大伙房輸水工程特長隧洞襯砌選型及支護系統(tǒng)優(yōu)化研究

樸春紅

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽　110166）

大伙房輸水工程特長隧洞襯砌選型及支護系統(tǒng)優(yōu)化研究

樸春紅

（遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧沈陽110166）

大伙房輸水工程特長隧洞主洞長為85km，開挖洞口直徑為8m，是相對較長的隧洞。隧道開挖時常通過修建襯砌為主、鉆眼爆法為輔的聯(lián)合方式進行開挖。施工期間必然會遇到一些復雜地段，需要因時因地的選取襯砌的種類。本文采取理論分析和現(xiàn)場勘查，深入研究制約襯砌類型選取的因素，并對不同種類襯砌樣式的優(yōu)缺點進行分析，選取合理的襯砌類型在大伙房輸水工程中應(yīng)用。

輸水隧洞；特長隧洞；敞開式襯砌；錨噴支護

1　工程概況

大伙房輸水工程特長隧洞長85km，施工洞口直徑8m，是相對較長的隧洞。地處于遼寧省新賓縣區(qū)域，其主要任務(wù)是給本省西南部供水。工程竣工后，根據(jù)2020年的用水計劃可以得知:中部地區(qū)7個城市的用水量將會相應(yīng)的增多6.68億m3，使用人口將達到1300萬，經(jīng)濟水平也相應(yīng)的提升，經(jīng)濟收入增多4900億元。在距離進水口一側(cè)25km處，為進行鉆爆法開挖的地段，距離出水口60km處為襯砌開挖地段，襯砌1標長度為21km，襯砌2標長度為20km，襯砌3標段長度19km［1-2］，如圖1所示。

圖1　大伙房水庫輸水隧洞施工現(xiàn)場

2　隧洞主要工程地質(zhì)問題

2.1圍巖穩(wěn)定性

該區(qū)域圍巖適合襯砌作業(yè)，但是圍巖中夾雜著大量的斷層和破碎帶，對圍巖的安全性和穩(wěn)定性造成威脅。圍巖在隧道穿越地段強度較高，主洞線上很多斷層的埋置深度較深，在研究的29條斷層內(nèi)，尤為突出的斷層是壓扭性的中、小型斷層。

2.2隧洞涌水

一般隧洞下面的水位比較淺，分布在水位線之下，巖層富水成分比較少，地下水的循環(huán)比較慢。但是，施工期間，對于裂隙巖體都會出現(xiàn)大量的滲水。對于低洼溝谷、斷層利用地段等富水性與透水性較強的地區(qū)，就會引起涌水現(xiàn)象。

3　襯砌施工存在的主要問題

和傳統(tǒng)鉆爆法比較，如今的襯砌施工法相對來說具有效率高、速度快、質(zhì)量好、安全性比較高的特點。不但如此，開挖時簡單便利，可以減少勞動力，有利于進行綜合管理。但是襯砌仍然有許多缺陷:對復雜環(huán)境的適應(yīng)能力比較差，在選定施工斷面的尺寸之后不易更改，尤其在一些斷層地帶，其遠不及傳統(tǒng)鉆爆法方便簡單。進行襯砌修筑時，設(shè)計必須要有一定的周期，襯砌和安裝之前需要做好準備，一次性投資費用很多，尤其是儀器所占的比重最大。因為是一體化工程，各階段之間的緊湊度比較高，因此需要提高員工的技術(shù)能力［3］。

4　大伙房輸水工程特長隧洞襯砌選型需考慮因素

4.1地質(zhì)因素

在選取襯砌的類型時，需要考慮以下地質(zhì)因素:?砂性土構(gòu)成的膨脹性圍巖地段，塑性軟弱圍巖的壓力比較大，這樣的圍巖由于強度較低，所受的圍巖壓力過大時，就會造成收縮的場面，使得掌子面失穩(wěn)，不適合襯砌施工；?碎裂的巖石和斷裂的巖層之間存在較大的斷層帶，此地段的圍巖自穩(wěn)性非常差，同時大部分地帶還有大量的水分，故不適合用襯砌開挖；?進行襯砌施工過程的復雜性和巖石土體的力學性能緊密相連，往往選取抗壓強度作為評定的標準，必須要保證抗壓強度小于2000MPa，才適合用襯砌施工；?巖石土體的裂隙度將會嚴重制約襯砌施工的速度。

