王萍

（桓仁县水务局，辽宁 本溪117022）

1 工程背景

观音阁输水工程位于辽宁省中北部的太子河干流上，是将观音阁水库的水利用输水隧洞和输水管线输入下游本溪市境内的大型输水工程[1]，工程建成之后可以有效缓解本溪市城区和新城规划区域的用水紧张问题。该工程主要由取水头部、输水隧洞、输水管道、配水站及分支管线等工程构成。观音阁水库为太子河干流上的大型水库，正常蓄水位255.2m，总库容14.20亿m3，水库的静调节水量为7.17亿m3，可供水量为4.11亿m3，可以有效保证工程的供水需求。

观音阁输水工程输水隧洞的一标段主要穿越元古界沉积岩地层，埋深较大，在桩号18+811—26+489洞段存在中厚-厚层粉状砂质泥岩夹泥质粉砂岩洞段，洞段的围岩类别以Ⅲ类为主，前期的地质勘测显示该洞段地应力水平较高，且地下水赋存比较丰富，具备发生中等挤压和严重挤压变形的条件[2]。因此，围岩岩体的蠕变力学行为是设计施工中必须要考虑的问题。在诸多岩石流变现象中，蠕变是地下洞室工程施工中最为常见的破坏因素之一[3]。在地下洞室工程施工过程中，由于诸多人为因素的扰动，原本的应力平衡状态被打破，开挖出露的岩体已经卸去原有的压力，造成应力分布由原来的三向分布变为双向分布，进而促进围岩的加速蠕变，范围将达到开挖半径的3～5倍，传统的支护加固方案并不能保证该洞段后续施工和运行期间的安全性[4]。基于此，此次研究以具体的工程背景为依托，针对围岩的蠕变特性，提出一种在时间和空间层面均能有效控制围岩蠕变的支护技术，以便为相关类似工程施工提供借鉴和指导。

2 富水蠕变岩洞段双层锚注支护技术工艺

2.1 支护原理和原则

受到施工扰动作用的影响，研究洞段的地下水会进一步向岩体裂隙中渗透，并通过与岩石中的黏土矿物结合破坏岩石结构[5]。由于岩石的蠕变是一个长期过程，可以分为加速变形、恒速变形、减速变形的阶段。因此，隧洞开挖之后的加速变形阶段并不是最佳的支护加固时机，应在岩体变形释放的工程力和本身的自撑力达到耦合最大时，再进行支护加固[6]。根据工程经验和研究洞段的地质特点，应在开挖之后的20～40d内完成支护加固。

双层锚注支护技术的基本原理是由输水隧洞的表面向深部，通过锚杆和注浆形成两层支护加固圈层，两者共同作用，达到抵御隧洞围岩变形的目的。同时，在加固施工过程中，两层锚注层要具有一定的时序性，使围岩内部难以控制的能量能够进一步耗散，保证隧洞的长期稳定性。主要施工内容：

1）浅部锚杆支护。在输水隧洞开挖完毕之后，利用锚杆对隧洞的浅部围岩进行主动控制，形成以锚杆为主的隧洞围岩浅部控制结构。

2）深部锚索支护。在构建起浅部锚杆支护结构之后，在深部围岩部位实施锚索加固措施，构建起深部围岩变形控制结构，而锚索本身可以在深浅两个加固结构之间起到连接和协调作用。

3）浅部注浆加固。在研究洞段的浅部围岩中实施注浆作业，与前期的锚杆支护结构共同构成锚注层加固体系，进一步提高浅部围岩的强度和承载力。

4）深部注浆加固。在研究洞段的深部围岩中实施注浆作业，与前期的锚索支护结构共同构成锚注层加固体系，进一步提高深部围岩的强度和承载力。

2.2 支护工艺流程

根据支护原理，提出研究洞段的分时、分段双层锚注支护加固方案，其具体的工艺流程：洞壁修整→初喷浆→浅层锚杆支护→深层锚索支护→复喷浆→浅层注浆→深层注浆→施工结束。在开挖洞段符合施工时间要求时，首先对隧洞的开挖表面进行必要的修整，然后进行初喷浆，提高围岩的完整性，进行浅部、深部的锚杆、锚索及相关附属结构支护和复喷浆，最后进行浅层和深层注浆，最终形成双层深浅锚注支护结构体系。

