1、2023年11月引用格式：李坚，郭亚欣，张磊磊.滇中引水工程破碎围岩洞室开挖支护方案分析J.水利水电快报，2 0 2 3，44（11）：7 9 8 4.水利水电快报EWRHI第 44 卷第 11 期滇中引水工程破碎围岩洞室开挖支护方案分析李坚，郭亚欣，张磊磊（云南省滇中引水工程有限公司，云南昆明6 50 0 0 0）摘要：为研究不良地质条件下的洞室开挖支护技术，以滇中引水工程三大主体工程之一的石鼓水源工程为例，针对该工程冲江河右岸进水隧洞与进水箱涵连接段地质条件较差，主要存在浅埋覆盖层与破碎岩体的变形与稳定问题，介绍了进水隧洞采取的开挖支护措施。在石鼓水源工程一期进水箱涵和右岸进水隧洞开挖时，
2、对箱涵边坡采用竖向钢管桩支护措施，隧洞洞口采用超前大管棚、超前小导管、钢拱架锚喷支护、超前堵水灌浆多项支护措施，并对隧洞进行了混凝土衬砌施工。稳定性分析结果表明：该类支护方案能有效控制边坡变形和隧洞洞口收敛，适用于稳定性极差的V类围岩进洞段开挖支护。关键词：进水隧洞；V类围岩；开挖支护；边坡稳定；石鼓水源工程；滇中引水工程中图法分类号：TV732.5文章编号：10 0 6-0 0 8 1(2 0 2 3)11-0 0 7 9-0 60 引 言在不良地质条件下，国内外洞口超前支护常采用超前大管棚、超前小导管、钢拱架锚喷支护等措施,对于边坡常采用打设锚杆、挂网、喷混凝土等锚喷支护措施，但对于浅埋覆
3、盖层隧洞洞口和破碎至散体结构为主的边坡，该种支护措施难以达到理想的支护效果1-2 。因此,本文以滇中引水工程的石鼓水源工程为例，分析了不良地质条件下该工程进水隧洞与进水箱涵连接段的支护方案。1工程概况石鼓水源工程是滇中引水工程三大主体工程之一，位于云南省丽江市玉龙县石鼓镇境内。石鼓水源工程按一级泵站布置，从位于冲江河河口上游的金沙江右岸引水，经长约1.2 7 km的引水渠沉沙后，通过两条长约3km的进水隧洞和0.8 km的进水箱涵将金沙江水输送至位于冲江河右岸竹园村上游的地下泵站，经地下泵站提水至连接香炉山隧洞进口的出水池。石鼓水源工程冲江河右岸进水隧洞包括：1-2号进水主洞，长548.10
4、1m；2-2 号进水主洞，长收稿日期：2 0 2 2-0 7-31；修回日期：2 0 2 3-0 4-2 3作者简介：李坚，男，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术及管理工作。E-mail:文献标志码：AD0I:10.15974/ki.slsdkb.2023.11.013498.499m，进水主洞开挖直径7.9 8.9m，为圆形断面；连接进水箱涵K0-025KO+000段长2 5m，开挖断面呈马蹄形。冲江河右岸进水隧洞连接箱涵段（K0-025K 0+0 0 0 为冲洪积砂砾卵石及残坡积碎石土层,强（溶蚀）风化带,溶缝较发育，岩石多风化色变呈灰黄色、灰褐色,灰岩类岩质呈半坚硬至半疏松状,片岩
5、类岩质疏松，以碎裂至散体结构为主,岩体破碎,判定该断围岩类别为稳定性极差的V类。冲江河右岸进水隧洞连接箱涵段（K00 2 5K0+000)因属于进洞段,地质条件较差，主要存在浅埋覆盖层与破碎岩体的变形与稳定问题,有进口段边坡跨塌,甚至冒顶的风险3-4,对箱涵基坑正面边坡稳定不利。2开挖支护方法及措施2.1开挖方法进水隧洞的进口段主要为类围岩，开挖断面呈马蹄形,采用预留核心土法分上下两层进行开挖，循环进尺0.5 1.5m（图1)。装载机装渣,由自卸汽车运至指定渣场。采用“新奥法”原理组织各工序的施工，遵循“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则5-6.79.2023年11月系
6、统锚杆业2 5 11.2 5，排距1.0 m20cm厚C25挂网喷混凝士系统锚杆业2 5 5.6 7，排距1.0 m已完成系统锚杆支护Fig.1Detailed excavation stratification2.2支护措施冲江河右岸进水隧洞与进水箱涵连接段（总长25m）为砂卵石层段，为确保隧洞安全和后续箱涵边坡成型安全，覆盖层段支护施工程序为：施工准备一超前预灌浆（视地质情况）一超前支护（视地质情况）一短台阶或全断面开挖一初喷3 5cm厚混凝土一钢支撑和连接筋一锁脚锚杆一系统锚杆一挂钢筋网一复喷混凝土施工至设计厚度一下一循环开挖支护。2.2.1超前支护措施根据实际情况，进水箱涵与右岸进水隧
