殷 本 林

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 611730)

1 概 述

滇中引水工程是我國西南地區(qū)規(guī)模最大、投資最多的水資源配置工程,也是我國在建的大型引水工程之一。工程由石鼓水源和輸水總干渠兩部分組成。輸水總干渠跨滇西北、滇中及滇東南地區(qū),共劃分為大理Ⅰ段、大理Ⅱ段、楚雄段、昆明段、玉溪段和紅河段6段。由中國水電七局承建的標(biāo)段位于大理Ⅱ段,主要包含獅子山隧洞、牛駝子箐暗涵、洗窩帚山隧洞等主要建筑物。

獅子山隧洞長5.164 km,設(shè)計(jì)流量為125 m3/s,底坡i=1/4 200,斷面型式為馬蹄型,襯砌后的斷面尺寸為9.2 m×9.2 m,襯砌厚度為0.4～0.7 m,跨斷裂帶的襯砌厚度為0.7～0.8 m。

為滿足獅子山隧洞的開挖進(jìn)度,工程設(shè)置了5號(hào)支洞作為主洞(獅子山隧洞)的施工通道。其交叉口包含主洞段和支洞段,其主洞段長42 m,支洞段長9 m。在主洞段交叉口范圍布置了工字鋼及底板永久橫撐進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),其間距為0.5 m,共計(jì)布置了85榀。對該支洞段交叉口處的工字鋼設(shè)置為左密右寬的輻射狀,隧洞左側(cè)工字鋼布置的間距為0.232 m,右側(cè)的間距為0.8 m,共計(jì)布置了18榀工字鋼。支洞與主洞交岔口處的結(jié)構(gòu)混凝土與主洞澆筑為一體。5號(hào)施工支洞交岔口平面圖見圖1。

圖1 5號(hào)施工支洞交岔口平面圖

該段地層巖性為(T3ba)強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖,夾薄層狀粉砂巖、泥質(zhì)砂巖,巖體較破碎～完整性差,巖體節(jié)理裂隙多呈微張～半閉合狀,裂隙延伸長度為5～8 m,裂隙面平直粗糙,填充巖屑夾泥。圍巖軟弱破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育密集,裂隙水發(fā)育,存在流水、股狀涌水的可能性。針對實(shí)際施工工況,項(xiàng)目部制定出切實(shí)可行的施工方案并付諸實(shí)施,取得了較好的效果。

2 總體施工程序

針對該交岔口的施工,總體分以下步驟進(jìn)行:支洞交岔口段的開挖支護(hù)→道路回填→主洞交岔口段導(dǎo)洞的開挖支護(hù)→交叉段主洞挑挖施工→主洞上下游交叉段的開挖支護(hù)。待交岔口段的開挖支護(hù)施工完成后,分別向主洞上下游掘進(jìn)[1]。

支洞段采用機(jī)械開挖[2],待開挖支護(hù)至主洞下游邊墻時(shí)停止掘進(jìn),利用開挖渣料填筑形成道路后爬坡進(jìn)入主洞工作面,開始實(shí)施主洞的開挖支護(hù)。主洞分三層進(jìn)行開挖支護(hù),其中上層又分為中導(dǎo)洞+擴(kuò)挖并設(shè)置了臨時(shí)支護(hù)措施。待上層開挖支護(hù)完成后分別進(jìn)行中層和下層的開挖支護(hù)。交岔口開挖分層剖面圖見圖2。

圖2 交岔口開挖分層剖面圖

施工期間主要通過初支加強(qiáng)措施確保交岔口巖體的安全穩(wěn)定。交岔口支洞段采用雙層Ⅰ20a工字鋼進(jìn)行加固,主洞段增加Ⅰ20a永久橫撐閉環(huán),橫撐間距同主洞鋼支撐間距。橫撐左側(cè)(順?biāo)鞣较?通過在端頭設(shè)置地梁的方式將橫撐進(jìn)行固定,同時(shí)在地梁背部、軌道對應(yīng)位置預(yù)埋Ⅰ20a工字鋼作為軌道車擋。交岔口地梁的布置情況見圖3。

