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隧洞收敛变形处理

广西快乐十分官网 www.5q7y7.com 招投标中心  崔晓云

 

1工程概述

山西省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,终止于闻喜县境内的吕庄水库,线路总的走向为东南~西北向,总长度59.6km。

工程的主要任务是解决运城市的盐湖区、闻喜县、绛县、夏县、垣曲县五县区农业灌溉、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63.58万亩。

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

7#支洞控制主洞范围23+295~26+860,长3565m,其中上游约长1585m,下游约长1980m。7#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,高跨比为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)凝灰质粘土岩夹紫红色泥岩,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施工中问题

原设计开挖、钢拱架支护洞段桩号24+980~25+015从9月~11月收敛变形尤为严

重(图1断面观测点位置设计):

 

          图1断面观测点位置

桩号24+980~25+015洞段布置5个观测断面,开挖支护1天内每4小时测1次;3天内每8小时测1次;7天内每天测2次;15天内每天测1次;超过15天每周测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。

桩号24+980~25+015变形未处理洞段布置5个观测断面,开挖支护1天内每4小时测1次;3天内每8小时测1次;7天内每天测2次;15天内每天测1次;超过15天每周测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(GB50086-2001)》、《水利水电工程喷锚技术规范(SL377-2007)》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U0=0.016×5=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收敛变形原因浅析

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)凝灰质粘土岩夹紫红色泥岩,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,形成粘土矿物质,微具膨胀性,受断层和超覆沉积角度不整合构造控制,凝灰质粘土岩呈碎裂结构,完整性、稳定性差,洞室易变形;凝灰质粘土岩受地下水作用,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,换拱加强一次支护方案对于收敛变形洞段是行之有效的,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1m~2m处出现纵向贯通裂缝,缝宽5mm~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,针对目前实际情况,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)如下:

①隧洞顶部钢拱架出现扭曲变形、混凝土掉块严重、侧拱及仰拱也严重变形,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Φ20钢筋纵向连接,间距1m,保证换拱施工期间安全。待其它部位更换加固完后,在该洞段每两榀间增加一榀钢拱架换拱加固。

②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,再进行扩挖换拱作业,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。

③侧拱换拱后及时进行混凝土喷锚支护,与钢拱架外侧喷平。

④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Φ20钢筋@200mm×200mm,混凝土?;げ愫穸?cm)。

根据施工情况,若围岩较松散,侧拱则安装双拱,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

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。

隧洞开挖后产生的收敛变形主要来自于开挖(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,换拱施工期间为保证施工安全,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。安装一榀固定一榀喷护一榀,并加强变形观测,确保施工安全。

 

作者简介:崔晓云,女,1973年出生,2011年毕业于中南大学土木工程专业,工程师。

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