支護(hù)效果進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)模擬計(jì)算參數(shù)取值見(jiàn)表1,其中錨桿參數(shù)取值按照錨固材料參數(shù)選取,此處不再贅述。

        表1 數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù)

        數(shù)值模擬選用最不利斷面,即Ⅴ類(lèi)圍巖洞段。圍巖巖性主要為灰?guī)r和砂巖,巖體結(jié)構(gòu)較為破碎。王家壩輸水隧道位移變形云圖見(jiàn)圖1。

        圖1 位移變形云圖

        對(duì)加固前后A 點(diǎn)和B 點(diǎn)變形情況進(jìn)行分析,見(jiàn)表2。由表2 可知,支護(hù)后,A點(diǎn)的水平方向位移量從17.3 mm減少至2.8 mm,B 點(diǎn)的豎向變形量由23.1 mm 減少至4.3 mm,加固后隧洞水平、豎向變形量均控制在允許范圍內(nèi)。

        表2 變形量監(jiān)測(cè)結(jié)果

        根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可知,采取相關(guān)治理措施可保障王家壩輸水隧洞的穩(wěn)定性。

        4 結(jié)論

        夾巖畢大供水工程建設(shè)具有十分重要意義,由于工程位于我國(guó)西南山區(qū),屬于構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈的區(qū)域,巖土體在多次構(gòu)造活動(dòng)影響下結(jié)構(gòu)較為破碎,強(qiáng)度較低,若不采用相關(guān)支護(hù)措施,可發(fā)生較大規(guī)模的變形破壞,對(duì)輸水效益造成影響。結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn),采用有限元數(shù)值模擬方法分析,錨固支護(hù)在王家壩輸水隧洞加固中的效益,由數(shù)值模擬結(jié)果可知,加固后王家壩隧道變形量得到了較好的控制,在施工過(guò)程中也需要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)要求,規(guī)范施工以保證工程的安全。

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