7、洞设置连接段（K0-025K 0+0 0 0 段）。因连接段布置在砂砾石层内，考虑主要施工方案包括超前大管棚、超前小导管、超前堵水灌浆、竖向钢管桩7-10 等。另外，为增加进口段隧洞的自稳能力，根据设计要求，在进口段开挖完成后，及时进行全断面固结灌浆施工，以加固边坡底部砂卵石层，固结灌浆孔深度为80.水利水电快报EWRHI8 m。I20a型钢拱架，间距50 cm，（1）超前大管棚。超前注浆大管棚长12 m,采纵向连接钢筋业2 5 50 cm用外径10 8 mm,壁厚6 mm钢管以丝扣连接而成，管棚环向间距40 cm,外倾5 15,管棚钢管管身上层开挖uo009周边开挖周边开挖核心大开挖下层开挖
8、(a)横断面(a)Cross section系统锚杆业2 5 11.2 5，长4.5m支护排距1.0 m，梅花形布置初喷3 5cm混凝土?挂$6 钢筋网 2 0 cm20cm复喷混凝土至设计厚度2 0 cm架立12 0 a型钢拱架，间距50 cm循环进尺0.5 1m上台阶开挖循环进尺1 1.5m核心土及周边开挖循环进尺1 1.5m下台阶开挖施工方向(b)纵断面(b)Profile图1开挖分层详图第 44 卷第 11 期钻注浆孔，注浆孔孔径为15mm，孔间距30 cm，尾部止浆段长4.5m。施工时运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，保证钻孔方向准确。为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节钢管采用3m长
9、钢管,编号为偶数的第一节钢管采用6 m长钢管,以后每节均采用6 m长钢管,末端采用非标准长管节,避免钢管接头在同一断面。注浆压力达到设计终压后继续注浆10 min 以上可结束注浆。（2）超前小导管。小导管孔距30 cm，排距3m，孔深4.5m，外插角10 15，搭接长度1.58 m（斜长）。导管采用外径42 mm,壁厚3.5mm的钢管加工而成，长度为造孔深度，尾部焊套箍，顶部做成锥形,管壁按梅花形布钻小孔,孔眼直径8 mm,间距为15cm。钢管人岩长度不小于管长的9 0%，外露部分应在衬砌设计线以外。注浆前对开挖面及距掌子面5m范围内边、顶拱喷混凝土封闭,喷厚510cm,注浆压力0.1 0.5
10、MPa,水泥浆的水灰比控工制在0.8:1 1:1,具体情况根据现场试验后最终确定,孔口设置止浆塞。从拱顶向下逐孔注浆,如遇冒浆或串浆,则间隔一孔或几孔分序注浆。（3）超前堵水灌浆。该部位临近进水箱涵,需将地下水降至开挖面以下0.5m,右岸山体内地下水会渗流至进水箱涵，且右岸山体内水渗流量较大。进口段开挖总长2 5m，注浆完成后再进行开挖，每循环30 个孔计，共实施2 个循环，超前堵水注浆1500 m。超前堵水灌浆采用水泥水玻璃双浆液,水灰比为1:1 0.5:1,灌浆压力为0.5 1.5MPa。（4）竖向钢管桩。在12 号、2 2 号进水隧洞与一期箱涵结合部位两侧各布置一排竖向钢管桩,按L形对称
11、布置,共计4 排。每个钢管桩采用潜孔钻机外径2 19mm跟管（壁厚10 mm，单节长度1.5m）直接成孔（跟管不拔），桩长15m，造孔完成后灌注M30（一）混凝土直接成桩。每边2 0 根,共计8 0 根。2.2.2锚杆施工锚杆施工采用手风钻或凿岩台车钻孔，锚杆在钢筋加工厂制作,用8 t载重汽车运至施工现场，人工安装锚杆,注浆采用锚杆注浆机进行,按照“先注浆后插锚杆”或“先插锚杆后注浆”的程序进行。李坚等滇中引水工程破碎围岩洞室开挖支护方案分析2.2.3挂网喷混凝土喷混凝土与开挖、锚杆施工跟进平行交叉作业，喷射方法采用湿喷法,混凝土喷射台车或湿喷机施喷,除特殊地段采用先喷后锚的程序外,其他部位均
12、按如下工艺流程进行施工：施工准备一岩面清理一仓面验收一挂钢筋网一锚喷料拌和运输一分层喷射一厚度检查一复喷处理一检查验收。2.2.4钢支撑冲江河右岸进水隧洞IV，V 类围岩设计要求设置I20a75100cm型钢拱架支撑加固，钢支撑由冲江河右岸钢筋加工厂加工成型，采用8 t载重汽车运输至施工现场，钢支撑利用锁脚锚杆和系统锚杆加固，钢支撑固定锚杆采用C25钢筋，长4.5m，设置在钢支撑拱脚处及各段连接处，露出部分与钢支撑焊接牢固，另钢支撑连接筋采用C2550100m钢筋串连。3混凝土衬砌施工方案冲江河右岸进水隧洞K0-025K 0+0 0 0 段衬砌均使用C30（一、二)F100W10钢筋混凝土，衬
