地下水封洞庫(kù)操作巷道初期支護(hù)安全探究

韓學(xué)杰

摘要：在洞庫(kù)項(xiàng)目建設(shè)中，地下水封洞庫(kù)操作巷道作為一種創(chuàng)新模式應(yīng)用，對(duì)洞庫(kù)操作豎井開(kāi)挖以及運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行安全維護(hù)具有重要作用，因此在操作巷道開(kāi)挖過(guò)程中安全支護(hù)相較于洞庫(kù)其他位置具有更高的要求。本文以國(guó)內(nèi)某大型地下水封洞庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目中操作巷道開(kāi)挖支護(hù)為工程依托，通過(guò)分析操作巷道中不同圍巖類(lèi)型的支護(hù)方式，并利用支護(hù)完成后洞室圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)支護(hù)效果，結(jié)果表明，支護(hù)方式可有效確保操作巷道圍巖穩(wěn)定性，并為巷道開(kāi)挖安全支護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：洞庫(kù)；操作巷道；開(kāi)挖支護(hù)

地下水封洞庫(kù)是以天然巖體為主要結(jié)構(gòu)體，利用地下水的天然埋藏條件以及人工水封系統(tǒng)，將石油及其產(chǎn)品封存于內(nèi)的地下的超大洞庫(kù)群。地下水封洞庫(kù)主要由操作豎井、施工巷道、水幕系統(tǒng)和主洞室等組成，其中操作豎井內(nèi)部安裝管道、鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備及電儀等設(shè)施，洞庫(kù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可以更換和維修，是主洞室與地面裝置聯(lián)系的唯一通道，因此確保操作豎井的安全運(yùn)營(yíng)對(duì)洞庫(kù)具有重要的作用。將操作豎井等設(shè)施布置在操作巷道中是某擴(kuò)建洞庫(kù)建設(shè)中一大創(chuàng)新點(diǎn)，該巷道將全豎直操作豎井模式變?yōu)椤八讲僮飨锏?操作豎井”模式，減少原有操作豎井豎直段開(kāi)挖，降低施工難度的同時(shí)，可以更好的與已建洞庫(kù)對(duì)接，充分利用運(yùn)營(yíng)洞庫(kù)已有設(shè)施，從而大大降低運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，水平布置的大斷面操作巷道更有利于檢測(cè)和維修洞庫(kù)以及維修設(shè)備。

因此，操作巷道作為整個(gè)洞庫(kù)開(kāi)挖以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的重要組成部分，在開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行安全支護(hù)顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于地下水封洞庫(kù)圍巖穩(wěn)定性研究主要集中在主洞室、施工巷道、水幕系統(tǒng)和巷道洞室交錯(cuò)處圍巖穩(wěn)定性方面，對(duì)于操作巷道安全支護(hù)方式的研究很少。本文依托某大型地下水封洞庫(kù)擴(kuò)建項(xiàng)目與已建項(xiàng)目間操作巷道的開(kāi)挖，分析與總結(jié)操作巷道圍巖等級(jí)、支護(hù)類(lèi)型和支護(hù)方法，并利用支護(hù)完成后洞室圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)支護(hù)效果，旨在為類(lèi)似工程施工及相關(guān)規(guī)范的制定或修訂提供參考。

一、工程概況

某大型地下水封油庫(kù)擴(kuò)建洞庫(kù)，操作巷道斷面形狀為馬蹄形，面積約93m2，屬大斷面洞室，高度為11m，寬度為11m。操作巷道是一條水平巷道，總長(zhǎng)度約為450m，巷道內(nèi)設(shè)有與聯(lián)絡(luò)洞室、管道自然補(bǔ)償洞室及水幕監(jiān)測(cè)洞室交叉口。

操作巷道整體位于晚侏羅系（J3）二長(zhǎng)花崗巖體內(nèi)，圍巖情況較為復(fù)雜。其中，III級(jí)圍巖洞段約占巷道總長(zhǎng)度的67%，V級(jí)、Ⅳ級(jí)和II圍巖洞段各約占11%。V級(jí)圍巖段主要為殘坡積黏性土、碎石土及強(qiáng)風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖，圍巖穩(wěn)定性較差。Ⅳ級(jí)圍巖段巖體主要為中風(fēng)化、微風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖，巖體裂隙發(fā)育。III級(jí)圍巖為微風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖，裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，圍巖穩(wěn)定性較差。Ⅱ級(jí)圍巖為微風(fēng)化二長(zhǎng)花崗巖，巖體較破碎，裂隙較發(fā)育，操作巷道受破碎帶節(jié)理裂隙集中發(fā)育，局部巖體發(fā)生蝕變作用導(dǎo)致強(qiáng)度降低，圍巖穩(wěn)定性較差。

