大伙房输水工程特长隧洞衬砌选型及支护系统优化研究

朴春红

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳　110166）

大伙房输水工程特长隧洞衬砌选型及支护系统优化研究

朴春红

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110166）

大伙房输水工程特长隧洞主洞长为85km，开挖洞口直径为8m，是相对较长的隧洞。隧道开挖时常通过修建衬砌为主、钻眼爆法为辅的联合方式进行开挖。施工期间必然会遇到一些复杂地段，需要因时因地的选取衬砌的种类。本文采取理论分析和现场勘查，深入研究制约衬砌类型选取的因素，并对不同种类衬砌样式的优缺点进行分析，选取合理的衬砌类型在大伙房输水工程中应用。

输水隧洞；特长隧洞；敞开式衬砌；锚喷支护

1　工程概况

大伙房输水工程特长隧洞长85km，施工洞口直径8m，是相对较长的隧洞。地处于辽宁省新宾县区域，其主要任务是给本省西南部供水。工程竣工后，根据2020年的用水计划可以得知:中部地区7个城市的用水量将会相应的增多6.68亿m3，使用人口将达到1300万，经济水平也相应的提升，经济收入增多4900亿元。在距离进水口一侧25km处，为进行钻爆法开挖的地段，距离出水口60km处为衬砌开挖地段，衬砌1标长度为21km，衬砌2标长度为20km，衬砌3标段长度19km［1-2］，如图1所示。

图1　大伙房水库输水隧洞施工现场

2　隧洞主要工程地质问题

2.1围岩稳定性

该区域围岩适合衬砌作业，但是围岩中夹杂着大量的断层和破碎带，对围岩的安全性和稳定性造成威胁。围岩在隧道穿越地段强度较高，主洞线上很多断层的埋置深度较深，在研究的29条断层内，尤为突出的断层是压扭性的中、小型断层。

2.2隧洞涌水

一般隧洞下面的水位比较浅，分布在水位线之下，岩层富水成分比较少，地下水的循环比较慢。但是，施工期间，对于裂隙岩体都会出现大量的渗水。对于低洼沟谷、断层利用地段等富水性与透水性较强的地区，就会引起涌水现象。

3　衬砌施工存在的主要问题

和传统钻爆法比较，如今的衬砌施工法相对来说具有效率高、速度快、质量好、安全性比较高的特点。不但如此，开挖时简单便利，可以减少劳动力，有利于进行综合管理。但是衬砌仍然有许多缺陷:对复杂环境的适应能力比较差，在选定施工断面的尺寸之后不易更改，尤其在一些断层地带，其远不及传统钻爆法方便简单。进行衬砌修筑时，设计必须要有一定的周期，衬砌和安装之前需要做好准备，一次性投资费用很多，尤其是仪器所占的比重最大。因为是一体化工程，各阶段之间的紧凑度比较高，因此需要提高员工的技术能力［3］。

4　大伙房输水工程特长隧洞衬砌选型需考虑因素

4.1地质因素

在选取衬砌的类型时，需要考虑以下地质因素:ⓐ砂性土构成的膨胀性围岩地段，塑性软弱围岩的压力比较大，这样的围岩由于强度较低，所受的围岩压力过大时，就会造成收缩的场面，使得掌子面失稳，不适合衬砌施工；ⓑ碎裂的岩石和断裂的岩层之间存在较大的断层带，此地段的围岩自稳性非常差，同时大部分地带还有大量的水分，故不适合用衬砌开挖；ⓒ进行衬砌施工过程的复杂性和岩石土体的力学性能紧密相连，往往选取抗压强度作为评定的标准，必须要保证抗压强度小于2000MPa，才适合用衬砌施工；ⓓ岩石土体的裂隙度将会严重制约衬砌施工的速度。

4.2设备性能

衬砌有上面所述的优势，但隧洞施工地带也含有太多不确定因素，主要是受制于施工地段预测地质资料和实际地质状况所产生差距的大小；同时也受制于技术人员面对多变地质条件的应变能力和创新能力。经验丰富的建设单位，能够明显降低出现风险的概率，把衬砌的优势完全展现出来，同时能够把施工组织管理过程放在主要地位。对施工人员进行一定的技能训练，学习科学管理手段，合理安排组织结构，是衬砌施工成功的首要条件［3-4］。

5　衬砌隧洞支护系统优化

5.1衬砌结构选择

在进行隧道衬砌的过程中所选用的支护方法包含:锚杆支护、喷混凝土支护、钢拱架支护、混凝土衬砌、注浆和相互组合的方式等，按照不一样的围岩体质和开挖方式选择最好的支护方法［5］。