13、砌类型为I型,衬砌完成后为直径6.7 m的圆形断面。衬砌厚度1.5m，主筋业32 2 0 cm（沿洞轴线间距），单根长度2 16 8 cm，保护层厚度5cm，主筋业3220cm（沿洞轴线间距），单根长度30 17 cm，保护层厚度10 cm；分布筋业2 5 2.6 9，单根长度1000cm;箍筋外径12 mm5.38纵向间距40cm,单根长度159cm。采用满堂支架支撑体系，模板采用钢模板和木模板组合施工方法，边顶拱利用3015定制弧形钢模板，边顶拱堵头模板均采用木模，具体施工程序如下：右岸进水隧洞K0-025K 0+000段初期支护完成后，及时进行混凝土衬砌施工，先浇筑底拱混凝土，待底拱混凝
14、土达到一定强度后搭设满堂支架。支架顶部设顶托，底部垫方木垫块，支架经验收合格后绑扎钢筋,经现场监理工程师验收合格后安装模板。KO-025K 0+0 0 0 段衬砌混凝土分两仓浇筑，每仓12.5m，混凝土浇筑完成后及时进行洒水养护，待拱顶混凝土达到一定强度后拆除混凝土模板和满堂支架。4稳定性分析4.1施工期安全监测冲江河右岸进水隧洞开挖跨度 B约为7.9 8.9m,对于开挖跨度5mB10m的地下洞室,针对不同围岩类别，施工期安全监测项目和要求如表1所示。根据表2 中的围岩稳定状态的标准值，冲江河右岸两条进水隧洞进口段顶部埋深均较小。表1锚喷支护工程监控量测项目Tab.1 Monitoring a
15、nd measuring items of bolt-shotcretesupport engineering围岩类别锚喷支护工程监控量测项目收敛及顶拱沉降量测V收敛及顶拱沉降量测V收敛及顶拱沉降量测断层破碎带收敛及顶拱沉降量测注：此表也适用于临时支护的施工期监测。表2 允许变形标准Tab.2Allowable deformation standard不同埋深下的允许位移/%围岩类别300 m0.20 0.500.40 1.200.40 1.200.80 2.000.60 1.601.00 3.00mm绝对位移孔口0.60.20.4孔口0.0孔口0.20.40.30.20.20.0-0.2-0
16、.6-0.2-0.42023年11月（2）测缝计监测结果见表4。截至2 0 2 2 年11月，冲江河右岸12 号进水隧洞实测开合度为-0.090.59mm；目前右岸1-2 号进水隧洞实测开合度量较小，未见异常情况。表4测缝计特征值Tab.4characteristic values of joint gauge仪器编号J1-JD1K-010J2-JD1K-010J3-JD1K-010注：当前值监测日期为2 0 2 2 年11月2 2 日。（3）锚杆应力计监测结果见表5。截至2 0 2 2年11月，右岸12 号进水隧洞实测锚杆应力为-34.50.1MPa,锚杆应力月变化量最大值出现在MG1-JD
17、1K-010,变化值为-19.4MPa;目前右岸1-2号进水隧洞实测锚杆应力及变化量较小，未见异常情况。表5锚杆应力特征值Tab.5Characteristic values of bolt stress测点编号埋设部位MG1-JD1K-010JD1K0+010.00左边墙MG2-JD1K-010JD1K0+010.00右边墙MC3-JD1K-010JD1K0+010.00左拱肩MG4-JD1K-010JD1K0+010.00 右拱肩MG5-JD1K-010JD1K0+010.00 顶拱注：埋设深度为4.5m，当前值监测日期为2 0 2 2 年11月19日。（4）渗压计监测结果见表6。截至2
18、0 2 2 年11月，右岸12 号进水隧洞围岩渗透实测渗透压力为0.349.5kPa，围岩渗透实测渗透压力变化最大值出现在底板 P1-JD1K-010,其他渗压计无异常情况。表6 1-2 号进水隧洞渗压计特征值Tab.6 Characteristic values of osmometer in No.1-2inlet tunnel当前值监测日期/仪器编号埋设部位P1-JD1K-010底板P2-JD1K-010左边墙P3-JD1K-010右边墙P4-JD1K-010顶拱注：埋设深度为4.5 m。4.32-2号进水隧洞桩号JD2K0+020.000在2 2 号进水隧洞桩号JD2K0+020.00
19、0布置一个综合监测断面，包括3套多点位移计、5支锚杆应力计、4支渗压计、3支测缝计、4支钢筋计、4支应变计、2 支无应力计，目前安装完成3套多点位移计、5支锚杆应力计、3支渗压计。（1）多点位移计监测结果见表7。截至2 0 2 282.水利水电快报EWRHI年11月,2-2 号进水隧洞多点位移计实测位移为-1.72.1mm；目前冲江河右岸2-2 号进水隧洞实测位移量较小，未见异常情况。表7 2-2 号进水隧洞多点位移计特征值Tab.7 Characteristic values of multi-point displacementmeter in No.2-2 inlet tunnel部位当
