杨元红，吴 鸿，王 青

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

黔中干渠隧洞初期支护标准设计

杨元红，吴 鸿，王 青

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

黔中干渠线路长，隧洞数量多，穿越多个地层，地形地质情况复杂。文章根据黔中水利枢纽工程干渠隧洞设计及地质情况，提出干渠隧洞的初期标准支护设计，以规范施工，提高施工效率，保证施工安全，便于工程管理和投资控制。

隧洞初期支护；标准设计；施工安全；支护方案

1 概 述

黔中水利枢纽工程位于贵州中部黔中地区、云贵高云苗岭宽缓山脊、两江分水岭河源地带、岩溶峡谷山区，涉及贵州3市(贵阳、安顺、六盘水)1州(黔南自治州)1地区(毕节)的10个县(区)和贵阳市区、安顺市区。工程以灌溉、城市供水为主，兼顾发电等综合利用，并为改善当地生态环境创造条件的Ⅰ等大⑴型水利枢纽工程，开发直接目标是解决黔中地区用水安全，间接目标是保障粮食生产安全、保障并促进区域经济社会可持续发展。

水源工程由大坝枢纽工程[大坝(含帷幕)、开敞式溢洪洞、泄洪放空洞、平寨电站、取水系统等永久建筑物，及相应临时、辅助、附属、配套工程]和平寨水库工程[水库淹没处理、移民安置、专项设施改复建、库底清理、库岸边坡治理等工程]组成。

一期输配水工程由输水工程和一期配水工程组成。输水工程包括总干渠工程、桂松干渠工程、一期支渠工程；一期配水工程包括一期灌区田间配套工程、贵阳供水配水工程(以河代渠)。总干渠总长63.4 km，由24.36 km渠道、32座共长13.3 km渡槽、18条共长25.08 km隧洞、2座共长0.66 km倒虹管等组成。桂松干渠总长84.77 km，由41.71 km渠道、18座共长4.5 km渡槽、38条共长38.12 km隧洞、2段共长0.44 km提水管道等组成。

工程区范围广、面积大，出露地层较全，从元古界到第四系均有出露，其间缺失第三系地层。与库坝区有关的地层主要为三叠系关岭组、永宁镇组、夜郎组；二叠系长兴大隆组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组地层。主要岩性为灰岩、泥质灰岩、白云岩、泥质白云岩等碳酸盐间夹条带状砂岩、泥页岩夹煤等碎屑岩。与坝址库首渗漏具有重要意义的地层为三叠系关岭组第一段、永宁镇组第二段(在坝址分四层)、夜郎组九级滩、沙堡湾段。

总干渠和桂松干渠设计隧洞共56座，共计长度63.2 km，其中最长8.64 km，最短0.13 km。总干渠设计隧洞共18座，共计长度25.08 km，隧洞设计流量为22.625～15.360 m3/s，设计水力纵坡一般采用1/2 000(特殊除外)，隧洞过水断面为3.7 m×4.94 m～3.10 m×4.289 m，设计流速1.801～1.626 m/s。桂松干渠设计隧洞共38座，共计长度38.12 km，隧洞设计流量为14.571～4.189 m3/s，设计水力纵坡一般采用为1/2500(特殊除外)，隧洞过水断面为4.1 m×4.2 m～2.1 m×2.1 m，设计流速1.15～0.93 m/s。

2 隧洞初期支护设计情况

2.1 Ⅲ类围岩支护方案

2.1.1 围岩主要工程地质特征

坚硬岩为主，夹中硬岩或较软岩，或呈互层状，微风化夹较多弱风化岩，受构造影响节理裂隙发育，有贯穿性软弱结构面或局部存在不利结构面组合，岩体完整性差，呈块状结构，地下水活动中等，沿裂隙面或软弱结构面有大量的滴水或线流，洞线与主要结构面走向夹角>45°。

采用支护措施：M20砂浆Φ25随机锚杆长4.5 m。

2.1.2 围岩主要工程地质特征

中硬岩，微风化夹弱风化火成岩，中厚层沉积岩，岩体完整性差，节理裂隙发育，有贯穿性软弱结构面或局部存在不利组合，呈镶嵌结构，地下水活动中等，沿裂隙面或软弱结构面有大量滴水或线流，洞线与主要结构面走向交角>30°。