圖3 交岔口地梁布置示意圖

3 主要施工方法

3.1 交岔口支洞段的開挖

支洞段根據(jù)所揭露的圍巖條件采用全斷面和臺(tái)階法開挖,在完成支洞段開挖及支護(hù)后再進(jìn)行交岔口主洞段的開挖,期間需要在支洞部位回填部分洞渣作為施工通道。隨著交岔口和主洞段的開挖支護(hù)進(jìn)度,逐步挖除該部分洞渣。

交岔口段布置的18榀鋼支撐采用Ⅰ20a內(nèi)外雙拼工字鋼,其中最后一榀工字鋼(與主洞相交部位)采用方型門架型式,同時(shí),該段底板設(shè)置單層Ⅰ20a工字鋼橫撐,噴20 cm厚C20混凝土封閉。頂部工字鋼與主洞段工字鋼連接成整體。交岔口18號(hào)工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

圖4 交岔口18號(hào)工字鋼結(jié)構(gòu)示意圖

超前支護(hù)措施為超前注漿小導(dǎo)管,參數(shù)為:Φ42 mm,L=4.5 m,間距0.3 m,排距3.0 m,搭接長度為1.5 m;鎖腳采用注漿錨管,參數(shù)為:雙排、四根Φ42 mm ,L=4.5 m;掛網(wǎng)噴混凝土的參數(shù)為:Φ6 mm@200 mm×200 mm,40 cm厚C20混凝土;系統(tǒng)錨桿采用中空注漿錨桿,參數(shù)為:C25 mm,L=4.5 m,間排距為2.0 m[4]。

3.2 導(dǎo)洞開挖

支洞開挖完成后進(jìn)行主洞導(dǎo)洞的開挖,導(dǎo)洞開挖的斷面為5.4 m×4.7 m(寬×高),導(dǎo)洞開挖采用全斷面開挖,一次開挖成形。

采用Ⅰ20鋼支撐,共布置了16榀工字鋼,間距為0.5 m。導(dǎo)洞開挖支護(hù)完成后實(shí)施導(dǎo)洞段主洞鋼支撐,將主洞鋼支撐左側(cè)末端與支洞18號(hào)鋼支撐焊接牢固,使導(dǎo)洞頂部形成鋼支撐網(wǎng)殼,以便其整體受力;在完成上述項(xiàng)目施工后方可進(jìn)行下一步施工。中導(dǎo)洞鋼架結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 中導(dǎo)洞鋼架結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 主洞開挖

在完成導(dǎo)洞及導(dǎo)洞對應(yīng)的主洞鋼支撐施工后啟動(dòng)主洞段施工,采用三臺(tái)階開挖,主要分為以下三個(gè)步驟。

第一步:拆除導(dǎo)洞上游的豎向鋼支撐后進(jìn)行上游段的開挖,長度為4 m,循環(huán)進(jìn)尺為0.5 m。

第二步:繼續(xù)向前掘進(jìn),該部分工字鋼不再搭接至支18號(hào)工字鋼,需根據(jù)圍巖情況按0.5～1.0 m長度進(jìn)行開挖。

第三步:重復(fù)上述步驟組織并進(jìn)行下游剩余區(qū)域的開挖。

第四步:在完成第三步施工后,交岔口工作面逐步打開,上下游可交錯(cuò)進(jìn)行開挖,待工作面操作空間滿足施工要求后,組織進(jìn)行第二臺(tái)階、第三臺(tái)階開挖。

要求將三臺(tái)階的長度整體控制在25～30 m范圍內(nèi)[5],嚴(yán)格執(zhí)行初支盡早封閉成環(huán)的施工工藝。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)圍巖地質(zhì)條件及風(fēng)險(xiǎn)程度,將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的級別分為A、B、C級并采取了相應(yīng)的預(yù)測手段。各種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段見圖6。

圖6 各種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段示意圖

4.1 加深炮孔

加深炮孔的探測方法應(yīng)在施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)洞段全覆蓋(采用超前鉆探洞段除外),其前后探測循環(huán)宜有適當(dāng)?shù)闹睾隙?。對于斷層、?jié)理密集帶或其他破碎富水地層每循環(huán)宜鉆1孔,富水巖溶發(fā)育區(qū)每循環(huán)宜鉆3～5個(gè)孔。揭示巖溶時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加鉆孔,以滿足安全施工和溶洞處理所需資料為原則,加長炮孔的孔深為5 m,搭接長度為1 m。