20、前值/mm左边墙0.59右边墙-0.09顶拱0应力当前值月变化量19.6-19.4-34.5-3.2-0.700.10.6-0.70.1渗透压力(年月-日)当前值/kPa2022 11 2249.52022 11-222.12022-11-223.22022 11-190.3第44卷第11期仪器编号埋设部位测点位置位移当前值/mmM1-JD2K-020左边墙深度2.5 m深度5.0 mM2-JD2K-020右边墙深度5.0 m深度10.0 mM3-JD2K-020顶拱深度2.5m深度5.0 m注：当前值监测日期为2 0 2 2 年11月2 2 日。（2）锚杆应力计监测结果见表8。截至2 0 2
21、 2年11月,2 2 号进水隧洞实测锚杆应力为12.4-5.3M Pa,锚杆应力呈现受压状态；右岸2-2 号MPa进水隧洞实测锚杆应力未见异常变化。表8 锚杆应力特征值Tab.8Characteristic values of bolt stress仪器编号埋设部位MC1-JD2K-020JD2K0+020.00左边墙MG2-JD2K-020JD2K0+020.00右边墙MG3-JD2K-020JD2K0+020.00左拱肩MG4-JD2K-020JD2K0+020.00右拱肩MG5-JD2K-020JD2K0+020.00 顶拱注：当前值监测日期为2 0 2 2 年11月2 2 日。（3）渗
22、压计监测结果见表9。截至2 0 2 2 年11月,2-2 号进水隧洞围岩渗透实测渗透压为4.0 6.7kPa,渗透压力无异常变化。表9 2-2 号进水隧洞渗压计特征值Tab.9Characteristic values of osmometer in No.2-2inlet tunnel仪器编号埋设部位P2-JD2K-020左边墙P3-JD2K-020右边墙P4-JD2K-020顶拱注：当前值监测日期为2 0 2 2 年11月2 2 日。4.4结果分析（1）截至2 0 2 2 年11月，12 号进水隧洞内部变形在1 mm 以内;测缝计开合度在 0.6 mm以内；锚杆支护应力呈受压状态，最大受压
23、应力为34.5MPa;围岩渗透实测均有压力,最大渗透压力为底板49.5kPa;1-2号进水隧洞各监测物理量无异常变化情况。（2）截至2 0 2 2 年11月，2 2 号进水隧洞内部变形在3mm以内；锚杆支护应力呈受压状态,最大孔口孔口孔口应力当前值/MPa-5.3-6.6-6.2-7.4-12.4渗透压力当前值/kPa4.04.36.70.4-1.3-0.50.5-0.40.12.1-1.71.3李坚等滇中引水工程破碎围岩洞室开挖支护方案分析受压应力为12.4MPa；围岩渗透实测均有小幅压力，最大渗透压力为6.7 kPa;2-2号进水隧洞各监测物理量无异常变化情况。（3）进水箱涵边坡支护和右岸
24、进水隧洞洞口于2022年5月施工完成，截至2 0 2 2 年11月已施工完成6 个月,通过永久性观测结果可知,该段多点位移计、测缝计、锚杆应力计等监测数据均在合理范围内。通过滇中引水石鼓水源工程一期进水箱涵和右岸进水隧洞施工实践，在浅埋覆盖层隧洞洞口和破碎至散体结构为主的边坡支护中，对箱涵边坡采用竖向钢管桩支护措施，对隧洞洞口采用超前大管棚、超前小导管、钢拱架锚喷支护、超前堵水灌浆多项支护措施，能有效控制边坡变形和隧洞洞口收敛，该类支护方案可适用于稳定性极差的V类围岩进洞段开挖支护。5结语石鼓水源工程冲江河右岸进水隧洞存在较破碎至破碎软质围岩的变形与稳定问题，上覆岩体厚度极薄，冲江河地下水、洞
25、室围岩垮塌甚至冒顶的风险极大,对箱涵基坑正面边坡稳定极为不利。在冲江河右岸进水隧洞与进水箱涵连接段开挖支护过程中,进水箱涵边坡采取竖向钢管桩支护方案,右岸进水隧洞洞口采用超前大管棚、超前小管道、钢拱架锚喷支护、超前堵水灌浆多项支护措施,对该地质条件下箱涵边坡和洞口进行了有效的支护,确保了施工安全和施工质量，开挖时采用施工期临时安全监测，确保拱顶下沉和断面收敛均在规定值内，并及时进行混凝土衬砌施工，顺利完成了冲江河右岸进水隧Analysis of excavation and support technology of cavern in Central YunnanWater Diversio