采用支护措施：M20砂浆Φ25随机锚杆长4.5 m，喷C20混凝土厚5 cm，局部破碎带挂网Φ6钢筋，间距为200 mm×200 mm。

2.2 Ⅳ类围岩支护方案

2.2.1 围岩主要工程地质特征

坚硬岩和软岩互层，弱风化夹强风化，节理裂隙发育，岩体较破碎，层面和其他结构面易构成不稳定块体或存在不利结构面组合，地下水活动强烈，洞线与主要结构面走向夹角及岩层倾角均<30°。中硬岩，薄层状，弱风化带夹软弱夹层，岩体节理裂隙发育，破碎，局部夹泥，层间结合差，地下水活动中等，洞线与岩层走向夹角及岩层倾角均<30°。硬质岩类，岩体呈块裂结构，完整性较差[1]。岩体呈碎裂结构，较破碎，无地下水活动时。采用支护措施：1类支护。

2.2.2 围岩主要工程地质特征

较软岩或软岩，弱风化为主，节理裂隙较发育，层间错动常见，多为软弱面与其他结构面形成不利组合，地下水活动轻微，洞线与岩层走向夹角>30°。采用支护措施：2类支护。

2.2.3 Ⅳ类围岩1类支护方案

拱部及拱部以下两侧边墙0.5 m内布设M20砂浆Φ25锚杆长4.5 m，每排6根，排距0.5 m，挂网Φ6钢筋，间排距为200 mm×200 mm；拱部及拱部以下两侧边墙0.5 m内喷C20混凝土厚100 mm。Ⅳ类围岩2类支护方案：拱部及顺向围岩侧边墙布设M20砂浆Φ25锚杆长4.5 m,每排8根，排距0.5 m，挂网Φ6钢筋，间排距为200 mm×200 mm；顶拱和两边墙喷C20混凝土厚100 mm。

2.3 Ⅴ类围岩支护方案

2.3.1 围岩主要工程地质特征

硬质岩类，岩体呈碎裂结构，岩体较破碎，地下水位活动中等～强烈。硬质岩类，岩体呈碎块状或碎屑状结构，岩体破碎。 中硬岩或较软岩，强风化，岩体破碎，受地质构造影响，节理裂隙很发育，无规则，且张开夹泥，咬合力差，呈不规则碎裂块体状，地下水活动中等，洞线与结构面夹角小于30°，倾角平缓。采用支护措施：A型支护。

2.3.2 围岩主要工程地质特征

软岩，弱风化夹强风化，岩体破碎，受地质构造影响，节理裂隙发育，多张开有泥，有软弱夹层和顺层错动带，有大量临空切割体，地下水活动中等～强烈，加速岩体风化和降低结构面抗剪强度。采用支护措施：B型支护[2]。

2.3.3 围岩主要工程地质特征：全风化，多呈松散碎石状不均一散体结构，地下水活动中等～强烈。采用支护措施：C型支护。

2.3.4 Ⅴ类围岩A型支护方案

1)顶拱和侧壁采用钢格栅支撑，钢格栅采用4根HRB335Φ22钢筋为主筋制作，主筋围成175 mm×175 mm正方形，连接筋为HRB335Φ12钢筋，每榀间距1.0 m。

2)锚杆：拱部及边墙为M20砂浆Φ25锚杆，锚杆长4.5 m，每排10根，间排距1.0 m。

3)纵向连接筋：采用Φ22钢筋，环向间距为1.0 m。

4)钢筋网：拱部及边墙Φ6钢筋网，间排距200 mm×200 mm。

5)喷混凝土：拱部及边墙喷C20混凝土，厚度为100 mm。

2.3.5 Ⅴ类围岩B型支护方案

1)顶拱和侧壁采用格栅钢架支撑，钢格栅采用4根HRB335Φ22钢筋为主筋制作，主筋围成175 mm×175 mm正方形连接筋为HRB335Φ12钢筋，每榀间距0.75 m，底部全部浇筑0.15 m厚的C20混凝土(不占用二衬尺寸)。

2)锚杆：拱部及边墙为M20砂浆Φ25锚杆，锚杆长4.5 m，每排10根，间排距0.75 m。

3)纵向连接筋：采用Φ22钢筋，环向间距为1.0 m。

4)钢筋网：拱部及边墙Φ6钢筋网，间排距200 mm×200 mm。

5)喷混凝土：拱部及边墙喷C20混凝土，厚度为100 mm。

2.3.6 Ⅴ类围岩C型支护方案

1)顶拱和侧壁采用钢格栅支撑，钢格栅采用4根HRB335Φ25钢筋为主筋制作，连接筋为HRB335Φ16钢筋，每榀间距0.5 m；底板每隔一榀钢拱架设置一条钢格栅横向支撑，同时底部全部浇筑0.2 m厚C20混凝土(不占用二衬尺寸)，横向支撑钢筋浇筑于混凝土内。