4.2設(shè)備性能

襯砌有上面所述的優(yōu)勢，但隧洞施工地帶也含有太多不確定因素，主要是受制于施工地段預(yù)測地質(zhì)資料和實際地質(zhì)狀況所產(chǎn)生差距的大小；同時也受制于技術(shù)人員面對多變地質(zhì)條件的應(yīng)變能力和創(chuàng)新能力。經(jīng)驗豐富的建設(shè)單位，能夠明顯降低出現(xiàn)風險的概率，把襯砌的優(yōu)勢完全展現(xiàn)出來，同時能夠把施工組織管理過程放在主要地位。對施工人員進行一定的技能訓練，學習科學管理手段，合理安排組織結(jié)構(gòu)，是襯砌施工成功的首要條件［3-4］。

5　襯砌隧洞支護系統(tǒng)優(yōu)化

5.1襯砌結(jié)構(gòu)選擇

在進行隧道襯砌的過程中所選用的支護方法包含:錨桿支護、噴混凝土支護、鋼拱架支護、混凝土襯砌、注漿和相互組合的方式等，按照不一樣的圍巖體質(zhì)和開挖方式選擇最好的支護方法［5］。

襯砌所選用的方式主要有兩種類型:第一種是錨噴支護+模筑混凝土復合襯砌；第二種為管片襯砌，如圖2所示。其隧道的斷面類型大多數(shù)接近圓形，圍巖性能比較好，利用管片形式可以達到隧道長期運行的目標。但是錨噴支護相對來說比較簡單方便，同時對復雜地形的適應(yīng)性強，尤其是在一些不良狀況下其優(yōu)點更加突出。大伙房輸水工程特長隧洞使用了敞開式襯砌開挖后選擇錨噴+模筑混凝土復合襯砌方式，主要是全面分析了以下幾種原因:

a.進行襯砌開挖，圍巖受到的影響比較小，需要分布開挖支護，選取錨噴支護+模筑混凝土復合襯砌能夠滿足NATM法的原則［6］。

b.進行錨網(wǎng)支護的基礎(chǔ)之上，需要添加二次模筑混凝土，目的是為了增大結(jié)構(gòu)的安全指標，降低粗糙率，不但能夠提升安全感還能夠降低部分水流造成的損失。具體情況如圖3所示。

c.錨噴支護+二次模筑混凝土襯砌，其步驟之內(nèi)的止水和排放水的技術(shù)能力已有所改進，但是主要的問題在于管片的止排水。具體情況如圖4所示。

d.采用錨噴支護+模筑混凝土襯砌，可以在各個支撐上安置普通混凝土拌和站，占用面積小。

圖2　錨噴支護復合襯砌

圖3　襯砌隧道不同支護結(jié)構(gòu)型式洞內(nèi)情況

圖4　管片接頭的漏水施工

5.2襯砌隧洞支護參數(shù)設(shè)計

5.2.1錨噴支護參數(shù)設(shè)計

錨網(wǎng)支護的種類主要包含錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)以及鋼架等組件構(gòu)成的聯(lián)合支護。所選用的混凝土等級是C25，并且圍巖的黏結(jié)強度要大于0.8MPa。為提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，在混凝土中添加無堿速凝劑、高效減水劑及其他外加劑，同時摻入4%～8%的微硅粉。錨噴支護根據(jù)類比的方式來計算支護的種類和參數(shù)［7］。參考相關(guān)的規(guī)范和工程案例，給出預(yù)支護參數(shù)，具體如下表所列。