衬砌所选用的方式主要有两种类型:第一种是锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌；第二种为管片衬砌，如图2所示。其隧道的断面类型大多数接近圆形，围岩性能比较好，利用管片形式可以达到隧道长期运行的目标。但是锚喷支护相对来说比较简单方便，同时对复杂地形的适应性强，尤其是在一些不良状况下其优点更加突出。大伙房输水工程特长隧洞使用了敞开式衬砌开挖后选择锚喷+模筑混凝土复合衬砌方式，主要是全面分析了以下几种原因:

a.进行衬砌开挖，围岩受到的影响比较小，需要分布开挖支护，选取锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌能够满足NATM法的原则［6］。

b.进行锚网支护的基础之上，需要添加二次模筑混凝土，目的是为了增大结构的安全指标，降低粗糙率，不但能够提升安全感还能够降低部分水流造成的损失。具体情况如图3所示。

c.锚喷支护+二次模筑混凝土衬砌，其步骤之内的止水和排放水的技术能力已有所改进，但是主要的问题在于管片的止排水。具体情况如图4所示。

d.采用锚喷支护+模筑混凝土衬砌，可以在各个支撑上安置普通混凝土拌和站，占用面积小。

图2　锚喷支护复合衬砌

图3　衬砌隧道不同支护结构型式洞内情况

图4　管片接头的漏水施工

5.2衬砌隧洞支护参数设计

5.2.1锚喷支护参数设计

锚网支护的种类主要包含锚杆、喷射混凝土、钢筋网以及钢架等组件构成的联合支护。所选用的混凝土等级是C25，并且围岩的黏结强度要大于0.8MPa。为提高混凝土的抗渗性、耐久性，在混凝土中添加无碱速凝剂、高效减水剂及其他外加剂，同时掺入4%～8%的微硅粉。锚喷支护根据类比的方式来计算支护的种类和参数［7］。参考相关的规范和工程案例，给出预支护参数，具体如下表所列。

衬砌工段锚喷支护参数表

5.2.2二次模筑混凝土衬砌

针对Ⅲ～Ⅴ类围岩，在初期阶段需完成锚喷支护，等到围岩的变形不发生变化之后，需要进行二次模筑混凝土衬砌的施工。为了达到锚固的目标需要做到下面的要求:

a.全面思考围岩的性能，包含不均匀性、支护材料质量的离散性、锚杆腐蚀等不可预测的影响因子，以及衬砌在开挖支护时会受到一些不稳定因素的影响等，以上所有的情况都要在衬砌的条件下达到安全目的，提高支护的安全系数［8］。

b.要深入研究外界环境中作用力的变化和材料质量问题，不断改善结构的使用年限和安全性能。

c.Ⅲ～Ⅴ类围岩开展的二次模筑混凝土衬砌，能够降低水流面的粗糙情况，在必须要有引水流量时，务必使各式各样围岩之间保持平衡的状态［9］。

6　结论

针对大伙房输水工程特长隧洞衬砌选型及支护优化技术研究，考虑大伙房输水工程特长隧洞的现场情况，只有通过敞开式衬砌的方法，才能够解决围岩安全性、隧道出水、石英砂岩的掘开挖进度和围岩爆破等难题。大伙房输水工程特长隧洞开挖及衬砌施工都达到了国际水平，对以后衬砌种类的选取和隧洞支护的完善具有重大意义。大伙房输水工程特长隧洞修建的实践经验表明:特长输水隧洞选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构取代管片衬砌结构，不但能够满足工程需要，还经济合理。■

［1］张成平，张顶立，王梦恕，等.高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究［J］.岩石力学与工程学报，2007 （11）:2270-2276.

［2］徐杰.花渔洞水库新建输水隧洞土围堰设计与施工［J］.水利建设与管理，2011（12）:25-26.

［3］高素丽.辽河流域河道生态工程建设方案［J］.水土保持应用技术，2011（6）:35-38.

［4］胡精美.大伙房水库输水隧洞工程施工方法应用探析［J］.吉林水利，2015（10）:60-62.

［5］张军伟，梅志荣，高菊茹，等.大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究［J］.现代隧道技术，2010 （5）:1-10.

［6］夏建军.胶结材料筑坝技术在白土岭水电站的应用［J］.中国水能及电气化，2014（11）:14-16.

［7］闫国保.山西省大水网工程无压输水隧洞标准化设计［J］.水利规划与设计，2015（9）:94-98.

［8］袁剑军.土石坝防渗墙黏土混凝土材料的工程应用初探［J］.水利建设与管理，2013（2）:33-35.

［9］魏永庆，杜士斌.大断面超长输水隧洞的施工特点［J］.水利水电技术，2006（3）: 8-11.

Study on super-long tunnel lining model selection and supporting system optimization in Dahuofang Water Conveyance Project

PIAO Chunhong
（Liaoning Runzhong Water Supply Co.，Ltd.，Shenyang 110166，China）

Main cave of super-long tunnel in Dahuofang Water Conveyance Project is as long as 85km.The diameter of the excavation tunnel entrance is 8m，and the tunnel belongs to relatively long tunnel.Tunnel is generally excavated by the combined mode of lining construction as main method and drilling blasting method as auxiliary method.Some complex sections must be encountered during construction，therefore lining categories are selected according to time and place.In the paper，theory analysis and field exploration are adopted for in-depth study on factors restricting lining model selection. Advantages and disadvantages of lining models in different categories are analyzed.Rational lining models are selected and applied in Dahuofang Water Conveyance Project.

water conveyance tunnel；super-long tunnel；open lining；anchoring and shotcreting support

TV672+.1

A

1005-4774（2016）05-0033-04

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.009