26、n Project under broken surrounding rock condition洞和进水箱涵交接段进口的施工，可为类似工程项目的建设提供参考。参考文献：1邹鹏，郝亚鑫，李扬昊成.滇中引水工程筑水网之脉解云岭之渴J.云岭先锋,2 0 2 1（3）：2.2尚聪.浅埋大断面隧道初期支护结构与施工方案优化设计D.青岛：山东科技大学,2 0 2 0.3李永山.水利工程软弱围岩大变形隧洞施工技术J.云南科技管理,2 0 2 2,35（1）：57-59.4徐前卫，龚振宇，孙梓栗，等.滇中引水工程超深圆形基坑施工变形和内力监测结果分析J土木工程学报,2 0 2 2,55(6):10 2 -1
27、11.5 冯亚辉，王成言，职承杰.滇中引水工程巩树隧洞洞型分析J.水科学与工程技术,2 0 2 1（5）：59-6 3.6武云华，李玉峰.隧洞衬砌混凝土裂缝成因及施工改进措施J：工程建设与设计,2 0 2 1（2 3）：16 6-16 8.7刘杰.输水隧洞穿越节理破碎岩洞段大变形控制方案比选研究J.水利技术监督,2 0 2 2（4）：16 6-16 8.8职承杰，李建贺，张传健.高地应力软岩隧洞开挖扰动特征与规律研究J.水利水电快报，2 0 2 1,42（3）：34-41.9李健斌.石鼓水源工程引水渠水下开挖安全管理控制要点J.云南水力发电,2 0 2 1,37（8）：18 2-18 6.10
28、宣学丽.隧洞开挖临时支护施工方案J.农业科技与信息,2 0 15(16):10 8-110.11 吉玉亮，韩华超，赵新波.浅析较差围岩条件下隧洞交叉口段开挖支护设计方案J江西建材，2 0 2 1(9):89-90.(编辑：江文)LI Jian,GUO Yaxin,ZHANG Leilei(Yunnan Dianzhong Water Diversion Engineering Co.,Ltd.,Kunming 650000,China)Abstract:In order to study the excavation and support technology of the cavern u
29、nder adverse geological condi-tions,Shigu Water Source Underground Pump Station,which was one of three main projects of Central Yunnan Wa-ter Diversion Project was taken as an example for research.Aiming at the problems of connection section between in-take tunnel and box culvert on the right bank o
30、f Chongjiang River,such as poor geological conditions,and the de-formation and instability of the soft surrounding rock in the shallow buried tunnel section,this paper introduced theexcavation and support measures taken for the intake tunnel.During the excavation of the intake box culvert of firstph
31、ase and the right bank intake tunnel of Shigu Water Source Underground Pump Station,vertical steel pipe pileswere used to support the slope of the box culvert,and multiple support measures such as advanced large pipe shed,83.2023年11月advanced small conduit,steel arch anchor spray,and advanced water b
