(山西省东山供水工程建设管理局 山西太原030024)
山西省晋中东山供水工程输水线路某隧洞为无压输水隧洞,断面形式为城门洞型(净宽2.5 m,净高2.96 m),洞段长约4.938 km,施工布置1 条支洞(长度为311.14 m),工期1 158 d(约38.6月),采用全断面钢筋混凝土衬砌。
工程所在区域属温带大陆性季风气候,四季变化明显,雨热同季,其特点是冬季漫长(5 个月)、寒冷、多降雪、最大冻土深度92 cm。
支洞支0+022~支0+000 段以及主洞SBE26+905.234~SBE26+855.234 段为支洞与主洞交叉段范围,设计围岩地质为:支洞支0+022~支0+000 段洞身围岩为三叠系下统和尚沟组紫红、砖红色泥岩,砂质泥岩夹薄层细粒长石砂岩,围岩类别为V 类围岩;主洞SBE26+905.234~SBE26+855.234 段隧洞通过底层为三叠系下统和尚沟组紫红色泥岩夹浅红色-灰红色薄层中细粒砂岩。层状结构,块状构造。泥岩岩性较软,砂岩岩性坚硬。隧洞围岩为二叠系中统和尚沟组泥岩,该段岩层为单斜岩层,岩层产状N10°~15°E 和N W∠5°~17°。岩体中主要发育N40°~45°E 和N 35°~40°W 两组高倾角节理裂隙,围岩类别为V 类围岩。
由于工程工期紧,且工程所在地冬季漫长(5 个月),寒冷、多降雪,冬季施工洞外骨料拌和质量保证难度大、费用高。故将主支洞交叉段由原设计“人”字型变更为“T”字型设计(具体主支洞交叉段开挖支护形式变更此处不做详细比对)。
根据安全适用的基本原则,交叉口支洞设置18 m阔挖段,主洞设置40 m 阔挖段,以满足平板车运输,洞内车辆停放、修理,高压进洞,通风机布置,洞内骨料拌和等需要。交叉口(abcd)采用门架挑顶施工方案,采用全断面法开挖施工(根据实际围岩地质情况可更改为上下两台阶法开挖施工)。具体平面布置如图1所示。
图1 主支洞交叉段平面布置图
①测量放线→②设置超前小导管→③爆破→④设置钢拱架→⑤锚杆支护及挂网喷护。
4.1.1 超前注浆小导管
超前小导管采用Φ42 无缝钢管制作,长度3.5 m,导管前端制作为10 cm 的圆锥状,导管末端设置Φ6钢筋加固环,距离导管末端20 cm 处向导管前端开注浆孔,孔距15 cm,梅花布置。超前小导管沿拱顶全弧段开挖轮廓线布置,间距40 cm,外插角度控制在3°~5°,导管搭接长度不小于1 m,外露部分与钢拱架焊接连接。注浆材料采用纯水泥浆液,注浆参数视围岩揭露情况现场试验确定。
4.1.2 爆破
根据围岩地质情况(V 类)采用光面爆破设计;掏槽采用楔形孔掏槽;周边孔采用Φ25 药卷间隔装药;爆破网络采用非电毫秒塑料导爆管雷管连接,电雷管起爆;爆破循环进尺控制在1 m~1.2 m。
爆破流程:爆破准备→测量放线→钻孔→清孔→炮孔检查→装药→爆破网络连接与检查→起爆→通风排烟与排险→爆渣清理。
从开挖断面中心按照开挖轮廓线型式向外间隔70 cm 辐射依次布置掏槽孔、崩落孔(辅助孔)与周边孔(拱顶孔、边墙孔、地板孔),钻孔深度为1.2 m,孔径为42 mm。掏槽孔孔距为62 cm,掏槽角度控制在65°~70°;崩落孔(辅助孔)孔距为80 cm,钻孔方向垂直于开挖断面;周边孔孔距为50 cm,拱顶孔及边墙孔眼底稍向轮廓线外偏斜10~15 cm,底板孔孔口高出地板10~15 cm,孔底向下倾斜且低于地板标高15~20 cm。具体爆破参数如表1所示。
4.1.3 设置钢拱架
钢拱架采用18#普通工字钢制作,并设置底梁,形成封闭钢拱架。每榀支护间距按1 m 进行控制,视实际围岩情况钢拱架支护间距可适当减小或增大。钢拱架之间在顶拱及侧墙均匀布置Φ25 联系筋,必要时顶拱联系筋可采用12#工字钢代替。
表1 围岩爆破设计参数表
4.1.4 锚杆支护及挂网喷护
顶拱120°范围内,设置Φ25 钢筋砂浆锚杆,若塌孔严重可用自进式锚杆替代。锚杆间排距1 m,角度与水平夹角不小于70°,锚杆末端与Φ8@150 mm 钢筋网焊接,网片搭接长度不小于3 cm。挂网完毕后喷射15 cm 厚C20 素混凝土进行封闭。若围岩渗水严重设置Φ42 注浆超前小导管作为渗水通道,后期兼做封堵灌浆管使用。
①支洞施工至支0+024 桩号后,进行支洞阔挖段锁口施工(开挖及支护参数按A-A 断面开挖支护施工)→②锁口段施工至支0+022 桩号后,向进洞方向左侧单侧开始阔挖(开挖及支护参数按B-B 断面开挖支护施工)→③按照B-B 断面施工至0+000 桩号后抵达主洞,主支洞交叉段abcd 由ab 面向cd 面施工(开挖及支护参数按D-D 断面开挖支护施工)→④按照D-D 断面施工完成交叉段abcd 施工后,由ad 面和bc 面分别向主洞下游扩挖和主洞上游扩挖(ab 面和bc 面钢拱架支护形式由D-D 断面支护形式变换为C-C 断面支护形式)→⑤按照C-C 断面施工至桩号SBE26+905.234 和SBE26+865.234 后进入主洞按原设计支护支护参数开挖支护施工。具体开挖支护参数如图2、图3、图4、图5所示。
图2 A-A 剖面图
图3 B-B 剖面图
图4 C-C 剖面图
图5 D-D 剖面图
该主支洞交叉段开挖支护完成后,依据后期变形观测及后续施工效果分析,认为该主支洞交叉段施工质量良好,满足了冬季施工洞内骨料拌和的空间及质量要求,取得了预期的施工效果,为同类工程施工可提供一定的参考价值。