浅埋压力输水隧洞超前支护的研究

马亮

（辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110013）

长大型压力输水隧洞采用浅埋布置优缺点并存。优点：长距离输水隧洞往往布置支洞增加工作面以缩短工期，浅埋布置可以缩短支洞长度，缩小支洞进口与主支洞交叉点落差，降低支洞施工时间和施工难度；隧洞承受内水压力低；浅埋布置由于洞室高程较高，可以通过自流方式向支线供水，减少水头损失，免去支线配水站设置的泵房等提水设备等等。缺点：浅埋洞室穿越的地质条件较差，施工难度较大。

1 工程概况

大伙房水库输水（二期）工程抚顺段经过工期、经济等各方面比较选择浅洞布置，线路经抚顺南郊全长29.1 km，形式以压力隧洞为主，长25.4 km，由10条主洞组成，断面为圆形，成洞直径6 m，主洞间由相同内径的压力钢管道连接。线路所处区域内地貌以低山丘陵区与河谷区组成，地形起伏较大，多呈不对称“U”字型。洞线穿越的地层岩性主要为太古代花岗质片麻岩为主，虽然整体以II，III类围岩为主，但IV，V类围岩占比相对较大，尤其在隧洞进出口段，多为页岩、泥岩、凝灰岩、辉绿岩等软岩，岩体破碎，风化严重。同时穿过洞线断层有9条，断层大多沿河谷发育，以较大角度与洞线斜交，部分地段洞室上部地表覆盖厚度只有9 m，地下水埋藏较浅。不良的地质条件对隧洞支护及衬砌的设计及施工提出了较高的要求。

2 施工过程

2.1 基础支护

工程隧洞采用新奥法进行施工，使用工程类比法，依据SL279-2002《水工隧洞设计规范》和GB50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术规范》有关规定确定支护参数。II，III类围岩采用喷混凝土与局部锚杆、钢筋网片结合的支护方式，IV，V类围岩采用喷混凝土、钢筋网片与系统锚杆结合钢支撑的支护方式，并钢支撑的间距视岩石的破碎情况适当加密。

2.2 超前支护

1）地质预报体系和超前地质勘探

从大量的隧道工程施工实践总结的经验看到，由于地质勘察精度、经费等诸多条件的限制，根据地面钻孔方法得出的地质勘察资料与实际不符的情况屡有发生，由此而来的隧道洞内塌方、涌水、岩爆等灾害时有发生，对隧道施工安全造成极大的危害。因此，在隧道施工期间，采用各种技术和方法对隧道掌子面前方地质情况进行及时准确的预测，是避免、减少灾害造成损失的重要环节。工程各施工单位均被要求配置多名专业地质人员，在每循环进尺前对掌子面进行地质描述，建设方聘任的地质专家每开挖支护20 m后到现场，通过地质描述和实际围岩状态确定前方20 m的围岩类别和采用的支护方式。一旦发现岩石破碎、超挖严重、地下水发育等情况，地质专家会视需要启动超前地质勘探。工程采用超前水平钻孔（长30 m，孔径75～108 mm）进行施工期掌子面前方超前地质勘探，这也是目前国内外输水隧洞超前地质勘探最直接的方法。其通过钻孔钻进速度和取芯强度指标，判断前方岩体完成程度指标及地下水发育等诸多方面情况。

2）超前锚杆与超前小导管注浆

超前锚杆支护是利用锚杆焊接在稳定的钢支撑形成悬臂梁固端，末端承受开挖后，围岩应力释放产生的重力和挤压力这一理论，对掌子面前方拱部有可能塌落的岩石块体进行超前预支护。工程隧洞开挖过程中，多次出现洞室揭露出岩石完整性较好，但在起拱线以上出现明显解理发育，向前开挖有出现顶部塌落的情况，针对这种情况，施工中采用了钢拱架联合超前锚杆支护、短进尺、支护紧跟开挖的方法，效果明显。

超前小导管注浆是超前锚杆的一种拓展，具备超前锚杆用途的同时，还具有固结开挖洞室前方破碎围岩的效果。隧洞工程开挖过程中，遇到大小断层多次，断层填充物复杂、破碎，同时多次穿越河谷段，砂砾层反复出现，再加上洞口覆盖层岩石往往较破碎。单纯地使用超前锚杆不能够保证施工质量，破碎的石块通过锚杆间空隙掉落，洞室顶部出现空腔，回填困难并造成极大的安全隐患；使用适合级差地质条件的长大型注浆管棚则严重影响工期，造成投资增加。针对此情况，超前小导管注浆技术在工程中大量应用。环向布设的超前注浆小导管，可以将开挖掌子面前方的破碎岩石固结，形成一道环形壳体，保证自稳的同时，通过小导管将壳体外部岩石重力及挤压力传导至已架稳的钢拱架上，同时对裂隙水有控制作用，考虑到岩石破碎程度，可选择单环或双环布设。超前注浆小导管的合理使用，保证了隧洞工程开挖过程中在不良地质条件下安全、快速通过。

3）经验总结

由以上总结的实际经验可以看出，超前锚杆适用于支护裂隙明显但完整性较好的围岩，这种岩石较容易成孔，利用锚杆的刚度承担前方可能产生的较大块岩石塌落，工序简单易行；超前注浆小导管则更适用于岩石破碎带这种钻孔阻力小，但成孔效果差的岩石，通过改造钻机或直接将头部削尖的钢管顶入岩体，以适合的压力将水泥浆压入钢管，浆液通过钢管壁上预钻的小孔进入岩体，水泥浆凝固后与钢管周围破碎岩石紧密结合，形成环状壳体，开挖后，此壳体具有承受外部岩体自重挤压的能力。

3 结 语

压力隧洞浅埋布置相对于深埋布置具有种种优势，但工势要面对较差地质条件。根据精密的地质预报，准确地判断掌子面前方围岩情况，选择合理的超前支护方式，是保证隧洞工程开挖过程中安全和质量的关键，同时也决定了工程的投资与进度。隧洞施工作为地下工程，结构设计和施工安全更应得到重视，涉及到的理论依据和设计、施工规范应更加完善具体。

［1］何发亮，李苍松.隧道施工期地质超前预报技术的发展［J］.现代隧道技术，2011（03）.

［2］陈军.超前小导管注浆技术［J］.城市建设理论研究，2013（12）.