2)顶拱掌子面设置超前锚杆(Φ25)或小导管Φ42×4 mm，长4.5 m，外插角7°～15°，环向间距35 cm，纵向搭接长度≥1.5 m。

3)锚杆：拱部为M20砂浆Φ25锚杆，锚杆长4.5 m，每排10根，间排距0.5 m。

4)纵向连接筋：采用Φ22钢筋，环向间距为1.0 m。

5)钢筋网：拱部及边墙Φ6钢筋网，间排距200 mm×200 mm。

6)喷混凝土：拱部及边墙喷C20混凝土，厚度为100 mm。

2.4 溶洞处理

2.4.1 隧洞侧壁溶洞

砌筑C10混凝土砌毛石挡墙，基础置于较平整岩石上，当溶洞不高于隧洞顶，挡墙顶部砌满溶洞，若溶洞高于隧洞顶，挡墙砌筑到隧洞顶部高程。砌筑挡墙顶宽1.5 m，隧洞内侧垂直，外侧坡比1∶0.2。

2.4.2 隧洞顶部溶洞

顶拱溶洞或垮塌出现的空腔，且侧壁方向空腔≤1.0倍隧洞宽，采用格栅钢架支撑，每榀间距0.5 m；钢架外侧浇筑C20混凝土，侧壁浇筑满溶腔，隧洞上部浇筑距顶拱高度1.5 m(溶腔高度<1.5 m，则全部浇筑)，预留排水孔，排水孔大小间距和隧洞永久排水孔相同，混凝土顶部吹砂厚0.5～1 m。

3 施工安全监测

3.1 一般规定

1)隧洞初期支护施工监测是以保证工程施工安全、支护经济、合理为目的。

2)施工监测应简单、快捷、仪器安装及监测对施工干扰小、操作简便、反应灵敏，信息反馈迅速。监测项目应以收敛监测、顶拱沉降监测为主，位移及应力量测为辅。

3)仪器埋设部位应做简单地质素描，记录仪器埋设位置和软弱结构面的关系。

3.2 施工监测内容及方法

1)隧洞工程施工期的安全监测，其内容应包含：隧洞顶部地表下沉情况、收敛变形、顶拱位移、锚杆内力、钢支撑内力等。

2)监测方法主要有：①埋设仪器：收敛监测及顶拱沉降监测，应使用收敛计或激光断面仪；位移监测应使用多点位移计、单点位移计或钻孔测斜仪；应力监测应使用锚杆应力计、钢筋应力计。②测量：对Ⅳ、Ⅴ类围岩及特殊洞段应选取断面进行定期测量，做好记录，分析变形情况，出现较大变形，应立即采取处理措施。③巡视：应定期或不定期对隧洞初期支护进行安全检查，查看变形及施工对支护的影响情况，特别是Ⅳ、Ⅴ及特殊洞段的支护情况，初期支护出现损毁应立即进行修复，发现异常情况，影响安全，应立即撤离人员，采取处理措施。④周边环境观测：应定期或不定期对周边环境进行观测，查看开挖隧洞周边水文地质情况有何变化，隧洞内溶洞与地表的关联情况等。同时记录分析对隧洞临时及永久安全的影响。

4 结 论

黔中干渠线路长，隧洞数量多，穿越多个地层，地形地质情况复杂。总结各隧洞工程地质及设计断面特点，提出初期标准化支护方案，有利于规范施工，提高施工效率，便于工程管理和投资控制。隧洞初期支护的目的主要在于保证施工安全，因此应特别重视隧洞施工开挖，隧洞开挖应遵循“短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤监测、稳步前进”的原则。应将开挖、支护、监测有机结合起来，弱爆破有利于保持围岩完整性和稳定性，减少支护工程量，加强施工期监测能为隧洞施工提供可靠的信息和依据，并能及时监视和预报险情，确保施工期间安全，同时检验施工及支护效果，以便于调整施工方法和支护形式。

[1]张永刚.万家寨引黄工程南5号隧洞出口土洞段施工方法[J].山西水利科技,1997(02):58-61.

[2]谢江松.双溪水电站导流隧洞支护设计优化简介[J].人民珠江,1998(01):49-50.

1007-7596(2014)12-0114-03

2014-08-16

杨元红(1986-)，男，贵州黔西人，助理工程师，从事水工结构设计研究；吴鸿(1986-)，男，侗族，贵州玉屏人，助理工程师，从事水工结构设计研究；王青(1987-)，男，江西南昌人，助理工程师，从事水工结构设计研究。

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