襯砌工段錨噴支護參數(shù)表

5.2.2二次模筑混凝土襯砌

針對Ⅲ～Ⅴ類圍巖，在初期階段需完成錨噴支護，等到圍巖的變形不發(fā)生變化之后，需要進行二次模筑混凝土襯砌的施工。為了達到錨固的目標需要做到下面的要求:

a.全面思考圍巖的性能，包含不均勻性、支護材料質(zhì)量的離散性、錨桿腐蝕等不可預(yù)測的影響因子，以及襯砌在開挖支護時會受到一些不穩(wěn)定因素的影響等，以上所有的情況都要在襯砌的條件下達到安全目的，提高支護的安全系數(shù)［8］。

b.要深入研究外界環(huán)境中作用力的變化和材料質(zhì)量問題，不斷改善結(jié)構(gòu)的使用年限和安全性能。

c.Ⅲ～Ⅴ類圍巖開展的二次模筑混凝土襯砌，能夠降低水流面的粗糙情況，在必須要有引水流量時，務(wù)必使各式各樣圍巖之間保持平衡的狀態(tài)［9］。

6　結(jié)論

針對大伙房輸水工程特長隧洞襯砌選型及支護優(yōu)化技術(shù)研究，考慮大伙房輸水工程特長隧洞的現(xiàn)場情況，只有通過敞開式襯砌的方法，才能夠解決圍巖安全性、隧道出水、石英砂巖的掘開挖進度和圍巖爆破等難題。大伙房輸水工程特長隧洞開挖及襯砌施工都達到了國際水平，對以后襯砌種類的選取和隧洞支護的完善具有重大意義。大伙房輸水工程特長隧洞修建的實踐經(jīng)驗表明:特長輸水隧洞選用錨噴支護+模筑混凝土復合襯砌結(jié)構(gòu)取代管片襯砌結(jié)構(gòu)，不但能夠滿足工程需要，還經(jīng)濟合理。■

［1］張成平，張頂立，王夢恕，等.高水壓富水區(qū)隧道限排襯砌注漿圈合理參數(shù)研究［J］.巖石力學與工程學報，2007 （11）:2270-2276.

［2］徐杰.花漁洞水庫新建輸水隧洞土圍堰設(shè)計與施工［J］.水利建設(shè)與管理，2011（12）:25-26.

［3］高素麗.遼河流域河道生態(tài)工程建設(shè)方案［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2011（6）:35-38.

［4］胡精美.大伙房水庫輸水隧洞工程施工方法應(yīng)用探析［J］.吉林水利，2015（10）:60-62.

［5］張軍偉，梅志榮，高菊茹，等.大伙房輸水工程特長隧洞TBM選型及施工關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010 （5）:1-10.

［6］夏建軍.膠結(jié)材料筑壩技術(shù)在白土嶺水電站的應(yīng)用［J］.中國水能及電氣化，2014（11）:14-16.

［7］閆國保.山西省大水網(wǎng)工程無壓輸水隧洞標準化設(shè)計［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（9）:94-98.

［8］袁劍軍.土石壩防滲墻黏土混凝土材料的工程應(yīng)用初探［J］.水利建設(shè)與管理，2013（2）:33-35.

［9］魏永慶，杜士斌.大斷面超長輸水隧洞的施工特點［J］.水利水電技術(shù)，2006（3）: 8-11.

Study on super-long tunnel lining model selection and supporting system optimization in Dahuofang Water Conveyance Project

PIAO Chunhong
（Liaoning Runzhong Water Supply Co.，Ltd.，Shenyang 110166，China）

Main cave of super-long tunnel in Dahuofang Water Conveyance Project is as long as 85km.The diameter of the excavation tunnel entrance is 8m，and the tunnel belongs to relatively long tunnel.Tunnel is generally excavated by the combined mode of lining construction as main method and drilling blasting method as auxiliary method.Some complex sections must be encountered during construction，therefore lining categories are selected according to time and place.In the paper，theory analysis and field exploration are adopted for in-depth study on factors restricting lining model selection. Advantages and disadvantages of lining models in different categories are analyzed.Rational lining models are selected and applied in Dahuofang Water Conveyance Project.

water conveyance tunnel；super-long tunnel；open lining；anchoring and shotcreting support

TV672+.1

A

1005-4774（2016）05-0033-04

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.009