小浪底引黄工程隧洞收敛变形处理措施简述

崔晓云

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

小浪底引黄工程隧洞收敛变形处理措施简述

崔晓云

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

塑性围岩洞段收敛变形呈周期性变化，对施工有较大安全隐患，通过收敛变形观测，分析变形数据，选择科学合理的处理方案，是保证隧洞施工安全的必要条件。介绍了小浪底引黄工程概况，对施工中出现的收敛变形问题进行了分析，并提出了相应的处理措施。

软岩；山岩压力；收敛变形；隧洞

1 概述

小浪底引黄工程位于山西省运城市，北依吕梁山与临汾市接壤，东峙中条山与晋城市毗邻，西、南与陕西省渭南市、河南省三门峡市隔黄河相望。引水干线起始于垣曲县境内板涧河河口右岸的小浪底水库库区，终于闻喜县境内的吕庄水库，线路总体走向为东南—西北向，总长度59.6km。工程主要任务是解决运城市盐湖区、闻喜县、绛县、夏县、垣曲县5县（区）农业灌溉、工业及城镇生活、生态用水问题。年引水量2.47亿m3，其中农业灌溉1.16亿m3，工业和城镇生活供水1.16亿m3，生态用水0.15亿m3，设计流量20m3/s，灌溉面积4.24万hm2。

施工Ⅴ标主要工程内容：2号隧洞20+250—34+ 090，主洞长13.84km；设计有6号，7号，8号，9号施工支洞4条，长约3km。

7号支洞控制主洞范围23+295—26+860，长约3565m，其中上游长约1585m，下游长约1980m。7号施工支洞地处毛家湾镇的刘家沟，位于主洞桩号24+ 880处，与主洞交角46°50′55″，支洞进口底高程617.3m，与主洞相交处洞底高程489m，支洞0+000—0+500段纵坡为14.5%，0+500—0+810.76段纵坡为16.26%，0+ 810.76—0+825.58段为平洞段，支洞总长834.92m。

主洞断面为城门洞形，Ⅴ类围岩设计开挖断面尺寸4.84m×5.81m（宽×高），设计纵坡1/3000，跨度小于10m，高跨比1.2。桩号24+932—25+015洞段围岩为元古界震旦系下统许山组（Z1x）凝灰质黏土岩夹紫红色泥岩，为沉积火山岩建造，为软质岩，具膨胀性、收敛塑性变形，湿水塑性变形严重。通过收敛变形观测，分析变形数据，选择科学合理的变形处理方案，保证隧洞施工安全，快速通过变形洞段。

2014年5月15日施工至桩号24+948时，桩号24+ 932—24+938洞段隧洞径向变形BC累计变形值最大499mm，远超变形允许值80mm；5月20日对变形段24+912—24+947扩挖换侧拱、加底梁全断面钢支护措施，目前该洞段处于相对稳定状态。

2 施工存在问题

原设计开挖、钢拱架支护洞段桩号24+980—25+ 015从9—11月收敛变形尤为严重。桩号24+980—25+ 015洞段、变形未处理洞段各布置5个观测断面，开挖支护1d内每4h测1次；3d内每8h测1次；7d内每天测2次；15d内每天测1次；超过15d每周测1次、雨季根据实际情况加大观测次数。本次收敛变形采用钢尺式收敛计，各量测点均设在距开挖掌子面0.8m处，在工作面开挖后12h内和下次开挖前测取初读数。

根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》《水利水电工程喷锚技术规范》和隧洞收敛变形监测有关技术要求：24+980—25+015洞段围岩类别为Ⅴ类，埋深150～300m，为软质岩，其最大允许变形值80mm，沉降观测点A变形速率允许值不大于0.1mm/d、收敛变形速率允许值不大于0.2mm/d。

11月，断面25+001沉降观测点A沉降累计值67mm，下沉速率0.14～42mm/d；径向变形BC累计变形值499mm，变形速率1.56～37.1mm/d，沉降观测点A、径向变形BC远大于规范允许值。

3 收敛变形原因

洞室开挖形成的临空面在山岩压力作用下，软性岩塑性变形严重，径向变形尤为严重；本洞段为元古界震旦系下统许山组（Z1x）凝灰质黏土岩夹紫红色泥岩，为沉积火山岩建造，软质岩，凝灰质含有辉石质物质，具有绿泥石化和高岭石化现象，形成黏土矿物质，微具膨胀性，受断层和超覆沉积角度不整合构造控制，凝灰质黏土岩呈碎裂结构，完整性、稳定性差，洞室易变形；凝灰质黏土岩受地下水作用，呈软塑状，湿水崩解迅速呈糊状，围岩膨胀增大，抗压强度低，稳定性极差，加速变形。

4 排险处理方案

前期扩挖换拱处理洞段已稳定，采用换拱加强一次支护方案对于收敛变形洞段处理，桩号24+980—25+015洞段变形情况（隧洞左右侧距混凝土底板面高1～2m处出现纵向贯通裂缝，缝宽5～10mm；顶部砼开裂掉块，裂缝长约10m；左右侧拱腿焊缝断裂；部分监测断面底梁凸起约26cm），该洞段前期钢拱架加底拱支护体系已失效，为保证施工期安全，拟对该洞段采用换拱处理方案（先换变形破坏严重洞段）。

第一，隧洞顶部钢拱架出现扭曲变形、混凝土掉块严重、侧拱及仰拱严重变形，首先在本洞段钢拱架之间增加9榀钢拱架做临时加固支撑，钢拱架之间用直径20mm的钢筋纵向连接，间距1m，保证换拱施工期间安全。待其他部位更换加固完后，在该洞段每两榀间增加一榀钢拱架换拱加固。

第二，对桩号24+980—25+015变形严重洞段侧拱及仰拱进行更换，首先对原洞室支护及底板进行拆除，然后进行扩挖换拱作业，换拱后不得侵占原设计二衬断面。安装钢拱架侧拱时，使顶部与原顶拱连接，钢拱架之间用I16或I20a工字钢进行纵向连接，侧拱和仰拱采用I20a制作，起拱5～8cm，安装时将起拱朝向岩面。

第三，侧拱换拱后及时进行混凝土喷锚支护，与钢拱架外侧喷平。

第四，换拱、喷护每完成4m，立即进行C20混凝土底板浇筑，底板混凝土厚40cm，布置直径20mm，间距200mm×200mm的钢筋，混凝土保护层厚度5cm。

根据施工情况，若围岩较松散，侧拱安装双拱，加强支护；若围岩较硬，开挖困难变形较小，则安装单拱；仰拱部位全部安装单拱。

5 结语

隧洞开挖后产生的收敛变形主要来自开挖（空间效应）和岩体流变（时间效应），目前桩号24+980—25+ 015洞段收敛变形已经稳定，2016年2月换拱后位移速度趋近于零，支护结构的外力和内力的变化速度也趋近于零。“换拱施工”是针对软岩收敛变形隧洞开挖行之有效的方法，为保证施工安全，换拱施工期间必须对原拱架进行必要的临时支撑加固，并派专人进行安全监护。同时安装一榀固定一榀喷护一榀，加强变形观测。

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1004-7042（2016）05-0041-02

崔晓云（1973-），女，2011年毕业于中南大学土木工程专业，工程师。

2016-03-20；

2016-04-23