32、locking grouting were taken for the tunnel en-trance.Concrete lining was also carried out for the tunnel.The results of stability analysis showed that this supportscheme could effectively control slope deformation and convergence of tunnel openings,which was suitable for exca-vation support for Clas
33、s V surrounding rocks with poor stability in tunnel entrance.Key words:intake tunnel;class V surrounding rock;excavation and support;slope stability;Shigu Water SourceUnderground Pump Station;Central Yunnan Water Diversion Project(上接第56 页)Modern karst-influenced layer depth determination method base
34、d水利水电快报EWRHIon hydraulic connection analysis第44卷第11期CHEN Qijun,ZHANG Xiaoping,CAO Zhenzhong(1.China Water Resources Pearl River Planning,Surveying&Designing Co.,Ltd.,Guangzhou 510610,China;2.Institute ofCivil and Architectural Engineering,Guilin University of Technology,Guilin 541004,China)Abstract:
35、In order to accurately and efficiently determine the depth of modern karst-influenced layers,based onthe three-phase stratification model of river valley,the close degree of layered karst hydraulic connection in theborehole of the dam foundation was studied from top to bottom,and the depth of the mo
36、dern karst-influenced layerwas determined by the correlation of the water pressure curve of the pressurized water section and the observationsection.The layered pressurized water test of the bedrock mass of a hydropower station on the tributary of HongshuiRiver was adopted for verification,and the r
37、esults showed that the karst type determined by this method was consist-ent with the karst development degree revealed by the borehole,and the proposed new method was high reliable.Theresearch result can provide a design basis for the depth of impervious treatment of dam foundation,and has certainguiding significance.Key words:overlying karst;modern karst-influenced layer;leakage of dam foundation;hydrodynamic action;three-phase hierarchical model of river valleys欢迎关注“滇中引水”微信公众号84.
