软弱围岩开挖超前小导管的应用

王昭礼

(深圳市水务局,广东深圳　518001)

摘　要:介绍了在软弱围岩中使用超前小导管进行隧洞施工的方法。同时,在理论上对超前小导管的可靠性进行了定性分析。关键词:软弱围岩;超前小导管;深东供水中图分类号:TV 314;TV 52

文献标识码:　B

文章编号:100122184(2002)022*******

1　概　述

深圳市东部供水水源网络干线工程是引东江水至深圳,并连接域内各大型水库的跨流域引水工程,也是深圳市未来供水体系的骨干工程项目。网络干线东起龙岗区松子坑水库,经深圳水库库尾大望桥,西至宝安区西沥水库,全长471km 。其中3号隧洞是网络干线工程的关键性项目。3号隧洞进口位于深圳市布吉镇蚊帐顶,出口于南山区长源村长岭皮水库,隧洞总长12080.0m ,为无压输水隧洞,纵坡坡比1 3000,断面为城门洞型,净尺寸为4.2m ×5.3m (宽×高),直墙段高312m ,洞顶为R =2.1m 圆弧段,中心角180°

。由中水五局承建的3号隧洞F 2 标工程,起点于

宝安区龙华镇(桩号FK 6+050),终点于南山区(桩号FK 10+1981345),主体工程全长4148.345m 。2　工程地质和水文地质情况

工程区内地貌主要为丘陵谷地,区内地层岩性为沉积岩、岩浆岩和变质岩。工程沿线无大的不良地质现象。但受构造影响,岩性多变。3号隧洞F 2 标段围岩主要为 ～ 类,尤其在出口段(约300m 左右)从地表露出的岩石可以看出,围岩属全风化岩。地质勘探结果表明,在全风化岩层中,残留有花岗岩球体,风化球直径310～5.0m ,围岩不稳定或极不稳定,成洞条件差。隧洞出口段埋深浅,洞顶覆盖层最小厚度为314m ,其上部有二线公路和铁路通过。岩层风化裂隙较为发育,地下水丰富。地下水主要受大气补给,通过裂隙形式埋藏循环。3　软弱围岩段的主要施工方案

为了保证在软弱围岩洞段的施工安全和今后隧洞的安全运行,对 ～ 类围岩,开挖时采用浅孔小药量爆破,周边采用光面爆破。全风化岩中尽量采用人工开挖。初期支护采用挂网、锚杆、喷混凝土及钢格栅拱架的联合支护体系。

收稿日期:2001208219

施工程序:施工时,按下列程序进行。

钻孔→安装导管→注浆→开挖→喷混凝土→锚杆→钢格栅→喷混凝土

开挖前,首先在围岩的边顶拱处利用混凝土喷射机喷510c m 厚的混凝土,然后用YT 228型手风钻沿设计开挖线造孔,孔深315m ,孔径Υ45mm ,孔的外偏角为10°～15°。钻孔完成后进行小导管安装。小导管使用Υ32×3.25mm 普通钢管,导管长316

m ,外露115m ,每排17根,排距210m 。

导管安装完成后使用SGB 21型灌浆泵注浆加固围岩并堵水,灌浆压力≤0.25M Pa 。为保证围岩加固和堵水效果,灌浆使用525号超细水泥。灌浆结束后,进行开挖作业。开挖时,炮孔深度不得大于110m ,周边采用光面爆破。每茬炮后进行钢格栅安装,间距016～110m 。钢格栅安装完成后复喷≥10c m 厚的混凝土,然后进行下一循环。4　施工效果分析

采用超前小导管注浆及适时加强支护的施工方案,成功地完成了软弱地质条件下的隧洞开挖。 ～ 类围岩洞段开挖260m ,除个别部位由于在施工过程中超前小导管的角度偏小,强支护未及时跟进而造成局部坍塌、顶拱围岩变形沉陷外,没有发生任何安全问题,达到了预期的目的。

超前小导管实际上是超前锚杆的发展。从施工效果可以看出,超前小导管具有初期支护效果明显、施工性好、安全性高的优点。超前锚杆应用的部位是以预料发生坍塌的围岩为对象。超前锚杆的作用主要是围岩的变形,并在围岩内形成一个承载圈,锚杆与围岩共同作用,承受山岩压力,从而达到维护围岩稳定的目的。这实际上是新奥法的主要指导思想。从施工的实际效果可以看出,超前锚杆确实具有阻止围岩发生较大变形的能力。根据量测结果分析,超前小导管的部位与未进行超前小导管施工的部位相比较,其山岩压力减少70%左右。在施工中,既要考虑围岩随时间的变化,也要考虑随着掌子面的推

