王萍

（桓仁縣水務(wù)局，遼寧 本溪117022）

1 工程背景

觀音閣輸水工程位于遼寧省中北部的太子河干流上，是將觀音閣水庫的水利用輸水隧洞和輸水管線輸入下游本溪市境內(nèi)的大型輸水工程[1]，工程建成之后可以有效緩解本溪市城區(qū)和新城規(guī)劃區(qū)域的用水緊張問題。該工程主要由取水頭部、輸水隧洞、輸水管道、配水站及分支管線等工程構(gòu)成。觀音閣水庫為太子河干流上的大型水庫，正常蓄水位255.2m，總庫容14.20億m3，水庫的靜調(diào)節(jié)水量為7.17億m3，可供水量為4.11億m3，可以有效保證工程的供水需求。

觀音閣輸水工程輸水隧洞的一標(biāo)段主要穿越元古界沉積巖地層，埋深較大，在樁號18+811—26+489洞段存在中厚-厚層粉狀砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖洞段，洞段的圍巖類別以Ⅲ類為主，前期的地質(zhì)勘測顯示該洞段地應(yīng)力水平較高，且地下水賦存比較豐富，具備發(fā)生中等擠壓和嚴(yán)重?cái)D壓變形的條件[2]。因此，圍巖巖體的蠕變力學(xué)行為是設(shè)計(jì)施工中必須要考慮的問題。在諸多巖石流變現(xiàn)象中，蠕變是地下洞室工程施工中最為常見的破壞因素之一[3]。在地下洞室工程施工過程中，由于諸多人為因素的擾動，原本的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，開挖出露的巖體已經(jīng)卸去原有的壓力，造成應(yīng)力分布由原來的三向分布變?yōu)殡p向分布，進(jìn)而促進(jìn)圍巖的加速蠕變，范圍將達(dá)到開挖半徑的3～5倍，傳統(tǒng)的支護(hù)加固方案并不能保證該洞段后續(xù)施工和運(yùn)行期間的安全性[4]?；诖?，此次研究以具體的工程背景為依托，針對圍巖的蠕變特性，提出一種在時(shí)間和空間層面均能有效控制圍巖蠕變的支護(hù)技術(shù)，以便為相關(guān)類似工程施工提供借鑒和指導(dǎo)。

2 富水蠕變巖洞段雙層錨注支護(hù)技術(shù)工藝

2.1 支護(hù)原理和原則

受到施工擾動作用的影響，研究洞段的地下水會進(jìn)一步向巖體裂隙中滲透，并通過與巖石中的黏土礦物結(jié)合破壞巖石結(jié)構(gòu)[5]。由于巖石的蠕變是一個長期過程，可以分為加速變形、恒速變形、減速變形的階段。因此，隧洞開挖之后的加速變形階段并不是最佳的支護(hù)加固時(shí)機(jī)，應(yīng)在巖體變形釋放的工程力和本身的自撐力達(dá)到耦合最大時(shí)，再進(jìn)行支護(hù)加固[6]。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和研究洞段的地質(zhì)特點(diǎn)，應(yīng)在開挖之后的20～40d內(nèi)完成支護(hù)加固。

雙層錨注支護(hù)技術(shù)的基本原理是由輸水隧洞的表面向深部，通過錨桿和注漿形成兩層支護(hù)加固圈層，兩者共同作用，達(dá)到抵御隧洞圍巖變形的目的。同時(shí)，在加固施工過程中，兩層錨注層要具有一定的時(shí)序性，使圍巖內(nèi)部難以控制的能量能夠進(jìn)一步耗散，保證隧洞的長期穩(wěn)定性。主要施工內(nèi)容：

1）淺部錨桿支護(hù)。在輸水隧洞開挖完畢之后，利用錨桿對隧洞的淺部圍巖進(jìn)行主動控制，形成以錨桿為主的隧洞圍巖淺部控制結(jié)構(gòu)。

2）深部錨索支護(hù)。在構(gòu)建起淺部錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)之后，在深部圍巖部位實(shí)施錨索加固措施，構(gòu)建起深部圍巖變形控制結(jié)構(gòu)，而錨索本身可以在深淺兩個加固結(jié)構(gòu)之間起到連接和協(xié)調(diào)作用。

3）淺部注漿加固。在研究洞段的淺部圍巖中實(shí)施注漿作業(yè)，與前期的錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成錨注層加固體系，進(jìn)一步提高淺部圍巖的強(qiáng)度和承載力。

4）深部注漿加固。在研究洞段的深部圍巖中實(shí)施注漿作業(yè)，與前期的錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成錨注層加固體系，進(jìn)一步提高深部圍巖的強(qiáng)度和承載力。

2.2 支護(hù)工藝流程

根據(jù)支護(hù)原理，提出研究洞段的分時(shí)、分段雙層錨注支護(hù)加固方案，其具體的工藝流程：洞壁修整→初噴漿→淺層錨桿支護(hù)→深層錨索支護(hù)→復(fù)噴漿→淺層注漿→深層注漿→施工結(jié)束。在開挖洞段符合施工時(shí)間要求時(shí)，首先對隧洞的開挖表面進(jìn)行必要的修整，然后進(jìn)行初噴漿，提高圍巖的完整性，進(jìn)行淺部、深部的錨桿、錨索及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)支護(hù)和復(fù)噴漿，最后進(jìn)行淺層和深層注漿，最終形成雙層深淺錨注支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

2.3 支護(hù)工藝參數(shù)

結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和研究洞段的實(shí)際情況，以及雙層錨注加固的工藝需求，確定施工工藝參數(shù)：