2.3 支护工艺参数

结合相关工程经验和研究洞段的实际情况，以及双层锚注加固的工艺需求，确定施工工艺参数：

1）在洞壁修整方面，主要是对开挖完成的洞壁进行复查，清除洞壁表面的浮石，同时凿毛洞壁；洞壁的初喷和复喷作业均采用C25水泥砂浆，厚度设计为5cm。

2）浅层锚杆加固采用长2.5m、直径20.0mm的钢筋锚杆；锚杆的间距和排距为1.0m，呈梅花型排列，根据隧洞开挖参数，每排锚杆包括11根，其中拱顶4根，左右边帮各设置2根，底板3根，锚杆的布置方向与开挖面垂直。

3）深层锚索支护的设计要与锚杆交错布置，排距和间距与锚杆设计一致。在锚索布置过程中，在孔中安装注浆管，为全断面注浆使用。锚索的长度为8.0m，采用直径为17.8mm的高强度低松弛钢绞线，其导向帽采用长0.4m的钢管。

4）浅部注浆的注浆孔钻孔直径为50.0mm，深度为2.5m，间距为1.8m，排距为2.0m，注浆管的直径为42.0mm，长度为1.5m，注浆压力设定为3.0MPa；深部注浆利用与锚索同时安装的注浆管实施，注浆压力设定为7.0MPa。

5）正常注浆采用P.O42.5普通硅酸盐水泥和ACZ-1添加剂制作的纯水泥浆液，其中添加剂的用量为水泥重量的9.5%，水灰比为0.8∶1。在需要大范围堵漏注浆时，则采用水泥-水玻璃双液浆进行注浆，其中水泥浆的配比不变，水泥浆和水玻璃的体积比为1∶0.5，模数为2.7～3.1。

6）在注浆的时机选择方面，按照先进行浅部围岩注浆，后进行深部围岩注浆的总体原则实施[7]。其中，浅部注浆在5排注浆管安装完毕后立即进行，并在注浆完毕1d之后进行同位置的深部注浆作业。在同断面的注浆顺序上，应该先进行拱腰部位的注浆，然后进行顶拱部位的注浆，最后进行底板部位的注浆。

3 支护效果监测与评价

为了对表面位移和地下洞室工程的支护效果进行直观反映，采用表面位移监测的方法对支护方案的支护效果进行评价[8]。首先按照已制定的支护方案，在研究洞段桩号18+820—18+840的洞段进行开挖支护施工，并对试验洞段的表面位移进行监测。研究中共设置2个监测断面，其中1号监测断面设置在18+827部位，2号监测断面设置在18+833断面部位。每个监测断面设置3个监测点，分别在拱顶、拱腰和底板部位，监测的频率为每天一次，监测时间为50d。根据监测数据，绘制出如图1所示的2个监测断面不同监测点位的位移变形与时间之间的变化关系曲线。

图1 监测断面位移随时间变化曲线

由图1可知，1号断面与2号断面呈现出类似的特征，在支护完成10d时，隧洞拱顶、拱腰和底板的位移变形量1号断面分别为111，191，60mm，2号断面分别为117，228，80mm；变形速率1号断面分别为11.1，19.1，6.0mm/d，2号断面分别为11.7，22.8，8.0mm/d。由此可见，支护完成初期的隧道围岩变形量较大，且拱顶和拱腰的位移变形明显大于底板。在支护完成20d时，隧洞拱顶、拱腰和底板的位移变形量1号断面分别为201，374，142mm，2号断面分别为224，375，170mm；变形速率1号断面分别为10.5，18.7，7.1mm/d，2号断面分别为11.2，18.75，8.5mm/d。除了底板之外，其余部位的变形速率呈下降趋势。在支护完成34d（1号断面）和33d（2号断面）之后，位移变形逐渐趋于稳定。

综上所述，在隧洞开挖支护完成之后，围岩的变形量随时间的增加而增加，但是增加的速率逐步减小，最终趋于稳定，这说明本文提出的支护方案可以有效控制围岩蠕变的有害变形，保证输水隧洞的安全稳定。

4 结语

粉质砂泥岩在富水高地应力的双重作用下，会呈现出十分显著的蠕变效应，成为该地质环境下地下洞室工程开挖和支护过程中必须要考虑的重要因素。此次研究提出的支护方案可以有效控制围岩蠕变的有害变形，保证输水隧洞的安全稳定，对相关类似工程具有较强借鉴意义。当然，蠕变效应问题是地下洞室工程建设领域的重要课题，在今后的研究中需要针对围岩岩体强度低，岩体破碎度高不易支护等问题进行深入研究，为类似工程施工建设提供更多的理论和实践支持。