4.2 超前水平鉆

超前水平鉆以沖擊鉆為主,孔徑不小于65 mm,用以確定掌子面前方的巖石類別,判斷含水的裂隙與孔洞、富水帶、含有害氣體的巖層等,孔數(shù)的布置為在斷層、節(jié)理密集或其他破碎富水地層每循環(huán)鉆1孔,在富水巖溶發(fā)育區(qū)每循環(huán)鉆3～5個(gè)孔,用以揭示巖溶時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加,以滿足安全施工和溶洞處理基礎(chǔ)資料為原則;當(dāng)連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí),其前后兩次的預(yù)報(bào)鉆孔需搭接3～5 m。鉆孔過程中若遇到夾泥層、涌水時(shí)應(yīng)停止鉆孔,待處理后方可施工。超前鉆孔主要作為短期超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段,每30 m探測預(yù)報(bào)一次,每次搭接長度為5 m。

5 監(jiān)控量測

5.1 監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)

監(jiān)測點(diǎn)的安裝應(yīng)能保證開挖后12 h(最遲不超過24 h)內(nèi)和下一循環(huán)開挖前測得初次讀數(shù)。測點(diǎn)應(yīng)牢固可靠、易于識(shí)別并需注意保護(hù),嚴(yán)禁爆破損壞。監(jiān)測點(diǎn)的制作要求:采用:C22 mm螺紋鋼,長40 cm,將其端部切割成約15°斜面,于斜面焊接50 mm×50 mm×3 mm的正方形鋼板,用于粘貼反光片。

監(jiān)測斷面的一般間距為:Ⅱ類圍巖每隔60 m左右布置1個(gè)收斂斷面,Ⅲ類圍巖每隔50 m左右布置1個(gè)收斂斷面,Ⅳ類圍巖每隔40 m左右布置1個(gè)收斂斷面,Ⅴ類圍巖每隔30 m左右布置1個(gè)收斂斷面。對于斷層破碎帶,5～10 m布置1個(gè)收斂斷面。 特殊情況按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行,在每個(gè)收斂監(jiān)測斷面布設(shè)5個(gè)收斂測點(diǎn)。

5.2 監(jiān)測頻率

隧洞圍巖收斂監(jiān)測的時(shí)段系從掌子面附近具備收斂測點(diǎn)埋設(shè)條件開始,直至二次襯砌開始澆筑時(shí)為止。各收斂斷面在開挖或支護(hù)后的7 d內(nèi)每天應(yīng)觀測2次;8～15 d每天觀測1次。當(dāng)掌子面距收斂斷面的距離大于2倍洞徑后每2 d觀測1次。變形穩(wěn)定后,每周觀測1次,直至圍巖襯砌后停止觀測。在收斂斷面附近進(jìn)行加固處理時(shí)或測值出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)酌情增加觀測次數(shù)。

5.3 數(shù)據(jù)分析

隧洞安全監(jiān)測成果包括:監(jiān)測周報(bào)、監(jiān)測月報(bào)、收斂變形監(jiān)測現(xiàn)場記錄表,其中收斂變形監(jiān)測現(xiàn)場記錄表是按照水平位移法、垂直位移法整理出來的,該分析表能有效反映頂拱沉降與水平線收斂變形,具備反映圍巖變形的功能。

6 結(jié) 語

監(jiān)測數(shù)據(jù)反映的情況表明:交岔口段在采取系統(tǒng)施工措施后圍巖的收斂變形馬上得到有效控制,變形速率在3 mm/d以內(nèi),圍巖趨于平穩(wěn)。

綜上所述,在隧洞施工過程中,應(yīng)堅(jiān)持做好監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,分析變形機(jī)理,然后有針對性地采取加強(qiáng)措施和方案優(yōu)化是行之有效的治理手段。然而,由于隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜以及變形的多樣性,其變形機(jī)理不同而導(dǎo)致軟巖變形的治理、預(yù)防仍然是一項(xiàng)嚴(yán)峻的課題。