1）在洞壁修整方面，主要是對開挖完成的洞壁進(jìn)行復(fù)查，清除洞壁表面的浮石，同時(shí)鑿毛洞壁；洞壁的初噴和復(fù)噴作業(yè)均采用C25水泥砂漿，厚度設(shè)計(jì)為5cm。

2）淺層錨桿加固采用長2.5m、直徑20.0mm的鋼筋錨桿；錨桿的間距和排距為1.0m，呈梅花型排列，根據(jù)隧洞開挖參數(shù)，每排錨桿包括11根，其中拱頂4根，左右邊幫各設(shè)置2根，底板3根，錨桿的布置方向與開挖面垂直。

3）深層錨索支護(hù)的設(shè)計(jì)要與錨桿交錯布置，排距和間距與錨桿設(shè)計(jì)一致。在錨索布置過程中，在孔中安裝注漿管，為全斷面注漿使用。錨索的長度為8.0m，采用直徑為17.8mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，其導(dǎo)向帽采用長0.4m的鋼管。

4）淺部注漿的注漿孔鉆孔直徑為50.0mm，深度為2.5m，間距為1.8m，排距為2.0m，注漿管的直徑為42.0mm，長度為1.5m，注漿壓力設(shè)定為3.0MPa；深部注漿利用與錨索同時(shí)安裝的注漿管實(shí)施，注漿壓力設(shè)定為7.0MPa。

5）正常注漿采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥和ACZ-1添加劑制作的純水泥漿液，其中添加劑的用量為水泥重量的9.5%，水灰比為0.8∶1。在需要大范圍堵漏注漿時(shí)，則采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿，其中水泥漿的配比不變，水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.5，模數(shù)為2.7～3.1。

6）在注漿的時(shí)機(jī)選擇方面，按照先進(jìn)行淺部圍巖注漿，后進(jìn)行深部圍巖注漿的總體原則實(shí)施[7]。其中，淺部注漿在5排注漿管安裝完畢后立即進(jìn)行，并在注漿完畢1d之后進(jìn)行同位置的深部注漿作業(yè)。在同斷面的注漿順序上，應(yīng)該先進(jìn)行拱腰部位的注漿，然后進(jìn)行頂拱部位的注漿，最后進(jìn)行底板部位的注漿。

3 支護(hù)效果監(jiān)測與評價(jià)

為了對表面位移和地下洞室工程的支護(hù)效果進(jìn)行直觀反映，采用表面位移監(jiān)測的方法對支護(hù)方案的支護(hù)效果進(jìn)行評價(jià)[8]。首先按照已制定的支護(hù)方案，在研究洞段樁號18+820—18+840的洞段進(jìn)行開挖支護(hù)施工，并對試驗(yàn)洞段的表面位移進(jìn)行監(jiān)測。研究中共設(shè)置2個監(jiān)測斷面，其中1號監(jiān)測斷面設(shè)置在18+827部位，2號監(jiān)測斷面設(shè)置在18+833斷面部位。每個監(jiān)測斷面設(shè)置3個監(jiān)測點(diǎn)，分別在拱頂、拱腰和底板部位，監(jiān)測的頻率為每天一次，監(jiān)測時(shí)間為50d。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制出如圖1所示的2個監(jiān)測斷面不同監(jiān)測點(diǎn)位的位移變形與時(shí)間之間的變化關(guān)系曲線。

圖1 監(jiān)測斷面位移隨時(shí)間變化曲線

由圖1可知，1號斷面與2號斷面呈現(xiàn)出類似的特征，在支護(hù)完成10d時(shí)，隧洞拱頂、拱腰和底板的位移變形量1號斷面分別為111，191，60mm，2號斷面分別為117，228，80mm；變形速率1號斷面分別為11.1，19.1，6.0mm/d，2號斷面分別為11.7，22.8，8.0mm/d。由此可見，支護(hù)完成初期的隧道圍巖變形量較大，且拱頂和拱腰的位移變形明顯大于底板。在支護(hù)完成20d時(shí)，隧洞拱頂、拱腰和底板的位移變形量1號斷面分別為201，374，142mm，2號斷面分別為224，375，170mm；變形速率1號斷面分別為10.5，18.7，7.1mm/d，2號斷面分別為11.2，18.75，8.5mm/d。除了底板之外，其余部位的變形速率呈下降趨勢。在支護(hù)完成34d（1號斷面）和33d（2號斷面）之后，位移變形逐漸趨于穩(wěn)定。

綜上所述，在隧洞開挖支護(hù)完成之后，圍巖的變形量隨時(shí)間的增加而增加，但是增加的速率逐步減小，最終趨于穩(wěn)定，這說明本文提出的支護(hù)方案可以有效控制圍巖蠕變的有害變形，保證輸水隧洞的安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

粉質(zhì)砂泥巖在富水高地應(yīng)力的雙重作用下，會呈現(xiàn)出十分顯著的蠕變效應(yīng)，成為該地質(zhì)環(huán)境下地下洞室工程開挖和支護(hù)過程中必須要考慮的重要因素。此次研究提出的支護(hù)方案可以有效控制圍巖蠕變的有害變形，保證輸水隧洞的安全穩(wěn)定，對相關(guān)類似工程具有較強(qiáng)借鑒意義。當(dāng)然，蠕變效應(yīng)問題是地下洞室工程建設(shè)領(lǐng)域的重要課題，在今后的研究中需要針對圍巖巖體強(qiáng)度低，巖體破碎度高不易支護(hù)等問題進(jìn)行深入研究，為類似工程施工建設(shè)提供更多的理論和實(shí)踐支持。