2

8第21卷第2期2002年6月四　川　水　力　发　电Sichuan 　W ater 　Pow er V o l .21,N o.2Jun .,2002

应用小导管施工的洞段,围岩主要为全、强风化岩体,岩层成倾斜状。失稳主要是岩层沿着层理面的滑动所造成的。滑动破坏的原因是因为开挖隧洞而引起的应力重分布造成的。由于滑动,层理之间分离,围岩断裂、弯曲而脱落。在地下水丰富的洞段,由于地下水的作用,从而更加剧了围岩的破坏。超前小导管是在应力重分布前打入的,小导管的约束作用向围岩提供了一个反力,从而保持和加强了围岩的自稳能力。在开挖过程中,通过超前小导管的锚固力和小导管体所具良好的抗拉、抗剪性能,增大了岩层结构面的摩擦,加强了围岩的稳定,从而有效地控制了层理间的滑动破坏,保证了施工安全。

5　结　语

综上所述,超前小导管实际上是在开挖前对围岩施加径向力,与径向锚杆一起作用,在围岩内部形成一个比较完整的承载体,从而保持围岩的稳定。它比在开挖之后再进行锚杆施工更为合理。因超前小导管直接承受由于隧洞开挖而引起的围岩应力重分布,是主动地约束。而开挖之后打入的锚杆主要是承受围岩的松弛应力,则是被动地承受。这一点两者是完全不同的。

超前小导管在施工时的关键问题在于小导管的倾角和注浆压力。角度太大易造成材料的浪费;角度太小达不到利用杆体的抗拉、抗剪能力,不能增加岩层间的摩擦,只是利用小导管的抗弯性能承受过大的松弛荷载,极易造成围岩的失稳而滑塌。合适的角度是将小导管锚固到爆破松弛圈以外30D(D为小导管直径),这样就能够保证小导管的锚固长度。注浆压力小,地层未得到加固,小导管只相当于超前锚杆。如果不注浆则危险更大。所以,在应用小导管的部位,必须加强施工质量控制,防止出现意外事故。此外,及时地进行钢格栅拱架及喷混凝土支护也是一个重要的环节,这样,就可以进一步缩短围岩处于单轴或二轴应力状态的时间,达到安全施工的目的。

作者简介:

王昭礼(19692),男,山东威海人,深圳市水务局科长,工程师,学士,从事水利工程设计、建设与管理工作1

(上接第81页)

防洪库容与兴利库容在一般情况下是能部分结合的,在某些情况下完全不能结合,也有个别情况两者完全结合,视洪水预报精度及汛后来水量与用水量等具体条件而定。至于兴利库容,常为若干个兴利部门所共用,如按所需库容大小进行投资分摊,往往防洪部门所分摊的投资可能偏多,各个兴利部门所负担的投资可能偏小。实际上,防洪库容也是为各个兴利部门服务的,因此,这种按所需库容大小进行投资分摊也不尽合理。

另外,还有可分费用剩余效益法、合理替代费用分摊法等,这里不再赘述。

3　结论及建议

为了综合开发利用水资源,充分发挥其经济效益和社会效益,增强项目还贷能力和抗风险能力,调动各方面的积极性,减少重复建设,对综合利用水电工程进行投资费用分摊是十分必要的。

(1)作为费用分摊方法的基本理论依据应按经济规律办事,获得效益多的部门应多承担费用,反之亦然;

(2)应该全面分摊投资费用,才能考虑到不同部门在各阶段的经济特性。仅对投资进行分摊时,容易产生片面性;

(3)各部门的可分(或专门)费用,应由相应部门承担,每个部门所承担的最大费用不应大于该部门单独开发时需要的费用;同时,承担的最小费用也不应小于该部门最优替代方案工程的费用;

(4)为了减少分摊中的不合理性,应最大限度地划分出各部门的可分费用,使被分摊的剩余费用降低到最小限度;

(5)对各部门经济效益的计算,要力求反映出各阶段的效益特征;

(6)分摊的最终结果,要有利于促进各部门的经济发展,并达到充分利用水资源的目的。

参考文献:

[1]　郑伯坤.工程经济学[M].北京:中国水利水电出版社,1998.

[2]　万威武,陈伟忠.可行性研究与项目评价[M].西安:西安交通

大学出版社,1998.

[3]　施熙灿.水利工程经济[M].北京:中国水利水电出版社,

1997.

作者简介:

蒋国俊(192),男,重庆人,四川省投资集团公司副总经理,高级工程师,曾从事电力规划和电力工程设计,现主要从事水利电

力项目投资及经营管理工作;

马光文(19602),男,陕西人,四川大学西部开发研究院副院长,教授,博士生导师,主要从事水利电力经济管理、电力市场研究1

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