研究區(qū)地下水類(lèi)型為基巖裂隙水和松散巖類(lèi)孔隙水。基巖裂隙水主要賦存于侏羅系花崗巖巖體中，巖體裂隙連通性較差，水力聯(lián)系受結(jié)構(gòu)面影響較大，富水性存在明顯差異。松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存于第四系松散覆蓋層，操作巷道開(kāi)挖過(guò)程中，II、III級(jí)圍巖存在少量滴水或滲水點(diǎn)，IV、V級(jí)圍巖存在較大面積線(xiàn)狀流水區(qū)。

二、操作巷道支護(hù)方式

洞室開(kāi)挖后，為確保洞庫(kù)不同圍巖類(lèi)型的穩(wěn)定性，要采用不同的支護(hù)方式。目前，主要支護(hù)方式有錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及其他組合。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作巷道開(kāi)挖實(shí)際工況，可以總結(jié)與歸納所用圍巖支護(hù)方式，如表1所示。

（一）Ⅱ級(jí)圍巖支護(hù)

Ⅱ級(jí)圍巖整體狀況較好，巖體風(fēng)化程度低，裂隙較少，局部有蝕變帶，采用CH2型支護(hù)。

1.初期支護(hù)設(shè)置C25（HRB400）砂漿錨桿，長(zhǎng)度為3.0m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況隨機(jī)布置。洞壁及拱部設(shè)φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距250mm×250mm。

2.二次襯砌洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為100mm，抗?jié)B等級(jí)不小于P6。

（二）III級(jí)圍巖支護(hù)

III級(jí)圍巖在巷道總長(zhǎng)中占比較大，整體狀況略差于Ⅱ級(jí)圍巖，主要為微風(fēng)化花崗巖，裂隙較發(fā)育，采用CH3型支護(hù)。

1.初期支護(hù)設(shè)置C25（HRB400）砂漿錨桿，長(zhǎng)度為3.5m，環(huán)向間距×縱向間距為1500mm×1200mm，梅花形布置。洞壁及拱部設(shè)φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。

2.二次襯砌洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為150mm，抗?jié)B等級(jí)不小于P6。

（三）Ⅳ級(jí)圍巖支護(hù)

Ⅳ級(jí)圍巖整體狀況較差，主要為中風(fēng)化花崗巖，其中裂隙發(fā)育，多組裂隙與洞壁交切，易形成不穩(wěn)定塊體，采用CH4型支護(hù)。

1.超前支護(hù)

超前支護(hù)采用C25（HRB400）超前錨桿，粘結(jié)材料采用M30早強(qiáng)砂漿。施工時(shí)，超前錨桿與襯砌中線(xiàn)平行以10～15°仰角打入拱部圍巖，錨桿環(huán)向間距400mm。

2.初期支護(hù)

初期支護(hù)設(shè)置C25（HRB400）砂漿錨桿，長(zhǎng)度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1200mm×800mm，梅花形布置。洞壁及拱部設(shè)φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由20b工字鋼（Q235）組成，間距0.8m，縱向采用鋼筋連接。縱向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接，鋼支撐每環(huán)設(shè)置8根C25（HRB400）鎖腳錨管，長(zhǎng)度為3.5m。

3.二次襯砌

洞壁與拱部采用C30鋼筋混凝土，厚度為280mm，抗?jié)B等級(jí)不小于P6。

（四）V級(jí)圍巖支護(hù)方法

V級(jí)圍巖整體狀況較差，主要為殘坡積土、碎石土和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖體極為破碎，因此要增大支護(hù)力度，采用CH5型支護(hù)。

1.超前支護(hù)

超前支護(hù)洞口為超前大管棚+超前小導(dǎo)管，洞身為超前小導(dǎo)管。管棚長(zhǎng)度40m，環(huán)向中心間距400mm，所用鋼管為φ108mm熱軋無(wú)縫鋼管。長(zhǎng)管棚注漿采用水灰比為1：1的水泥漿液進(jìn)行分段注漿，固結(jié)管棚周?chē)?.5m范圍內(nèi)的土體。超前小導(dǎo)管為外徑φ42mm的熱軋無(wú)縫鋼管，外插角10°～15°，環(huán)向間距為400mm。預(yù)注漿水灰比1：1，水泥標(biāo)號(hào)42.5，控制漿液擴(kuò)散半徑不小于0.3m。

2.初期支護(hù)

初期支護(hù)設(shè)置R25中空注漿錨桿，長(zhǎng)度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1000mm×500mm，梅花形布置。洞壁及拱部設(shè)φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由20b工字鋼（Q235）組成，間距0.5m，縱向采用鋼筋連接。縱向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接。鋼支撐每環(huán)設(shè)置8根φ42mm鎖腳錨管，長(zhǎng)度為3.5 m。完成鋼支撐支護(hù)后，噴射C25混凝土，噴射厚度260mm。

3.二次襯砌

洞壁、拱部及仰拱均采用C35鋼筋混凝土，厚度為500mm，抗?jié)B等級(jí)不小于P8。

（五）交叉口加強(qiáng)段支護(hù)

巷道與洞室交錯(cuò)處的穩(wěn)定性是整個(gè)巷道圍巖穩(wěn)定性的薄弱環(huán)節(jié)，而操作巷道內(nèi)設(shè)有與聯(lián)絡(luò)洞室、管道自然補(bǔ)償洞室和水幕監(jiān)測(cè)洞室交叉口，雖然這些交叉口均位于II、III級(jí)圍巖中，但仍需要加強(qiáng)支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)采用CHJQ型支護(hù)。

1.初期支護(hù)

初期支護(hù)設(shè)置C25（HRB400）砂漿錨桿，長(zhǎng)度為4.0m，環(huán)向間距×縱向間距為1500mm×1500mm，梅花形布置。洞壁及拱部設(shè)φ6.5mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，焊接在錨桿外露端。鋼支撐由18號(hào)工字鋼（Q235）組成，間距1.0m，縱向采用鋼筋連接。縱向連接筋環(huán)向間距為1.0m，與鋼支撐焊接。鋼支撐每環(huán)設(shè)置8根C25（HRB400）鎖腳錨管，長(zhǎng)度為3.5m。

2.二次襯砌

洞壁、拱部均采用C30鋼筋混凝土，厚度為260mm，抗?jié)B等級(jí)不小于P6。

三、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在地下洞室圍巖變形監(jiān)測(cè)的方法中，收斂監(jiān)測(cè)及拱頂沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)具有精度高、效率高、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是目前較為成熟的監(jiān)測(cè)方式。對(duì)于地下洞室圍巖而言，當(dāng)拱部下沉速度小于0.15mm/d，水平收斂速度（拱腳附近）小于0.2mm/d時(shí)，即可認(rèn)為圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定。為檢驗(yàn)操作巷道支護(hù)效果，通過(guò)在洞室中安裝位移計(jì)與收斂計(jì)進(jìn)行圍巖變形數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。這里選用操作巷道圍巖情況較差的V級(jí)圍巖區(qū)進(jìn)行沉降—收斂監(jiān)測(cè)分析。分別取里程K0+103、K0+113和K0+120三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，通過(guò)在操作巷道拱頂設(shè)置沉降變形觀測(cè)點(diǎn)，并在同一斷面內(nèi)設(shè)置收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便分析和解釋資料。三個(gè)點(diǎn)的沉降—收斂觀測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

對(duì)拱部下沉速度和水平收斂速度（拱腳附近）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3所示，可知三處監(jiān)測(cè)點(diǎn)處拱部下沉速度和水平收斂速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的0.15mm/d和0.2mm/d，即圍巖均已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

四、結(jié)語(yǔ)

操作巷道作為地下水封洞庫(kù)的重要組成部分，是洞庫(kù)與地面裝置聯(lián)系的通道，操作巷道開(kāi)挖過(guò)程中安全支護(hù)相較于洞庫(kù)其他位置具有更高的要求。本文通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)某地下水封洞庫(kù)操作巷道開(kāi)挖支護(hù)方式，針對(duì)不同的圍巖類(lèi)型，采取有針對(duì)性的支護(hù)措施，并通過(guò)支護(hù)完成后洞室圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)支護(hù)效果，研究認(rèn)為，對(duì)操作巷道不同圍巖段采取有針對(duì)性的支護(hù)方式可有效控制洞室圍巖變形，確保操作巷道的安全支護(hù)。

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